Thiết kế kết cấu cụm bánh lái cho tàu hàng, chương 11 docx

Chương 11: Bảo vệ chống gỉ cho trục
lái
Các cổ trục lắp ổ và vòng kín nước được bọc bằng ống lót
đồng hoặc thép không gỉ. Các đoạn trục lái c
òn lại được sơn bằng
loại sơn bảo vệ đặc biệt.
Đối với trục của t
àu ta thiết kế thì chiều dày của ống lót nằm trong
khoãng 10 ÷ 20 (mm) đối với ống lót có vật liệu bằng đồng,và 8,5
÷ 14 v
ới ống lót làm bằng vật liệu là thép không gỉ. Chiều dài ống
lót lớn hơn chiều dài bề mặt bảo vệ là 100(mm).
Các đoạn trục còn lại có thể chống gỉ bằng cách phủ cao su ,
êpôxy. Nhưng hiện nay thì người ta thay thế bằng sơn chuyên
dùng.
3.2. Tính toán kết cấu bánh lái:
Vật liệu làm tôn bánh lái, xương bánh lái và côt bánh lái là
thép CT3 theo bảng 3-8 [ 5- tr.40 ] :
σ
b
= 300 (N/mm
2
)

ch
= 200 (N/mm
2
).
3.2.1. Tôn bánh lái:
Chiều dày tôn bánh lái t không được nhỏ hơn trị số tính theo
công thức sau:

t = 5,5.l.β 5,2).
10.
(
4


pl
R
k
S
F
d (mm)
Trong đó :
d : áp suất thủy tỉnh, về trị số lấy bằng chiều chìm lớn nhất
của tàu.
d = 7 (N/m
2
)
F
R
= 403225,5 (N), S = 12,19 (m
2
):là lực tác dụng lên bánh
lái và di
ện tích bánh lái.
k
pl
: hệ số vật liêu của bánh lái.
Với : - e = 0,75 khi 
ch

> 235 (N/mm
2
)
- e = 1,00 khi

ch
< 235 (N/mm
2
)
k
pl
=
e
ch
)
235
(

=> K
s
=
1
)
200
235
(
= 1,175
β : được xác định theo công thức sau, nhưng β không được
lớn hơn 1,0 .
β =

2
).(5,01,1
a
l

Trong đó:
l = 0,46 (m): khoảng cách các xương nằm hoặc các xương
đứng của bánh lái, lấy giá trị n
ào nhỏ hơn.
a = 0,61 (m): khoảng cách các xương nằm hoặc các xương
đứng của bánh lái, lấy giá trị n
ào lớn hơn.
Suy ra :
β =
2
).(5,01,1
a
l
 =
2
)
61,0
46,0
.(5,01,1  = 0,903
V
ậy :
t = 5,5.0,46.0,903. 175,1).
19,12
10.5,403225
7(

4
 + 2,5 = 10,45
(mm)
V
ậy chọn chiều dày tôn bánh lái t = 14 (mm).
3.2.2. Xương bánh lái:
Thân bánh lái được gia cường bằng các xương đứng và
xương nằm sao cho thân báng lái có tác dụng như dầm chịu uốn.
Khoãng cách chuẩn l của các xương nằm của bánh lái được tính
theo công thức sau:
l = 0,2.(
100
h
) + 0,4 = 0,2 . (
100
6,4
) + 0,4 = 0,41 (m)
Nhưng ở đây ta chọn khoãng cách giữa các xương nằm là 0,569
(m) và thay đổi tăng dần theo chiều dài bánh lái, và có chiều dày
b
ằng với chiều dày tôn bao bánh lái 14 (mm).
Khoãng cách giữa các xương đứng tạo thành cốt bánh lái đến các
xương lân cận ta chọn bằng 0,5 (m).
Theo quy phạm chiều dày của các xương đứng bánh lái không
được nhỏ hơn 8(mm) hoặc 70% chiều d
ày tôn bao bánh lái lấy trị
số nào lớn.
Ta chọn chiều dày các xương đứng của bánh lái bằng với chiều dày
tôn bao bánh lái. T
ại vị trí có gắn khối bích đúc ta chọn chiều dày

xương đứng là 16 (mm).
Hình 3-5. Kết cấu xương nằm của bánh lái.
Hình 3-6. Kết cấu xương đứng của bánh lái
3.2.3. Cốt bánh lái:
Các xương đứng tạo thành cốt bánh lái phải được đặt ở phía
trước và sau đường tâm trục lái với kh
oãng cách gần bằng chiều
rộng của tiết diện bánh lái nếu cốt gồm hai xương đứng và đặt theo
đường tâm của trục lái nếu cốt gồm một xương.
Mô đun chống uốn tiết diện cốt phải được tính toán theo các
xương đứng quy định tr
ên cùng với dải mép kèm của tôn bánh lái.
Chi
ều rộng của dải tôn mép kèm được lấy như sau:
- Nếu cốt gồm hai xương đứng thì chiều rộng của mép kèm
được lấy bằng 0,2 lần chiều dài của cốt.
- Nếu cốt gồm một xương đứng thì chiều rộng của mép kèm
được lấy bằng 0,16 lần chiều dài của cốt.
- Theo hướng dẫn áp dụng của quy phạm thì đối với bánh lái
nửa treo thì phần mép kèm được xác định như sau:
B
e
= b +a
Trong ph
ần diện tích A: a = b = 0,1*l
Trong phần diện tích B và D : a = b =
0,08*l
Trong ph
ần diện tích C : a phải lấy như
ở dưới

đây với điều kiện a phải không lớn hơn
0,08*l
b = 0,08*l.
Đối với bánh lái ta thiết kế cho tàu này thì cốt bánh lái gồm một
xương đứng có chiều d
ày là 16 (mm).
Mô đun chống uốn và diện tích tiết diện nằm ngang của cốt
bánh lái phải sao cho ứng suất uốn, ứng suất cắt và ứng suất tương
đương không được lớn hơn các trị số sau đây:
- Ứng suất uốn :
m
b
K
110


- Ứng suất cắt :
m
c
K
50


- Ứng suất tương đương :
m
cbe
K
120
3
22



Với K
m
hệ số vật liệu làm bánh lái
V
ật liệu làm cốt bánh lái là thép CT3 có :
σ
b
= 300 (N/mm
2
)

ch
= 200 (N/mm
2
).
Suy ra:
- e = 0,75 khi

ch
> 235 (N/mm
2
)
Hình 3-7. Mép kèm của bánh lái
- e = 1,00 khi 
ch
< 235 (N/mm
2
)

K
m
=
e
ch
)
235
(

=> K
m
=
1
)
200
235
(
= 1,175
Theo tính toán trên thì mômen u
ốn lớn nhất nằm trong phần diện
tích B nên chiều rộng của mép kèm là: a = b = 0,08.l
V
ới : l = h = 4,6 (m) chiều cao bánh lái.
Suy ra: a = b = 0,08.4,6 = 0,368 (m)
Lúc này c
ốt bánh lái được xem như là dầm chữ I ( hình 3-8 ) có
các kích thước như sau:
Chiều rộng mép kèm B = a + b = 0,368 + 0,368 = 0,736 = 736
(mm)
Chi

ều cao chữ I chính là chiều dày prôfin bánh lái tại vị trí đang
xét: t = 365 (mm)
Chi
ều dày của cốt là : n = 16 (mm)
Chi
ều dày tôn bao là : m = 14 (mm)
Hình. 3-8
Mô đun chống uốn và diện tích tiết diện nằm ngang của cốt phải
sao cho ứng suất uốn, ứng suất cắt và ứng suất tương đương không
được lớn hơn các trị số sau:
-Ứng suất uốn :
m
b
K
110


(N/mm
2
)
-
Ứng suất cắt :
m
c
K
50


(N/mm
2

)
-
Ứng suất tương đương:
m
cbe
K
120
3
22


(N/mm
2
)
Tuy nhiên đối với những chổ cốt bánh lái có lỗ khoét thì ứng
suất uốn, ứng suất cắt và ứng suất tương đương không được lớn
hơn các trị số sau:
-Ứng suất uốn :
m
b
K
75


(N/mm
2
)
-
Ứng suất cắt :
m

c
K
50


(N/mm
2
)
-
Ứng suất tương đương:
m
cbe
K
100
3
22


(N/mm
2
)
Trong đó K
m
: hệ số vật liệu của cốt bánh lái.
Sau khi tính toán bằng phần mền RDM6 ta có kêt quả (xem phần
phụ lục trang14):
Lực cắt tại các gối đỡ là :
N
1
= 213355,52 (N)

N
1
= - 251374,8 (N)
N
2
= - 60843,3 (N)
N
2
= 93559,8 (N)
N
3
= -304255,4 (N)
Lúc này c
ốt của bánh lái được xem như dầm chữa I có các kích
thước như sau:
Ta có mô men quán tính của tiết diện là:
J =
12
.
2
12
.
.2
3
22
2
111
3
11
hb

xhb
hb

Trong đó:
h
1
= 14 (mm)
b
1
= 736 (mm)
h
2
= 365 (mm)
Hình 3-9. Biều đồ lực cắt của hệ bánh lái - trục lái
b
2
= 16 (mm)
x
1
= 
2
2
21
hh
189,5 (mm) trọng tâm của bản mép đến trục
trung hòa.
Suy ra :
J
= .14.736.2
12

14.736
.2
3
 189,5
2
+
12
365.16
3
= 1462060079 (mm
4
)
Mô đun chống uốn của tiết diện là :
W
u
=
14356
1462060079
max


y
J
= 3857678,3 (mm
3
)
Ứng suất của tiết diện là :
3,3857678
10.07,273095
3

1

u
b
W
M

= 70,8 (N/mm
2
)
Ứng suất cắt lớn nhất của tiết diện :
b
J
SN
x
c
.
.
max


Trong đó :
N = N
1
= 251374,8 (N)
S
x
=
222111
hbxhbx  = 189,5.736.14 + 91,5.16.365 = 2219058

(mm
3
) mômen tĩnh của một nửa chữ I đối với trục x .
b = b
2
= 16 (mm)
Suy ra:
16
.
1462060079
2219058.8,251374
max

c

= 23,85 (N/mm
2
)
Ứng suất tương đương của tiết diện :
222
max
2
85,23.38,70.3 
cbe

= 81,96 (N/mm
2
)
Ứng suất cho phép là:
m

b
K
110


=
175,1
110
= 93,6 (N/mm
2
)
m
c
K
50


=
175,1
50
= 42,5 (N/mm
2
)
2222
5,42.36,93.3 
cbe

= 119,07 (N/mm
2
)

V
ậy cốt của bánh lái đủ bền.