ĐỀ TÀI THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐỘNG LỰC

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐỘNG LỰC


LỜI MỞ ĐẦU


Các số liệu cho trước
Điều kiện cho trước
1. Thông số vỏ
a.chiều dài lớn nhất
b.chiều dài thiết kế
c. chiều rộng lớn nhất
e.chiều cao mạn
f.chiều chìm trung bình
i.Hệ số đầy chung
j.Hệ số đầy mặt đường nước
k.Hệ số đầy mặt cắt ngang
l. Lượng chiếm nước
2.Số lượng trục chân vịt
3.Tốc độ hàng hải tự do
4. Biên chế
5.Vị trí buồng máy
6.Vật liệu đóng tàu
7. Loại hàng chở

Ký hiệu / Đơn vị

Số liệu

Lmax,m
Ltk,m

Bmax
H,m
Ttb,m
δ
α
β
D,T
X
V,hl/h
BC, người
Vt
Vật liệu
TEU

86,0
82,46
12,4
6,7
5,4
0,63
0,84
0,9
3300
1
16
6
Phần đuôi
Thép
container

I. PHẦN I
TÍNH SỨC CẢN
I.1.

Tính sức cản thân tàu:

Ngày nay có nhiều cách tính sức cản vỏ tàu khác nhau. Mỗi loại phương pháp có
phạm vi ứng dụng riêng biệt. Ta áp dụng phương pháp Papmeil
δ = 0.35÷0.80; L/B = 4÷11; B/T = 1.5÷3.5; Fr < 0.9
 Đối với tàu thiết kế ta có:
δ = 0.72 ; L/B = 7,0 ; B/T = 2,3 ; Fr = (0,161 ÷ 0,514) (Nếu ta giả thuy ết
rằng dải vận tốc của tàu thiết kế từ (5 ÷16)(hải lý/giờ). Do thông số tàu phù hợp
phương pháp Papmiel nên chọn phương pháp Papmiel để tính toán sức cản.
 Phương pháp Papmiel công bố tại Liên Xô trước đây trong khoảng những năm
đầu của những năm năm mươi, dựa cả trên kết quả thử mô hình và đo sức cản
tàu thật. Trong công thức Papmiel thay vì sức cản R tác giả đề nghò sử dụng
EPS (tương đương EPH) dạng sau:
D.Vs3
EPS =
L.C 0

Trong đó:

D: Lượng chiếm nước của tàu (t).
L: Chiều dài tàu (m).
Vs: Vận tốc tàu (HL/h).
C0: Hệ số theo cách làm của Papmiel.
C1λ
C0 = ξ ψ

λ : hệ số tính theo công thức .
λ = 0.7 + 0.3
ψ = 10

L
= 0,958
100

BCb
= 0,91
L

ξ=1: cho tàu 1 chân vòt.
C0= 1.C1
EPS=

3300 Vs3
V3
×
= 38,4 × s
86
C1
C1

Cho vận tốc nằm trong dải từ (5 ÷16) hl/giờ .

I.2.

Lập bảng tính sức cản thân tàu:

Baỷng 1: Tớnh sửực caỷn voỷ taứu:
Vn tc
Vs

(Hl/h)

Vn
tc v
(m/s)

Fn

1
v = Vs
L
'

C1 ,

EPS = 38 .4

V s3
C1

R=

EPS.75
v

5

2.57

0.161

0.528

88

54.545

1591.793

6

3.084

0.193

0.633

90

92.160

2241.245

7

3.598

0.225

0.739

93

141.626

2952.178

8

4.112

0.257

0.844

94

209.157

3814.885

9

4.626

0.289

0.950

92

304.278

4933.175

10

5.14

0.321

1.055

89

431.461

6295.632

11

5.654

0.353

1.161

85

601.299

7976.196

12

6.168

0.386

1.267

81

819.200

9961.089

13

6.682

0.418

1.372

79

1067.909

11986.406

14

7.196

0.450

1.478

78

1350.892

14079.617

15

7.71

0.482

1.583

76

1705.263

16588.163

16

8.224

0.514

1.689

74

2125.492

19383.742

T bng trờn ta c th sau


25000

20000

15000

10000

5000

0
1

2

3

4

5

6

7

…

…

14

15

16

Đồ thị sức cản tính theo phương pháp Papmeil.

Từ bảng tính sức cản và Nycdc ta chọn những máy có dải công suất theo yêu cầu

sau:


II. PHẦN II
THIẾT KẾ CHÂN VỊT CHỌN MÁY

II.1. Tính các thơng số cơ bản:
Bài tốn cần giả quyết ở đây là thết kế chân vịt để chọn máy có cơng suất phù hợp cho con tàu
nhằm đảm bảo tốc độ cho trước ,khi thiết kế chân vịt cần xác định các yếu tố sau:

II.1.1. Số lượng trục chân vịt:
Tàu thiết kế có mộ hệ trục, được dẫn động bằng một động cơ chính.

II.1.2. Chiều quay chân vịt:
Do tàu có một chân vịt do đó chiều quay khơng ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả làm việc của chân
vịt.
Chọn chiều quay của chân vịt: cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ mặt ngồi vào.

II.1.3. Đường kính chân vịt:
Tính sơ bộ đường kính chân vịt:

Dsb = 0.7T = 0.7*5.4 = 3.78 m.
II.1.4. Số lượng cánh chân vịt;
Số lượng cánh chân vịt được tính dựa vào cơng thức sau:

K’d = vp.D.(ρ/T)1/2
ng với t=20 0 c thì ρ được tính bằng phương pháp nội suy tuyến tính(ứng với
bảng 1 trang 13) ⇒ ρ = 101.784(kg.s2/m4)
Với T là lực đẩy cần thiết : T =

R
19383.742
=
= 23910.1 (KG)
1 − 0.189
1− t

R = 19383.742 kG : là lực cản lấy tại vs = 16 (hải lý/h)
⇒ K d =1.625 < 2
⇒ Chọn số cánh chân vòt là: Z = 4
’

II.1.5. Tỉ số mặt đĩa:
Để đảm bảo đủ độ bền cho cánh và củ chân vòt nên chọn tỉ số đóa θ không nhỏ
hơn giá trò tính theo công sau:
Theo điều kiện bền:
2/3

 C' Z 
m'.T
 * 3
θ’min = 0.375  .
10000
 D δ max 
Trong đó:
C’ là hệ số đặc trưng độ bền của chân vòt. Do chọn vật liệu làm
chân vòt bằng đồng nên C’ = 0.055

m’ là hệ số quá tải của chân vòt. Chọn m’ = 1.15
δmax = (0.08÷0.1) là độ dày tương đối của canh chân vòt ở

bán kính tương đối r = (0.6÷0.7)R.


Lấy δmax = 0.08
D = 3.78 (m): là đường kính chân vòt xác đònh ở trên.
T = 23910.1 (KG): là lực đẩy của chân vòt lấy tại
v s = 16
(hải lý/h)
Z = 4 là số cánh chân vòt.
Vậy: θ’min = 0.48. Ta chọn θt = 0.55.
II.1.6. Các hệ số ảnh hưởng của thân tàu:

II.1.6.1. Hệ số dòng theo:
w = 0.156 * C b

n

3

V
− ∆ω
D

Trong đó:
n =1: số chân vòt:
D – đường kính sơ bộ chân vòt , D = 0.7Ttb= 3.78 m.
V – thể tích chiếm nước của tàu , V = D/ϒ = 3219.5 m 3
∆ω - số điều chỉnh tính đến ảnh của sống đuôi (chỉ sử
dụng khi Fn > 0.2)
Cb = 0.63 :Hệ số đầy thể tích.

⇒ ω = 0.2.

II.1.6.2. Hệ số dòng hút:
Đối với tàu đi biển được xác theo công thức:
t = K.ω = 0.7*0.2 = 0.14. Với K = (0.5÷0.7)
II.1.7. Tốc độ tiến chân vịt:
vp = vs.0.515.(1- ω) = 6.592 m/s; vs = 16 (hải lý/h)
II.1.8. Hiệu suất thân tàu:
ηk =

1 − t 1 − 0.189
=
= 1.01
1− w
1 − 0.2

II.1.9. Hiệu suất xốy:
Với nước biển chọn η R = 1,025.
TỔNG HỢP CÁC THƠNG SỐ:
-

Lực đẩy chân vịt:

P = 23910.1 (kG).

-

Tốc độ tịnh tiến của chân vịt:

Vp = 6.592 (m/s).

-

Tốc độ tàu ở chế độ hàng hải tự do :

V = 16 (Hl/h).

-

Hệ số dòng theo:

ψ = 0,2.


-

Hệ số dòng hút:

t = 0,186.

-

Hiệu suất thân tàu:

η k = 1,01.

-

Hiệu suất xoáy:

η R = 1,025.

-

Hiệu suất môi trường:

η mt = 0,88.

-

Hiệu suất đường trục:

η t = 0,98.

-

Số cánh chân vịt:

Z = 4.

-

Tỷ số mặt đĩa:

θ = 0,55.

-

Hệ số ảnh hưởng thân tàu:

a = 1,05.

-

Hệ số dự trữ công suất:

Kdt =1,11.

II.2. Lập bảng tính chân vịt chọn máy:

Từ bảng tính chân vịt chọn máy ta vẽ được đồ thị chọn máy:
Dựa vào đồ thị chọn máy ta chọn được động cơ: 8L32/44CR. Vì:


III.PHẦN III
THIẾT KẾ TRỤC

III.1. Thiết kế sơ bộ hệ trục:
III.1.1.
Đặc điểm tàu:
- Hệ trục:
• 1 trục chân vịt.
• Một máy chính.
• Truyền động gián tiếp thông qua hộp số.
• Chân vịt định bước.
- Máy chính:
Tàu được trang bị một động cơ chính diesel 4 kỳ, 8xilanh thẳng hàng, trung tốc.
• Kiểu 8L32/44CR.(Hãng Man B&W)
• Power: 4480KW (6090 HP)
• Speed: 720 rpm.

- Chân vịt:
• Đường kính: D = 3,45m
• Số cánh : 4
III.1.2.

Tính chọn sơ bộ hệ trục:

III.1.2.1. Chiều dài hệ trục:
-

Vị trí buồng máy được đặt tại cuối tàu do đó chiều dài hệ trục ngắn, với ưu điểm dễ
gia công lắp đặt và tận dụng được không gian để chứa hàng (dầu).

III.1.2.2. Kết cấu sơ bộ hệ trục:
-

Tàu thiết kế có một chân vịt nên tàu chỉ có một hệ trục.
Máy chính tàu thuộc loại trung tốc, số vòng quay lớn do đó phải sử dụng hộp số để
giảm số vòng quay của máy chính trước khi truyền động tới chân vịt. Do đó hệ trục
tàu được bố trí thêm hộp số và trục đẩy.
• Động cơ chính được thiết kế kèm theo hộp số và trục đẩy nên:
Do đó, thành phần hệ trục bao gồm:
• Trục trung gian.
• Trục chân vịt.
• Trục đẩy.
- Căn cứ vào bố trí chung toàn tàu ta thấy rằng buồng máy nằm ở cuối tàu
( phần
đuôi tàu) do đó hệ trục không dài, do đó ta quyết định chọn:
• Hộp số đặt tại sườn 11-12
•

Chiều dài đường trục được xác định từ tâm chân vịt đến tâm bích nối của
hộp số động cơ. Do đó căn cứ vào bố trí chung toàn tàu ta xác định chiều dài
hệ trục Lsơ bộ = 5080(m)
Từ những yêu cầu trên ta xây dựng bản vẽ lắp đặt sơ bộ hệ trục.(Xem bảng vẽ)


III.1.3.

Thiết kế hệ trục:

III.1.3.1. Chọn vật liệu làm trục:
Theo “Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép-hệ thống máy tàu-TCVN6259-3”:
- Vật liệu dùng để chế tạo các chi tiết sau:
• Trục trung gian.
• Trục chân vịt.
• Khớp nối trục.
• Bulong khớp nối.
- Vật liệu chế tạo phải có giới hạn bền kéo danh nghĩa nằm trong khoảng 400-800N/mm 2.
Do đường kính trục thiết kế lớn do đó theo yêu cầu của qui phạm ta chọn vật liệu là thép
rèn cacbon:
Cấp thép

KSF 45

Thử kéo
Giới hạn Giới hạn
Độ giãn
chảy qui bền kéo
dài %
2

ước
N/mm
L=5,56√A
2
N/mm
≥ 220
≥ 440
≥ 27

Độ co
thắt
%
≥ 50

III.1.3.2. Tính kích thước hệ trục:
-

III.1.3.2.1. Trục trung gian:
Đường kính trục trung gian không được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:
do = F1 × K1 × 3

H  560 
×
× K
N  Ts + 160 

Trong đó:
•
do : đường kính yêu cầu của trục trung gian.(mm)
•

H : công suất liên tục lớn nhất của động cơ (KW)
H =4480 KW
•
N : Vòng quay của trục trung gian ở công suất liên tục lớn nhất (v/ph)
N = 160 v/ph
•
F1 : hệ số lấy theo bảng 3/6.1(Qui phạm)
F1 = 100
•
k1 : hệ số lấy theo bảng 3/6.2 (qui phạm)
Trục có khớp nối bích liền. Do đó chọn k1 = 1,0
•
Ts: giới hạn bền kéo danh nghĩa của trục trung gian(N/mm2).
Theo bảng tính chất của vật liệu, chọn Ts = 460N/mm2.
•
K : hệ số trục rỗng
1

K=

d 
1 −  i 
 da 

4


Với: di đường kính trong trục rỗng(mm)
da : đường kính ngoài của trục rỗng (mm)
Chọn K= 0,4

Suy ra:
do = 100 × 1 × 3

4480  560 
×
 × 0,4 = 216.27 mm
160  460 + 160 

III.1.3.2.2. Trục chân vịt:
Theo qui phạm, đường kính trục chân vịt làm bằng thép rèn cacbon không được nhỏ hơn
trị số sau đây:
ds = 100 K 2 × 3

H  560 
×
× K
N  Ts + 160 

Trong đó:
• K2 : hệ số liên quan tới thiết kế trục được qui định ở bảng 3/6.3-Qui phạm
phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2003-Hệ thống máy tàu.
Chọn k2 = 1,22
Suy ra :
ds = 100 × 1,22 × 3

4480  560 
×
 × 0,4 = 263.85 mm
160  460 + 160 

III.1.3.2.3. Kết cấu cơ bản::
1. Phần côn trục chân vịt:
• Lấy độ côn bằng 1:12
• Kết cấu: phần ren để lắp đai ốc chân vịt liền với đầu côn nhỏ của phần côn
trục.


Kích thước được tra theo bảng 3-Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy-Nguyễn đăng cường.
Dk= ds = 300(mm).
dr = M180x6.
Lr = 145 mm
Lk
Lk
= 1,6;1,8;2;2,2;2,6;3,3. Chọn:
=1,8 Suy ra Lk = 540 mm
Dk
Dk

-

dr =(0,75-0,9)dk Suy ra dk = dr/0,8=225mm
• Chân vịt lắp ép vào trục bằng phương pháp lắp ép thủy lực, giữa chân vịt và
trục không dùng then.
2. Đai ốc hãm chân vịt:
Có nhiệm vụ hãm chặt chân vịt trên phần ren của đầu côn trục chân vịt.
Phần đai ốc hãm gồm hai phần: đai ốc hãm và nắp xuôi dòng.

3.
4.
5.

a.
6.

Kết cấu trục trung gian:
Trục trung gian là trục đặc.
Trục được chế tạo có bích liền nên không cần kết cấu côn trục.
Bích nối trục và bulong bích nối:
Trên tàu thủy có rất nhiều phương pháp nối trục, tuy nhiên thường dùng các
hình thức là: bích liền, bích rời, ống kẹp trục.
7. Chọn kết cấu kiểu bích rèn liền với trục vì có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, giá
thành thấp và làm việc tin cậy.


8. Kích thước cơ bản được tra theo bảng 6-Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủyNguyễn đăng cường.
Với đường kính cổ trục 300mm:
a. D1 = 560mm
b. D2 = 400mm
c. b1 = 65mm
d. b2 = 10mm
e. R = 15mm
f. db= 68 mm x10
Thiết kế áo trục chân vịt:
1. Vật liệu chế tạo:
- Gang đúc.
- Theo yêu cầu của qui phạm thì phải dùng gang xám cấp 5-7, có cơ tính như sau:
Các Chống uốn
Chống
Chống
Độ
cấp

kéo
nén
cứng
của Khoảng cách gối 600mm Khoảng cách gối 300mm σb
σd
Thí
2
2
chi
kG/mm kG/mm nghiệm
Ứng
suất Độ
Ứng
suất Độ
2
2
tiết
uốn(kG/mm ) võng(mm) uốn(kG/mm ) võng(mm)
đúc
gang
5
44
9
47
3
24
85
170:241
6xám 48
9

51
3
28
100
170:241
7
52
9
55
3
32
110
187:255
Trong điều kiện bình thường dùng gang xám cấp 5 để chế tạo trục chân vịt.
2. Kết cấu ống trục chân vịt:
- Tàu có một ống bao trục chân vịt(do có một hệ trục).
- Đoạn cuối ống bao trục có ren để cố định vào đuôi tàu.
- Chiều dài ống bao trục được xác định từ cột đuôi đến vách kín nước sau cùng.


3. Vật liệu gối trục:
- Gối trục làm bằng vật liệu hợp kim babit với lí do:
a.
Chịu mòn tốt, không làm hư
hỏng cổ trục.
b.
Ứng suất nén cao, tản nhiệt
nhanh.
4. Các kích thước chủ yếu của ống bao trục chân vịt:
a. Chiều dày ống trục:

Theo qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép thì:
9. Chiều dày của áo trục không được nhở hơn trị số tính theo công thức sau đây:
t1 = 0,03ds + 7,5=0,03.300+7,5=16,5 mm
t2 = 3/4t1 = ¾.16,5=12.375 mm
Trong đó:
1. t1 : chiều dày áo trục tại vị trí ổ đỡ ống bao trục.
2. t2 : chiều dày áo trục ở các phần còn lại.
Do đó, có thể tính lại chiều dày ống trục dựa vào công thức sau:
Với ống trục bằng gang đúc;
C=

D
+ 20
20

Trong đó: - C: chiều dày ống bao trục.
- D: Đường kính cổ trục chân vịt.
Suy ra C = 300/20+20 = 35(mm)
- a = (1,5-1,8)C = (1,5-1,8) 35 = (52.5-63)
- b= (1,2-1,5)C = (1,2-1,5) 35 = (42-52.5)
b. Chiều dài gối trục chân vịt:
Ống bao trục thường có 2 gối trục nằm trước và sau.
Chiều dài gối trước: L1 = (3-4)D = 900-1200(mm).
Chiều dài gối sau: L2 = (4-4,5)D = 1200-1350 (mm)
5. Thiết bị làm kín áo bao trục:
- Nhiệm vụ: làm kín dầu, kín nước, không cho dầu và nước rò ra bên ngoài.
- Chọn kiểu làm kín kiểu simphlex.
- Cụm làm kín phía mũi dùng hai vòng làm kín(seal) có chức năng làm kín dầu.
- Cụm làm kín phía lái dùng bao vòng làm kín trong đó có hai seal làm kín nước, 1 seal
làm kín dầu.

6 . Bôi trơn và làm mát gối trục chân vịt:
- Gối trục làm bằng hợp kim babit.
- Phương án bôi trơn là dùng dầu.
TÍNH TOÁN SỨC BỀN HỆ TRỤC.
1. Cơ sở và phương pháp tính:
Tính toán dựa trên cơ sở:
- Hệ trục nằm ở trạng thái tĩnh.
- Chịu tải do mo men xoắn, lực đẩy chân vịt không đổi, chịu uốn do trọng lượng bản
thân và các chi tiết treo trên trục chân vịt( khớp nối, bánh răng..0
Phương pháp tính:


Sử dụng phương pháp tính sức bền hệ trục theo tải tĩnh cùng với hệ số an toàn về sức
bền tức Hệ số dữ trữ sức bền.
2. Tính toán kiểm nghiệm sức bền các hệ trục:
A. Tính kiểm nghiệm sức bền trục trung gian:
Trục trung gian được bố trí chỉ có một gối đỡ, hai đầu trục có bích liền để nối với trục
chân vịt và trục khuỷu máy chính.
Sơ đồ tính toán được thể hiện theo hình sau:
Theo lý thuyết sức bền xoắn thì đường kính trục trung gian được tính dựa theo công thức
sau:
dt = 1,72

[

Mx

τ x 1 − ( m) 4

] (cm)

Trong đó:
• Mx: momen xoắn định mức của máy chính.

Từ đó:

N
6090
= 71620
= 2726036 (KGcm)
n
160

Mx =

71620

• m=

do
- thông thường m= 0,4(hoặc do = 0,4d)- hệ số trục rỗng.
d

• N: Công suất định mức máy chính(trục trung gian)(cv).
N = 6090HP
• n: Vòng quay định mức máy chính(trục trung gian-v/ph).
n= 160rpm
• τx: Ứng suất xoắn cho phép được xác định theo bảng 42-Thiết kế và lắp ráp
thiết bị tàu thủy-[KG/cm2]
τx = 900kG/cm2 ứng với σT = 3500 kG/cm2.

Tuy nhiên do động cơ chính đẩy tàu là động cơ diesel , do đó hệ trục còn phải
chịu dao động xoắn nên τx lấy giảm xuống 1,5 lần. Suy ra τx =
900/1.5=600(kG/cm2)
• do = Đường kính lỗ trong của trục rỗng(cm).
• d: đường kính lỗ ngoài của trục rỗng(cm).

dt = 71,45

N
6090
(cm) = 71,45
= 18.23 cm
4
τ x .n.(1 − m )
600.160.(1 − 0,4 4 )

Tuy nhiên, theo qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2003- hệ thống máy tàu:
dt = do ≥ 216.27 mm = 21.63 cm
Với dt, do: đường kính trục trung gian.
Do đó chọn đường kính trục trung gian dt = 280 mm
Vậy: đường kính lỗ ngoài trục trung gian d=dt =280 mm
Đường kính lỗ trong trục rỗng do = 0,4.d=0,4.280=112 mm
Lực đẩy chân vịt có thể tính theo công thức sau:
T= 145,8.

Ne
.η p (KG)
v

Trong đó:
- Ne: công suất định mức hữu ích của máy chính (cv)
- v: tốc độ định mức của tàu (hl/h)
- ηp: hiệu suất chân vịt = 0,589 (theo đồ thị chọn máy)
Suy ra
T= 145,8.

6090
.0,589 =32686.6 KG
16

1. Ứng suất xoắn của trục:
σx =

Mx
KG/cm2
Wx

Trong đó:
N
=2726036 (KGcm)
n

-

Mx = 71620

-

Wx = momen chống xoắn.

π  d 4 − d o4  πd 3
3,14.28 3
4


(1 − m ) =
(1 − 0,4 4 ) = 4197.79 (cm3)
Wx = 
=
16 

d



16

16

Thay vào ta được:
σx =

2726036
= 649.4(KG/cm2)
4197.79

2. Ứng suất nén của trục:
σn =

4T

T
T
= 1,27 2
=
(KG/cm2)
2
2
2
πd (1 − m )
d (1 − m )
F

Với F: tiết diện trục đang kiểm tra.
Suy ra : σn = 1,27.

32686.6
=54.34 (KG/cm2)
282 (1 − 0,4 2 )

3. Ứng suất uốn của trục:
Để tính ứng suất uốn ta phải tính phản lưc tại gối đỡ theo sơ đồ trên.
Trọng lượng đơn vị của trục:
π
q= (d 2 − d o2 )γ (KG/cm)
4

Với γ : trọng lượng riêng của vật liệu làm trục.
γ = 7,85.10-3 KG/cm3 với vật liệu trục là thép
Suy ra q=

3,14
(28 2 − 11,2 o2 ).7,85.10 −3 =4.06KG/cm
4

Ta có:
Ứng suất chống uốn: σu=

Mu
Wu

(KG/cm2).

Xác địn Mu nhờ phần mềm RDM. Ta được kết quả sau:
Biểu đồ momen uốn:


Sau khi su dung RDM ta thu được kết quả như sau:
+-------+
| Beams |
+-------+
User : Université des Pêches - NHA TRANG ( Vietnam )
Name of project :
Date : 7 September 2009
+-----------------+
| Data of problem |
+-----------------+
+------------+
| Materials |
+------------+
Name of Material = Acier

Young's Modulus = 210000 MPa
Mass Density = 8000 kg/m3
Elastic Limit = 250 MPa
+---------------+
| Nodes [ cm ] |


+---------------+
Node 1 : X = 0.000
Node 2 : X = 208.000
+-------------------+
| Cross section(s) |
+-------------------+
Nodes 1 --> 2
Hollow circle : D = 280.0 t = 84.0 (mm)
Area = 517.23 cm2
Moment of Inertia : IZ = 29399.46 cm4
Upper fiber : VY = 140.00 mm Wel.Z = 2099.96 cm3
Lower fiber : VY = 140.00 mm Wel.Z = 2099.96 cm3
Weight of the structure = 8606.74 N ( g = 10.00 m/s2 )
+-------------------+
| Nodal support(s) |
+-------------------+
Node 1 : Fixed support
Node 2 : Fixed support
+---------------+
| Load case(s) |
+---------------+
Linearly distributed force : Nodes = 1 -> 2 pYo = -8444.80 pYe = -8444.80 N/cm

+---------+
| Results |
+---------+
+---------------------------------+
| Nodal deplacements [ cm , rad ] |
+---------------------------------+
NodeDeflection

Slope


1 0.000000 0.000000
2 0.000000 0.000000
DY maximal = 0.00000E+00 cm à X = 0.000 cm
DY minimal = -6.66734E-02 cm à X = 104.000 cm
+----------------------------------+
| Internal forces [ N N.cm MPa ] |
+----------------------------------+
TY = Shear Force

MfZ = Bending Moment SXX = Normal stress

Node

MfZ

TY

SXX

1 -878259.20 -30446318.93
2 878259.20 -30446318.93

-144.99
-144.99

Maximum bending moment = 15223159.47 N.cm at 104.000 cm
Minimum bending moment = -30446318.93 N.cm at 208.000 cm
Maximum normal stress = 144.99 MPa at 208.000 cm
Minimum normal stress = -144.99 MPa at 208.000 cm
+---------------------------------+
| Support reaction(s) [ N N.cm ] |
+---------------------------------+
Node 1 RY = 878259.20 MZ = 30446318.93
Node 2 RY = 878259.20 MZ = -30446318.93
Vậy:
Momen uốn lớn nhất: 15223159.47 N.cm=1522315,947KG.cm
πd 3
3,14.28 3
(1 − m 4 )(cm 3 ) =
(1 − 0,4 4 ) = 2098,9 (cm3)
Wu =
32

32

Suy ra
σu =

Mu

1522315,947
=
= 725,29 (KG/cm2)
Wu
2098,9

Ứng suất uốn bổ sung do lắp ráp và ảnh hưởng của các nhịp kế cận có thể nhận giá trị σ b
= 300 KG/cm2
Tổng ứng suất do nén, uốn :σo = σn+σu+σb =54,34+725,29+300 = 1079,63KG/cm2
Ứng suất tổng hợp chung:
σc = σ o2 + 3σ x2 = 1079,63 2 + 3.649,4 2 = 1272,72(KG/cm2)
Hệ số dự trữ sức bền:


σT
3500
=
=2,75
1272,72
σc
Theo yêu cầu hệ số dữ trữ sức bền K đối với tàu động cơ chính là động cơ diesel thì K =
2,5-5,5.
Suy ra trục trung gian đủ bền.

K=

B. Tính kiểm nghiệm bền trục chân vịt:
 Sơ đồ tính toán trục:
Coi trục chân vịt như một dầm tự do nằm trên hai gối đỡ(gối đỡ đặt ống bao trục),
một đầu công-xôn treo chân vịt và chịu các tải sau: momen xoắn từ máy chính,

momen uốn do trọng lượng chân vịt, lực đẩy chân vịt, tọng lượng chính bản thân tục
chân vịt.
 Thực hiện:
- Đường kính trục chân vịt: dv = 300mm
- Hệ số trục rỗng: m=0,4
- Đường kính lỗ trục rỗng: do = 0,4.300=120mm
- Momen xoắn:
Mx = 71620.

N
6090
=71620.
=2726036,25 KGcm
160
n

-

Momen chống xoắn:
π  d v4 − d o4  3,14  30 4 − 12 4 
=
 =5163,102 cm3
× 
× 
Wx =

16 

-



16



30



Ứng suất nén:

σx=
-

dv

M x 2726036,25
=
=527,98 KG/cm2
5163,102
Wx

Ứng suất nén:

σn= 1,27.

T
32686.6
=54,91 KG/cm2

2
2 = 1,27.
d × (1 − m )
30 × (1 − 0,4 2 )
2
v

- Ứng suất tính toán chung trên trục:
σc = e. σ n2 + 3σ x2
Với e = 1,04-Hệ số kể đến uốn.
Suy ra σc = 1,04. 54,912 + 3.527,982 =952,78 KG/cm
- Hệ số dữ trữ sức bền:
σT
3500
K=
=
= 3,67
952,78
σc
Vì hệ số dữ trữ sức bền K=2,8-5,8 đối với tàu có động cơ chính là diesel .
Suy ra trục đủ bền.
3. Xác định áp lên các gối đỡ - Tính áp lực riêng trên các gối đỡ:
Thực tế sử dụng hệ trục cho thấy rằng phụ tải do trọng lượng bản thân trục và các
phần tử khác gắn trên trục phân bố không đều, gối đỡ trục chân vịt chịu tác dụng của phụ
tải lớn nhất do có phần côngxôn.


Muốn tính áp lực riêng trên các gối đỡ, trước hết cần tính phản lực trên các gối đỡ.
Để giải bài toán này người ta coi hệ trục như một dầm liên tục được đặt trên các gối đỡ,
một đầu là đoạn côngxôn (đoạn lắp chân vịt) và đầu kia có liên kết ngàm.

Sơ đồ tính toán:

Để giải bài toán này em dùng phần mềm RDM6 đã học trong học phần “phương pháp
phần tử hữu hạn “ để có được kết quả nhanh và chính xác. Phần mềm RDM6 còn cho kết
quả của chuyển vị, momen, ứng suất.
Các thông số đầu vào :
Chia trục ra làm 5 điểm nút 1,2,3,4,5. Khoảng cách giữa các nút theo các giá trị
như sau:

l1 = 0

l2 = 50cm
l3 = 155 cm

l4 = 330 cm

l5 = 350 cm

Trọng lượng chân vịt Gcv :
Theo Mkasman thì trọng lượng của chân vịt Gcv được xác định theo công thức sau:
π
Gcv = (1,4 + 15,3.D). . D2. θ .γ cv + 600.γ cv .( d 02 − d k2 ).l , kG.
4

Với: D = 3,45_ Đường kính chân vịt, m.
θ = 0,55 _ Tỷ số mặt đĩa.
γ cv = 8,6 (T/m3) _ Trọng lượng riêng vật liệu chế tạo chân vịt.

d0 _ Đường kính trung bình củ chân vịt, m.

d0 =

(0,18.D + 0,125.D) (0,18.3,45 + 0,125.3,45)
=
= 0,53 (m).
2
2

dk _ Đường kính trung bình của mayơ chân vịt đo tại tâm may ơ,
dk = 0,3 (m).
l _Chiều dài củ chân vịt, l = 0,556 (m).
⇒ Gcv = (1,4 +15,3.3,45).

3,14
.3,452.0,55.8,6 + 600.8,6.(0,532 – 0,32).0,556
4

= 2968,49 (kG).
Đường kính trục chân vịt: D = 3,45m
Vật liệu chế tạo trục là thép cacbon, khối lượng riêng 7,85 tấn/m3
Trọng lượng đơn vị của trục:
π
q= (d 2 − d o2 )γ (KG/cm)
4

Với γ : trọng lượng riêng của vật liệu làm trục.
γ = 7,85.10-3 KG/cm3 với vật liệu trục là thép
Suy ra q=

3,14
(30 2 − 12 2 ).7,85.10 −3 =4.659 KG/cm
4

Nhập các thông số vào phần mềm và chạy chương trình RDM6 cho ta các kết quả
như sau:

+-------+
| Beams |
+-------+
User : Université des Pêches - NHA TRANG ( Vietnam )
Name of project :
Date : 8 September 2009


+-----------------+
| Data of problem |
+-----------------+

+------------+
| Materials |
+------------+
Name of Material = Steel
Young's Modulus = 220000 MPa
Mass Density = 7850 kg/m3
Elastic Limit = 1450 MPa
+---------------+
| Nodes [ mm ] |
+---------------+
Node 1 : X = 0.000

Node 2 : X = 500.000
Node 3 : X = 1550.000
Node 4 : X = 3300.000
Node 5 : X = 3500.000
+-------------------+
| Cross section(s) |
+-------------------+
Nodes 1 --> 5


Circle : D = 300.00 (mm)
Area = 706.86 cm2
Moment of Inertia : IZ = 39760.78 cm4
Upper fiber : VY = 150.00 mm Wel.Z = 2650.72 cm3
Lower fiber : VY = 150.00 mm Wel.Z = 2650.72 cm3
Weight of the structure = 19420.93 N ( g = 10.00 m/s2 )
+-------------------+
| Nodal support(s) |
+-------------------+
Node 3 : Deflection = 0
Node 4 : Deflection = 0
Node 5 : Fixed support
+---------------+
| Load case(s) |
+---------------+
Nodal force : Node = 2 FY = -29684.90 N MZ = 0.00 N.mm
Linearly distributed force : Nodes = 1 -> 5 pYo = -4.66 pYe = -4.66 N/mm

+---------+
| Results |

+---------+