TÍNH lực cản THÂN tàu và ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG

các thông số chủ yếu của tàu :
+ Chiều dài vuông góc: L
PP
= 147.87 (m)
+ Chiều rộng tàu: B = 23.55 (m)
+ Chiều chìm tàu: d = 8.51 (m)
+ Hệ số béo thể tích: C
B
= 0,62
+ Hệ số béo sườn giữa: C
M
= 0,975
+ Hệ số béo đường nước: C
WL
= 0,75
+ x
B
/L = -1 %
+ Công suất P
S
=12500(kW)
+ Dạng sườn mũi :mũi quả lê
PHẦN I:
TÍNH LỰC CẢN THÂN TÀU VÀ ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG
1.1. Tính lực cản thân tàu
1.1.1. Chọn phương pháp tính
+ Tính vận tốc sơ bộ theo công thức Hải Quân:
2/3 3
3
2/3
. EPS.

EPS
v C
v
C
∇
= ⇒ =
∇
EPS=12500.0,5=6250 kW
C : hệ số Hải Quân được xác định theo công thức Schokker
C=0,95.L + 197 = 337.47
∇=C
B
.L.B.T=0,62.147.8723.55.8.51=18373.5 m
3
 v = 14.8 knots =7.613 m/s
Bảng 1.1:Phạm vi áp dụng của phương pháp
Tàu thiết
kế sườn mũi chữ V, lựa chọn phương pháp Guldhammer-Harvald tính sức cản cho tàu.
1.1.2.Công thức xác định sức cản theo phương pháp Guldhammer-Harvald
Tàu có vận tốc v = 14.8 Knots = 7.613 m/s
 Tính sức cản và công suất kéo của tàu :
Lực cản tàu thủy được tính theo công thức
R = R
F
+ R
R
/kN
Trong đó:
R
F

: Lực cản ma sát /kN
R
R
: Lực cản dư /kN
*)Tính hệ số lực cản ma sát:
Lực cản ma sát được tính theo công thức
2
1
2
F F
R C v S
ρ
=
/kN
Trong đó:
ρ = 1,025 ,t/m3: Khối lượng riêng của nước biển ở 20C
v
: Tốc độ tàu, m/s
3
/L ∇
Thông số
Giá trị Giới hạn
5.6 4,5 ÷ 7,5
L/B 6,27 5,5 ÷ 8,5
B/T 2,767 2,1 ÷ 3,5
x
B
/L -1% -2,5 ÷ 3,5 (%)
C
B

0,62 0,6 ÷ 0,8
v
= 0,514
v
S
= 7.613m/s
S: Diện tích mặt ướt của vỏ tàu /m
2
Vì tàu có hệ số béo thể tích δ = 0,7 nên ta áp dụng công thức V.A Cemeki để tính diện
tích mặt ướt của tàu:
S=LT[2+1,37(C
B
– 0,247)]
S=147,87.8,51[2+1,37(0,62-0,247)=4296,257
Do có phần diện tích bổ sung do phần nhô: S = 4%S
Vậy khi đó S = 4468,1m
2
C
F
: Hệ số lực cản ma sát
C
F
= C
F0
Với: C
F0
: Hệ số lực cản ma sát của bản phẳng tương đương
Ta áp dụng công thức ITTC 1957 để tính C
F0
( )

0
2
0,075
lg Re 2
F
C =
−
trong đó: Re - hệ số Reynold tính theo công thức
Re
vL
ν
=
Với υ = 1,056.10 m/s ( nước biển ở 20C)
L - chiều dài tàu: L = 147.87 m
v
- tốc độ tàu, m/s
* ) Tính lực cản dư
Với các lượng hiệu chỉnh như sau:
* Hiệu chỉnh theo B/T
Với B/T=2,12 ≠ 2,5 thì cần hiệu chỉnh hệ số lực cản dư theo công thức:
3
10 0,12 2,5
R
B
C
T
 
∆ = −
 ÷
 

* Hiệu chỉnh cho hoành độ tâm nổi khác LCB tiêu chuẩn:
Ta có công thức tính LCB tiêu chuẩn ( LCB ) như sau:
0,01 0,042 0,01
s
LCB Fr= − ±
(LCB=x/L)
Chỉ hiệu chỉnh với
W
0,6
v
L
>
và lượng hiệu chỉnh như sau:
3
W
10 0,6
R
v
C a
L
 
∆ = −
 ÷
 ÷
 
Với C = 0,71 nên nội suy ta được a = 0,84
* Hiệu chỉnh mũi chữ V:
Do tàu có C = 0,71> 0,6 nên ta không cần hiệu chỉnh
* Hiệu chỉnh cho các phần nhô ra của thân tàu: 3÷5% C
Lấy

4%
R R
C C
∆ =
* Hiệu chỉnh do bề mặt nhám, ta hiệu chỉnh vào hệ số ma sát với độ tăng bổ sung
bằng:
3
10 0,4
F
C
∆ =
1.1.3. Kết quả xác định sức cản tàu
Căn cứ vào kết quả tính toán,ta xây dựng được đồ thị R=f(v) và P
E
=f(v) cho tra cứu tính
toán.
Bảng 1.1.3. Kết quả tính sức cản tàu thủy
Căn cứ vào kết quả tính toán,ta xây dựng được đồ thị R=f(v) và P
E
=f(v) cho tra cứu tính
toán.
Từ đồ thị lực cản và vận tốc của tàu,ta thấy ứng với công suất PE=6250kW thì:
R = 836,9kG; v
S
= 14,8 knot
1.1.4. Đồ thị sức cản R = f(v) và công suất kéo EPS = f(v)
Căn cứ vào kết quả tính toán các giá trị R và EPS xây dựng đồ thị R = f(v) và EPS = f(v)
cho tra cứu tính toán. Đồ thị được trình bày dưới đây:
Hình 1.1.3: Đồ thị lực cản và công suất kéo
1.2. Tính đường kính chong chóng

1.2.1. Chọn vật liệu chế tạo chong chóng
Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 2010 (Bảng 7A/7.2)
Chọn vật liệu làm chong chóng là hợp kim đồng.
+ Loại: Đồng thau - mangan đúc cấp 1
+ Cấp: HBsC1
+ Thành phần hóa học: Cu 52÷62% , Al 0,5÷3% , Mn 0,5÷4,0% , Zn 35÷40%
Fe 0,5÷2,5% , Ni ≤ 1% , Sn ≤ 1,5% , Pb ≤ 0,5%
+ Giới hạn chảy:
[ ]
175
≥
C
σ
N/ mm
2
+ Giới hạn bền kéo:
[ ]
446
K
σ
≥
N/ mm
2
.
1.2.2.Tính hệ số dòng theo W
t
và hệ số hút t
Công thức Taylor cho tàu có1 chong chóng :
- Hệ số dòng theo tính theo công thức:
w

T
= 0,5C
B
– 0,05 = 0,5.0,62– 0,05 = 0,26
Trong đó C
B
= 0,62 : Hệ số béo thể tích tàu.
- Hệ số hút tính theo công thức:
t = k
T
w
T
= 0,8.0,26 = 0,208
Trong đó:
k
T
- Hệ số phụ thuộc vào hình dáng bánh lái.
Với bánh lái dạng thoát nước k
T
= 0,7 ÷ 0,9 Chọn k
T
= 0,8
1.2.3.Chọn sơ bộ đường kính chong chóng.
1.2.3.1.Chọn động cơ chính:
- Từ công suất đã cho P
S
= 12500 kW, lựa chọn động cơ chính như sau:
Hãng : MAN BW
Mác : 9L58/64
Công suất: P

S
= 12500 kW
Vòng quay : N = 428 rpm
1.2.3.2.Chon sơ bộ vòng quay của chong chóng
- Động cơ là động cơ thấp tốc (N = 428 rpm) do đó chọn phương án truyền động trực
tiếp.
- Từ bảng 9.2 “ Giới hạn thay đổi vòng quay hợp lý của chong chóng ” Chọn vòng quay
sơ bộ của chong chóng :n =300 rpm .
1.2.3.3.Chọn sơ bộ đường kính
- Đường kính sơ bộ của chong chóng tính theo công thức:
4 4
2
. 13. 13.
.
S S
S S
P P
D n D
v v n
= → =
= 4,04 m
Chon D = 4 m
trong đó :
D
- đường kính chong chóng, m
S
P
- công suất động cơ chính, kW
S
v

- vận tốc tàu, knots
n
- số vòng quay của chong chóng, rpm
PHẦN II :
LỰA CHỌN THIẾT BỊ LÁI
2.1.Lựa chọn thiết bị lái :
- Thiết bị lái của tàu là bánh lái.
- Bánh lái có hình chữ nhật có profin là NACA0012
- Bánh lái được đặt trực tiếp sau chong chóng.
- Số lượng bánh lái : 1
2.2.Xác định các đặc trưng hình học của bánh lái
2.2.1.Dạng profin bánh lái
Chọn profin thoát nước loại NACA0012
2.2.2.Diện tích bánh lái
Là diện tích mặt cắt đối xứng dọc của bánh lái
2.2.2.1.Tính diện tích bánh lái
Diện tích bánh lái tính theo công thức :
A
R=
µ
LT/100=22,65÷33,9m (2.1)
Trong đó
µ
= 1,8 ÷ 2,7 là hệ số diện tích bánh lái cho tàu đi biển 1 bánh lái.
L = 147,87 m, là chiều dài giữa 2 trụ của tàu
T = 8,51 m, là chiều chìm trung bình của tàu ở trạng thái toàn tải
Ta chọn diện tích bánh lái A
R
= 24 m
2

2.2.2.2. Diện tích tối thiểu bánh lái.
Trong mọi trường hợp thì : A
R
≥
A
min
A
min
= (0,75+ )= 17,9 m
2
(2.2)
Trong đó :
p = 1 vì bánh lái đặt trực tiếp sau chong chóng
q = 1 đối với tàu hàng
L = 147,87 ; T =8,51 lần lượt là chiều dài và chiều chìm tàu
Vậy diện tích bánh lái : A
R
= 24 m đã chọn là thỏa mãn
2.2.3.Chiều cao bánh lái
- Chiều cao banh lái là khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất của bánh lái đo
theo phương thẳng đứng.
Dựa vào điều kiện bố trí trong khung giá lái mà ta chọn
Chiều cao bánh lái
Dựa vào điều kiện t
R
≥
0,25h
R
( Tàu biển)
t

R
+ h
R
≤
d
→
h
R
≤
1,25
d
= 6,808 m
Chọn h
R
= 6 m
2.2.4.Chiều rộng bánh lái
- Chiều rộng bánh lái : b
R
b
R
= A
R
: h
R
=4 (m) (2.3)
Vậy chọn chiều rộng bánh lái là b
R
= 4(m)
2.2.5.Xây dựng bản vẽ khung giá lái
Bản vẽ xây dựng sẽ xác định chính xác toàn bộ kích thước, hình dạng hình học và

vị trí tương đối của hệ chong chóng - bánh lái trong vùng đuôi tàu.
Yêu cầu : - Đảm bảo khe hở cần thiết giữa chong chong và vỏ tàu
- Đảm bảo cho luồng nước đi vào chong chóng dễ dàng
- Đảm bảo khe hở cần thiết giữa bánh lái và các bộ phận khác
Mặt dưới của bánh lái làm song song với mặt dưới sống đuôi tàu có dốc 1 : 8.
Mặt dưới bánh lái làm cao hơn sống chính đuôi tàu một đoạn 200 mm.Mặt trên bánh lái
làm ngang. Khe hở giữa mặt trên bánh lái với vỏ tàu chọn bằng 80 mm.Cạnh trước bánh
lái về mũi tàu làm nghiêng về phía mũi.Cạnh sau bánh lái về đuôi tàu làm nghiêng góc
19 về phía đuôi.Khe hở giữa cạnh trước bánh lái và mép sau trụ lái chọn bằng 25 mm
2.2.6.Độ dang của hệ bánh lái - trụ lái, của bánh lái
- Độ dang bánh lái
Λ
R

P
R
h
b
= =
1,5
2.2.7. Profin bánh lái
Dạng của profin bánh lái là Nasa 0012
Nên
t
=
ax
b
m
t
=0,12

t
max
: chiều dày lớn nhất profin, t
max
=0,12.b
R
=0,12.4=0,48 (m)
chiều dày lớn nhất profin bánh lái là t
max
= 0,48(m)
Ta có tung độ profin bánh lái
2.2.8.Hoành độ chiều dày lớn nhất của prophin bánh lái

.
R
x x b
= =
1,2 m
trong đó:
30.0=x
- hoành độ chiều dày tương đối của profin

2.2.9.Xác định vị trí tối ưu đặt trục lái
Ta có momen xoắn thuỷ động lấy đối với mép trước bánh lái

* 2
1
. . . . .
2
M R R R

M C v A b
σ
ρ
=
Mặt khác ta có:

* 2
1
. . . . .
2
N R R R
M C v A x
σ
ρ
=

. .
M R N R
C b C x
=
hay
( / ).
R M N R
x C C b
=
Mà:
.sin .cos.
N x R y R
C C C
α α

= +
Cx,Cy ,α
R
,CM xác định thông qua bánh lái chuẩn có độ dang Λ
0
=6
2
1
2
.
.
o o
o
o
o o
x x y
y y
M M
R R y
C C C C
C C
C C
C C
α α
= +
=
=
= +
với
1

2
1 1 1
( ) 0,159
57,3 1 1
( ) 9,124
o
o
C
C
π
π
= − =
∧ ∧
= − =
∧ ∧

Trong đó:
, , ,
o o o o
x y p M
C C C
α
là các hệ số của bánh lái dạng chuẩn
α
p0
C
x0
C
Y0
C

X
C
Y
α
P
C
M
0 0.01 0 0.01 0 0 0
4 0.018 0.3 0.038 0.3 7.868 0.075
8 0.037 0.61 0.121 0.61 15.86 0.15
12 0.059 0.91 0.245 0.91 23.73 0.225
16 0.098 1.2 0.422 1.2 31.47 0.3
20 0.14 1.43 0.6 1.43 38.44 0.36
24 0.32 1.12 0.602 1.12 38.44 0.36
30 0.4 0.9 0.582 0.9 41.6 0.355
Từ các số liệu có được ta vẽ đồ thị
, , ( )
x y M p
C C C
α
từ đó ta lấy được các giá trị cần xác
định:

α
p
C
x
C
y
C

y
cosα
P
C
x
sinα
P
C
N
=(4)+(5) C
M

Độ - - - - - - m
5 0.025 0.18 0.179 0.002 0.181 0.045 0.890
10 0.05 0.37 0.364 0.009 0.373 0.079 0.760
15 0.105 0.55 0.531 0.027 0.558 0.124 0.798
20 0.185 0.7 0.658 0.063 0.721 0.163 0.814
25 0.265 0.86 0.779 0.112 0.891 0.232 0.937
30 0.36 1.1 0.953 0.180 1.133 0.268 0.850
35 0.56 1.15 0.942 0.321 1.263 0.302 0.860
Đồ thị xác định vị trí đặt trục lái tối ưu
x
Pmax
= 0,937 ,m tại
p
α
=25
x
Pmin
= 0,760 ,m tại

p
α
=10
Vị trí đặt trục tối ưu :

( )
min max
1
2
OPT P P
a x x
= + =
0,849,m
Chọn a
OPT
= 0,8 m
2.2.10 Hệ số cân bằng bánh lái
- Ta có hệ số cân bằng bánh lái:
R=A
R
’
/ A
R
=a/h
R
=0,8/5=0,16<0,25
Trong đó : A
R
’ :
Diện tích phía trước trục lái bánh lái

R:Hệ số cân bằng bánh lái
B
R
:Chiều rộng bánh lái
 R<0,25 nên lấy R=0,16 để tránh dao động và tránh tiếng ồn
Do đó a =0,8 (m)
2.2.11.Xây dựng prophin bánh lái
Toạ độ thực của prôfin tính theo công thức

100
bx
x =

100
.
max
ty
y
±
=
Tra bảng 1-9 tr 24 sổ tay thiết bị tàu thuỷ ta lập bảng toạ độ prôfin bánh lái
PHẦN 3. XÁC ĐỊNH LỰC VÀ MOMEN THỦY ĐỘNG TRÊN BÁNH LÁI VÀ
TRỤC LÁI
3.1. Xét tàu chạy tiến
3.1.1.Xác định vận tốc dòng nước chảy đến bánh lái
( )
χω
SrCP
v1515,0v
−=

Trong đó :
+v
S
= 14,8 (hl/g)_Tốc độ chạy tiến của tàu .
+w
R
= 0,8w
0
_Giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt bánh lái .
w
0_
Giá trị trung bình hệ số dòng theo tại vị trí đặt chong chóng .
w
0
=0,165.C
B
Z
.
3
D
ω
∇
− ∆
\ D =4 (m) _Đường kính chong chóng .
\C
B
= 0,62_Hệ số béo thể tích.
\z = 1_Số lượng bánh lái.
\
∇

_Lượng chiếm nước thể tích tàu .

∇
= C
B
.k.L.B.T = 18373 (m
3
)
\
ω
∆
phụ thuộc vào số Fr.
Do số Fr =
.
v
g L
=0,388≥ 0,2 →
ω
∆
=0,3.C
B
.(Fr-0,2) = 0,035
→ w
0
= 0,227
→ w
R
=0,8.0,227 =0,182
+
χ

_Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của dòng chảy ra từ chong
chóng đến bánh lái .

χ
= 1+
"
R
P
A
A
(k
B
kt
v
1)
A
R
” =4.4 = 16 (m
2
)_Diện tích bánh lái bị bao bởi dòng nước do chong
chóng đạp ra.
A
R
=24 (m
2
)_Diện tích tấm bánh lái .
A
B
=f(
B

/2)

B
=
B
B
Fv
P
P

2
1
2
ρ
;
T =
t
R
−1
Sơ bộ chọn t = 0,208 là hệ số lực hút
T = 836,9/(1-0,208)=1056 ,kN
Với :*P
B
=T =1056 (KN) =1056000 (KG)
*v
P
=0,515.v
S
.(1- w
0

) _Vận tốc của dòng chảy tới chong chóng.
→ v
P
=0,515.14,8.(1- 0,227) = 5,89 (m/s)
*F
B
=
4
2
D
π
=12,56 (m
2
) _Diện tích thuỷ lực của chong chóng
*
ρ
= 104,5 (KGs
2
/m
4
)
→
B
= 46,38→
B
/2 =23,19
Tra bảng ta dược k
B
=4,45
\

kt
v
_hệ số tính đến ảnh hưởng toàn phần của tốc độ kích thích chiều
trục đến bánh lái .
kt
v
=
2
2
2
2 1
B
k k
σ
 
−
+
 ÷
 ÷
+
 
*k_ Hệ số phụ thuộc vào khoảng cách tương đối từ đĩa thiết bị đẩy x đến
mép trước của bánh lái và đường kính của chong chóng D.
x = 0,4 (m) →
D
x
= 0,1 Tra bảng ta có k =1,25
→
kt
v

=0,46
→
χ
=1,689
→v
cp
= 0,515.(1- 0,182).1,689.14,8 = 10,5(m/s)
3.1.2. Lực và momen tác dụng nên bánh lái.
Tính toán thực hiện trong bảng sau:
Qua tính toán ở trên ta thấy giá trị momen lớn nhất và lực thủy động lớn nhất tác dụng
lên bánh lái khi tàu chạy tiến:
P
Nmax
= 41998 kG tại α = 35
0
M
σmax
= 5016 kG.m tại α = 25
0
3.2.Xét tàu chạy lùi
3.2.1.Xác định vận tốc dòng nước chảy đến bánh lái
1
v 0,515 .
CRl
v
ζ
=
Trong đó :
+v
1

=( 0,7÷0,75).v
S
(hl/g)_Tốc độ chạy lùi của tàu .
+v
S
= 14,8 knot- tốc độ chạy tiến của tàu
ζ
= ( 1,05÷1,1)- hệ số kể đến ảnh hưởng của thân tàu đến bánh lái.
V
CRl
= 0,515.0,7.14,8.1,05 = 5,602 (m/s)
3.2.2 Lực và momen tác dụng nên bánh lái.
Tính toán thực hiện trong bảng sau
Qua tính toán ở trên ta thấy giá trị momen lớn nhất và lực thủy động lớn nhất tác dụng
lên bánh lái khi tàu chạy lùi:
P
Nmax
= 50104 kG tại α = 35
0
M
σmax
= 5984 kG.m tại α = 25
0
PHẦN 4. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỦA BÁNH LÁI VÀ TRỤC LÁI
4.1.Vật liệu chế tạo
Vật liệu chế tạo bánh lái CT3c
ch
σ
=
2400 kG/cm

2
Vật liệu chế tạo trục lái CT3c
ch
σ
=
2400 kG/cm
2
4.2.Kết cấu của bánh lái
4.2.1.Khoảng cách giữa các xương gia cường
+Khoảng cách giữa các xương gia cường ngang.
a
0
=0,2
100
L
 
 ÷
 
+0,4 = 0,695 (mm); L= 147,87 (m)_Chiều dài tàu .
Chọn a
0
= 650 (mm)
+Khoảng cách giữa các xương gia cường đứng và từ xương gia đứng tạo nên cốt
bánh lái đến xương gia cường đứng lân cận là b
0
=1,5a
0
= 975 (mm)
→ chọn b
0

=970 (mm)
4.2.2.Tôn bao bánh lái ,chiều dày xương gia cường .
*/Chiều dày tôn bao bánh lái tính theo công thức sau :

0
δ
= k
S
.
[ ]
σ
2
).(
C
p
N
a
F
P
d +
+1,5 ; (mm)
trong đó :
+T =8,51(N/cm) _tính bằng chiều chìm tàu.
+P
N
=501040 (N)_Áp lực pháp tuyến khi bẻ lái .
+F
P
=240000 (cm
2

) _Diện tích bánh lái .
+[σ]=0,5.σ
ch
=117,72 ( N/mm
2
)_ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm
bánh lái .
+k
S
=f(b
C
/a
C
) = f(1,6)
a
C
= 65(cm) _Khoảng cách giữa các xương gia cường ngang,đứng lấy giá
trị nhỏ hơn .
b
C
=65 (cm)_Khoảng cách giữa các xương gia cường đứng,ngang lấy giá trị
lớn hơn .
Tra bảng → k
S
= 0,554
→δ
0
= 12,35 chọn δ
o
=13 (mm)

*/.Chiều tôn bao nhỏ nhất tính theo công thức sau:
δ
o
=40.a
C
.
240
37
+
+
L
L
= 12,4 (mm)
Với a
C
_m ; L_ Chiều dài tàu tính ,m
Vởy δ
o
=13 (mm) thoả mãn .
→ Chiều dày các tấm xương gia cường .
s =70%. δ
o
= 9,1 → chọn s =10 (mm)
4.2.3.Tấm tôn mặt trên và mặt dưới .
δ =1,2 δ
o
= 15,6 (mm) → chọn δ
o
=16 (mm)
Trên cả hai bề mặt chọn lỗ khoét có 50

4.2.4. Xương lập là:
Chiều rộng (810)
0
=(104130) (mm) → chọn b
ll
=130 (mm)
Chiều dày chọn :10 mm
4.2.5.Chiều dày tấm cốt lái ,mép kèm của nó và chiều rộng mép kèm S
Chiều dày :(1,82,0 ) 
0
=(23,426) → Chọn 26 (mm)
Chiều rộng S =0,2.h
r
= 1,2 (m) _Chọn có hai cốt xương.
4.2.6.Các chi tiết khác .
+Nút rót xả :Lỗ được được bịt kín bằng vít đồng và được hàn nên một tấm ốp có
đường kính 10 (cm)
Kết cấu tấm mặt của bánh lái và kết cấu nút .
+Quy cách hàn .
\Loại đường hàn F
1
.
\Kích thước hàn :
a = 7,5 (cm) ;b = 4,0 (cm) ;p =12,5 (cm)
a
p
a
p
a
p

a
b
1
2
3
4
Quy cách của điểm hàn.
1_Xương gia cường ; 2_Xương lập là ; 3_Tôn vỏ bao ;4_Bể hàn .
+Gân bánh lái có bán kính R= 3(cm )
4.2.7.Tính toán xác định trọng lượng ,trọng tâm của bánh lái :
Chú giải :Kích thước trên hình vẽ đều có đơn vị (cm)
- Tọa độ trọng tâm của bánh lái :

. .
X
j j j j
G
j j
m x V x
m V
Σ Σ
= =
Σ Σ
Y
G
= 0 (Đối xứng)
Z
G
= 0 (Đối xứng)
- Tính toán xác định trọng lượng ,trọng tâm của bánh lái :

Việc tính toán trọng tâm của bánh lái được thực hiện theo bảng :
STT
Tên chi tiết
Kích thước
(cm), Thể tích
Xi(cm) ViXi
Số lượng
Vi(cm3)
1 Tôn bao 600x816.2x1.3 636636 168.2 107082175
2 cốt lái 1 600x44.45x2.6 69342 60 4853940
3 cốt lái 2 600x47.88x2.6 74692.8 100 7469280
4 vách đứng 1 600x43.46x1.0 26076 190 4954440
5 Vách đứng 2 600x31.2x1.0 18720 270 5054400
6 Vách đứng 3 600x14x1.0 8400 350 2940000
7 Vách ngang 9x13099x1.0 117891 168.2 19829266.2
8 Tôn đáy 2x13099x1.6 41916.8 168.2 7050405.76
9 Lập là ngang 9x320x1.1x13 3744 175.7 657820.8
10 Lập là cốt lái 1 600x1.0x13 4860 70 340200
11 Lập là cốt lái 2 600x1.0x13 7800 110 858000
12 Lập là đứng 1 600x1.0x13 7800 190 1482000
13 Lập là đứng 2 600x1.0x13 7800 270 2106000
14 Lập là đứng 3 600x1.0x13 7800 350 2730000
S
102567
9 168154856
Ta có :

.
X
j j

G
j
V x
V
Σ
==
Σ
= 163,945(cm)
Khoảng cách từ trọng tâm đến trục lái :
r = X
G
- a = 63,945 (cm)
Khôí lượng bánh lái :
G=γΣV = 8051,58 kG
Trong đó : γ−trọng lượng riêng của thép
γ=7850 (kG/m
3
)
Mô men uốn gây ra đối với trục lái:
MG = G.r= 8051,58. 63,945 = 51257(kG.cm)
4.3.Kết cấu trục lái
4.3.1.Tải trọng tác dụng lên trục lái
- Áp lực thủy động PN
- Mômen thủy động Ms gây xoắn trục
- Lực tác dụng lên đầu secto lái
PC = MC/ RC với RC là bán kính secto lái
- Trọng lượng bánh lái Gm và trọng lượng bản thân của trục lái
- Coi bánh lái và trụ lái như 1 dầm tựa tự trên các gối tựa tự do. Bánh lái có độ cứng EI1,
trục lái có độ cứng EI2. Đặt EI1/EI2 = k.
E : Môdun đàn hồi cuả vật liệu.

Chọn k =2
Mô hình hoá sơ đồ bánh lái và trục lái :
l1
l30
0
1
2
PcR
2
R
1
R
0
P
N
l10 l20
b
l2
l3
a
M
1
M
2
E
1
I
1
E
2

I
2
M
G
Đây là dầm siêu tĩnh bậc một.
Với: l
10
= 20 cm l
1
= 745 cm
l
20
= 300 cm l
2
= 190 cm
l
30
= 125 cm l
3
= 65 cm
a= 320cm
b= 425 cm
4.3.2.Tính toán cho lần gần đúng thứ nhất
a, Trục lái dưới tác dụng của PN,Ms
Viết phương trình góc xoay cho đế 1 :
1 1 1 2
1 1 2 2 1 1
' '
1 0
3 3 6

n
P ab
M L M L a
E I E I E I b
 
+ − + =
 ÷
 
 M
1
’=
1 2
1
2 2
n
P
a ab
b L L
 
+ =
 ÷
+
 
44499,214 ( kG.m)
Mômen nhịp :
Mπ=
1
n
P ab
L

=
76667,49 (kG.m)
Mômen tính toán :
M'tt =
1
1 1
'
n
P ab
a
M
L L
− =
57553,733 (kG.m)
Phản lực tại các gối :
-Gối (0) :
R’0 =
1
1 1
'
n
P b
M
L L
− =
17985,542 (kG.m)
- Gối (1) :
R
1
’=

( )
1 1 2
1 2 1
'
n
M L L
P a
L L L
+
+ =
47433,097 (kG)
- Gối (2) :
R
2
’ =
1
2
'M
L
− =
-23420,639 (kG)
- Đường kính trục lái tại gối 1 :
D1 ≥
[ ]
2 2
1
3
'
0.1
M M

σ
σ
+
=
33,45 (cm)
Với : [σ] = 0,4. σ
ch
= 960 (kG/cm
2
)
M’
1
= 44499,216 ( kG.m)
M’s= 5984 ( kG.m)
Chọn D
1
= 35 (cm)
- Đường kính trục tại gối 2 :
D
2
≥
[ ]
'
3
0.1
M
σ
σ
=
17,08 (cm)

Chọn D
2
= 20 (cm)
- Đường kính trục tại gối 0 :
D
0
≥ 2,76
[ ]
'
0
R
σ
=
10,685 (cm)
Chọn D
0
= 18 (cm)
b, Trục lái chịu tác dụng của trọng lượng bánh lái G
m
Ta có M
G
= 6758,9 ( kG.m)
Ta có phương trình góc xoay với gối 1 :

2
1
2
1 1 1
3
1

6
G
M L
a
E I L
 
− =
 ÷
 
1 1 1 2
1 1 2 2
'' ''
3 3
M L M L
E I E I
− −
M"
1
=
2
1
2
1
1 2
1
1 3
2
2
G
a

M L
L
L L
 
−
 ÷
 
− =
+
-999,3 (kG.m)
Mômen tính toán :
M''tt =
"
1
1 1
G
M b
M a
L L
− =
4285 (kG.m)
Phản lực tại các gối :
-Gối (0) :
R’’
0
=
1
1 1
''
G

M M
L L
− − =
-773,1 ( kG)
-Gối (1) :

''
1
1
1 1
''
G
M
M
R
L L
= − =
1433,2 (kG)
-Gối (2):

''
1
2
2
''M
R
L
= − =
525,93 (kG)
Khi đó trị số phản lực tổng cộng của các gối ở lần gần đúng thứ nhất là :

Ri =
2 2
' ''
i i
R R+
R
0
= 18002,150 (kG)
R
1
=47454,744 (kG)
R
2
= 23426,543 (kG)
Trị số mômen ma sát tại các gối trong lần gần đúng thứ nhất là :
M
msi
=
4
2
i
i i
D
f R
π

M
ms0
= 206,39 (kG.m) M
ms1

= 1057,9 (kG.m)
M
ms2
= 298,43 (kG.m)
Moomen xoắn tổng cộng tác dụng lên rục lái ở lần gần đúng thứ nhất là
M
tp
= M
σ
+
2
0
msi
i
M
=
=
∑
7546,7 (kG.m)
Chọn máy lái xilanh điện thủy lực P15 có momoen định Mc = 160 kN.m
Bán kính cần lái : Rc= 0,5 m
Lực tác dụng lên đầu secto lái :
Pc = Mc/Rc = 40774,72 (kG)
4.3.3. Tính toán trục lái trong lần gần đúng lần 2 :
a, Trục lái dưới tác dụng của Ms, PN và Pc
Phương trình góc xoay viết cho gối 1 :

1 1 1 2 2 2
1 1 1 1 1 2 2 2 2
' ' '

1
6 3 3 6
n
P ab
M L M L M La
E I L E I E I E I
 
− + + = − −
 ÷
 
 M’
1
=
2 2
1
1 2
1
1 '
2
2
n
a
P ab M L
L
L L
 
+ −
 ÷
 
=

+
34051,200 (kG.m)
với : M’2 = Pc.L3 = 26503,568 (kG.m)
L3= 0,65 (m)
Moomen tính toán :
M
tt
= P
n
.
1
1 1
'
ab a
M
L L
− =
62041,471 (kG.m)
Phản lực tại các gối :
-Gối (0) :
R’
0
=
1
1 1
'
n
P b
M
L L

− =
19387,96 (kG)
-Gối (1) :
R’
1
=
1
1
'
n
P a M
L
+
+
1 2
2
' 'M M
L
−
=
26582,478 (kG)
-Gối (2) :
R’
2
= P
C
1 2
2
' 'M M
L

−
− =
36802,282 (kG)
Đường kính trục tại gối 1,2 trong lần gần đúng thứ hai :
D
i
≥
[ ]
2 2
3
0.1
ui
M M
σ
σ
+
Thay số vào ta được :
D
1
≥ 30,14 (cm)
D
2
≥28,29 (cm)
Trong đó :
M’
1
= 34051,200 (kG.m)
M’
2
= 26503,568 (kG.m)

[σ] =0,4*σ
ch
= 960 (kG/cm
2
)
Mσ= 5984 (kG.m)
Chọn D1 = 35 cm
Chọn D2 = 30 cm
Đường kính trục tại gối (0) trong lân gần đúng thứ 2 :
D
0
≥ 2,76
[ ]
'
0
R
σ
=
10,73 cm
Chọn Do= 20 cm
b, Trục lái dưới tác dụng của M
G
Phản lực tổng cộng của các gối là :
Ri =
2 2
' ''
i i
R R+ =
Ta được :
R

0
=

17461,38 kG
R
1
= 26604,90 kG
R
2
= 36804,12 kG
Trị số momen ma sát tại các gối trong lần gần đúng thứ 2 là :
M
msi
=
4
2
i
i i
D
f R
π
=
Ta được :
M
ms0
= 222,44 (kG.m)
M
ms1
= 593,1 kG.m
M

ms2
= 703,26 (kG.m)
Mômen xoắn tổng cộng tác dụng lên trục lái ở lần gần đúng thứ hai là :
M
tp
= Ms+
2
0
msi
i
M
=
=
∑
7502,8 (kG.m)
Vậy máy lái đã chọn ở lần gần đúng thứ nhất thỏa mãn .
4.3.4. Kiểm tra bền trục lái :
Ta kiểm tra bền trục lái tại 3 tiết diên nguy hiểm :
- Tiết diện 1-1 là tiết diện mà gót ki lái liên kết với trục lái
- Tiết diện 2-2 là tiết diện ổ trên trục lái
- Tiết diện 3-3 là nơi nắp vành chặn 2 nửa để đỡ toàn bộ trọng lương của bánh
lái và trục lái
a, Tại tiết diện 1-1 có momen uốn tổng cộng :
M
1-1
=
2 2
1 1
' ''M M+ =
3880,307 (kG. m)

Trong đó :
M'
1
là momen uốn tại tiết diện 1-1 do Pn và Pc gây ra
M’
1
= R’
0
.L’
1
= 3877,592 (kG.m)
M''
1
là momen uốn tại tiết diện 1-1 do trọng lượng bánh Gm gây ra
M’’
1
= R’’
0
.L’
1
= 145,119 (kG. m)
L'
1
= 20 cm
b, Tại tiết diện 2-2 có momen uốn :
M
2-2
= P
C
.L’

3
= 16309,888 (kg.m)
c, Tại tiết diện 3-3 có momen uốn :
M
3-3
= P
C
.L'
3
= 16309,888 (kG.m)
với : L'
3
= 20 cm
Quá trình tính toán được thực hiện dưới bảng sau :
ST
T
Đại lượng tính toán Đơn vị
Kết quả
1-1
2-2 3-3
1 Đường kính trục
cm
20 35 30
2 Mô đun chống uốn W
ni
cm
3
800 4287,5 2700
3 Môđun chống xoắn Wx
i

cm
3
1600 8575 5400
4 Mômen uốn M
ui
kGcm
388031
163098
9
163098
9
5
Ứng suất uốn σ
ui
kG/cm
2
485,03
8 380,406 604,07
6
Ứng suất xoắn τ
i
kG/cm
2
471,67
1 88,009 139,754
7
Ứng suất tổng σ
i
kG/cm
2

676,56
1 390.453 620.026
8
Độ dự trữ bền n=σ
ch
/σ
i
>2
4,434 7,683 4,839
4.3.5. Kiểm tra bền cốt lái
t
max
= 48cm ; chiều dày lớn nhất của profin tại vi trí đặt trục
z
max
= 23,9 cm ; là mép xa trục trung hòa nhất của cốt lái

[ ]
[ ]
maxU
M
W W
σ
≥ =
= 679,58 cm
3
Trong đó:
M
umax
= 6523,96 kG.m

[σ]= 0,4. σ
ch
= 960 (kG/cm
2
c
Quy
cách
Diện
tích
z
i
, cm F
i
.z
i
,cm
3
Mô men quán tính cm
4
cm. F
i
,cm
2
S.z
i
2
I
o
=b.h
3

/12
I 90x2.6 234 22.5 5265 118463 288
II 90x2.6 234 -22.5 -5265 118463 288
III
21.1x2.
6 54.86 0 0 0 1714.75
IV
21.1x2.
6 54.86 0 0 0 1714.75
S 577.72 0 240930.5
Vị trí trục trung hòa : e= 0 cm
Mô men quán tính : J= 240930,5 cm
4
Mô đun chống uốn : W= 10080,81 cm
3
 W>[W]: Thỏa mãn yêu cầu.