Tài liệu Thiết kế khuôn đúc chân vịt tàu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy

i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài này đầu tiên em xin được gởi lời cảm ơn đến thầy Trần An Xuân và thầy Lê Ngọc Sơn đã quan tâm hướng dẫn tận tình và động viên em thực hiện đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy, cô. Đặc biệt là các thầy, cô trong bộ môn Chế tạo máy thuộc Khoa Cơ khí Trường Đại học Nha Trang đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cũng nh ư tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập vừa qua. Ngoài ra em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy, cô quản lý thư viện trường đã tạo điều kiện cho em được sử dụng tài liệu một cách tốt nhất. Trong quá trình làm đề tài này nếu không có sự giúp đỡ của bạn b è và người thân thì em không thể hoàn thành được công việc như ngày hôm nay. Một lần nữa em xin chân th ành cảm ơn tất cả các quý thầy cô và tất cả bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này. ii NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ, tên SV : Trịnh Ngọc Sơn. Lớp : 48CT MSSV Ngành : Chế tạo máy Tên đề tài : Thiết kế khuôn đúc chân vịt tàu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu Mã ngành : 48132263 : composite cốt sợi ngắn nền epoxy. Số trang : 103 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: Hiện vật : Khuôn mô hình bằng hợp kim Nhôm và chân vịt mô hình bằng vật liệu composite, 1 đĩa CD, báo cáo đề tài tốt nghiệp. NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... Kết luận:................................ ................................ ................................ ........ Nha trang, ngày….., tháng …., năm 201… Cán bộ hướng dẫn: Th.s Trần An Xuân. iii PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN Họ, tên SV : Trịnh Ngọc Sơn. Lớp : 48CT MSSV : 48132263 Ngành : Chế tạo máy Tên đề tài : Thiết kế khuôn đúc chân vịt t àu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu Mã ngành : composite cốt sợi ngắn nền epoxy. Số trang : 103 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: Hiện vật : Khuôn mô hình bằng hợp kim Nhôm và chân vịt mô hình bằng vật liệu composite, 1 đĩa CD, báo cáo đề tài tốt nghiệp. NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... ................................ ................................ ................................ ...................... Điểm phản biện ................................ ................................ ............................. Nha trang, ngày….., tháng …., năm 201… Cán b ộ phản biện: ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Nha trang, ngày….., tháng …., năm 201… CH Ủ TỊCH HỘI ĐỒNG iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................ ................................ ............................. i MỤC LỤC ................................ ................................ ................................ iv DANH MỤC HÌNH VẼ ................................ ................................ ........... vii Lời Mở đầu ................................ ................................ ................................ 1 Chương 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT CHÂN VỊT ......................... 2 1.1 Khái niệm chân vịt ................................ ................................ ............... 2 1.2 Chức năng ................................ ................................ ............................ 2 1.3 Đặc điểm. ................................ ................................ ............................. 3 1.3.1 Đường xoắn ốc ................................ ................................ .................. 3 1.3.2 Mặt xoắn ốc................................ ................................ ....................... 4 1.3.3 Hình dáng cánh chân vịt ................................ ................................ .... 5 1.3.4 Tiết diện cánh chân vịt................................ ................................ ....... 5 1.3.5 Mặt xoắn khai triển và duỗi thẳng ................................ ..................... 6 1.3.6 Kích thước và đặc tính hình học của chân vịt ................................ .... 8 1.4 Cách thiết kế................................ ................................ ......................... 9 1.4.1 Các phương án thiết kế chân vịt................................ ......................... 9 1.4.2 Những thông số ảnh hưởng đến đặc tính chân vịt ............................ 10 1.4.3 Vật liệu chân vịt ................................ ................................ .............. 11 Chương 2: ỨNG DỤNG PRO ENGINEER WILDFIRE 4.0 V À HYDRO COMP PROPCAD TRONG THI ẾT KẾ CHÂN VỊT VÀ GIA CÔNG KHUÔN CHÂN VỊT ................................ ................................ ............... 12 2.1 Thiết kế chân vịt bằng phần mềm Pro ENGINEER Wildfire 4.0 v à.... 12 HydroComp ProCad 2005 ................................ ................................ ........ 12 2.1.1 Vẽ chân vịt bằng phần mềm HydroComp ProCad 2005 .............. 12 2.1.1.1 nhập các thông số cơ bản của chân vịt ................................ .......... 13 2.1.1.2 Thiết lập các thông số liên quan................................ .................... 15 v 2.1.1.3 thiết lập các thông số cho cánh v à củ chân vịt.............................. 16 2.1.1.4 Xuất tọa độ điểm chân vịt ................................ ............................. 21 2.1.2 Xây dựng mô hình chân vịt bằng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 ................................ ................................ .............................. 23 2.1.2.1 Xây dựng cánh chân vịt ................................ ................................ 23 2.2.2 Thiết kế khuôn chân vịt ................................ ................................ ... 49 Chương 3: THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC MÔ HÌNH CHÂN VỊT TÀU CÁ CỠ NHỎ ................................ ................................ ................................ .. 63 3.1 THIẾT KÊ KĨ THUẬT KHUÔN ĐÚC CHÂN VỊT MÔ H ÌNH ......... 63 3.1.1 Xây dựng chân vịt mô hình................................ .............................. 63 3.1.2 Thiết kế khuôn bằng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 ........ 63 3.1.3 Hoàn chỉnh khuôn ................................ ................................ ........... 64 3.1.4 Kết cấu bộ khuôn đúc ................................ ................................ ...... 65 3.2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN CHÂN VỊT MÔ H ÌNH.................... 69 3.2.1 Lập chương trình gia công tấm dưới ................................ ................ 69 3.2.1.1 Phay thể tích (phay volume) ................................ ......................... 69 3.2.1.2 Phay thô lần 2 bằng dao phay Φ10 ................................ .............. 78 3.2.1.3. Phay mặt phẳng (Surface Milling). ................................ .......... 81 3.2.1.4 Lập trình bằng tay để lấy dấu các lỗ. ................................ ............. 87 3.2.2 Gia công tấm trên ................................ ................................ ............ 87 3.2.3 Gia công tấm giữa ................................ ................................ ........... 90 3.3 Gia công khuôn trên máy CNC ................................ ...................... 90 Chương 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÚC CHÂN VỊT TÀU CÁ CỠ NHỎ BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE CỐT SỢI NGẮN NỀN EPOXY VÀ ĐÚC THỬ NGHIỆM................................. ................. 93 4.1 Tính lượng vật liệu chế tạo một chân vịt mô h ình............................... 93 4.2 Chuẩn bị máy, thiết bị, vật liệu cần d ùng................................ ............ 95 vi 4.3 Quy trình đúc................................. ................................ ..................... 97 4.4 Nhận xét. ................................ ................................ .......................... 101 4.5 Hoạch toán giá thành khuôn mô hình ................................ ............... 101 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................ ... 102 5.1 Kết luận................................ ................................ ............................ 102 5.2 Đề xuất ý kiến ................................ ................................ .................. 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................ ................................ ...... 103 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: ................................ ................................ ................................ ...... Hình 1.2: Khai triển đường xoắn ốc................................. ........................... 3 Hình 1.3: Nguyên lý tạo cánh chân vịt................................. ....................... 4 Hình 1.4: Nguyên lý tạo cánh chân vịt................................. ....................... 5 Hình 1.5: Khai triển đường xoắn ốc êlíp................................. .................... 6 Hình 1.6: cánh chân vịt................................ ................................ ............... 7 Hình 1.7: Các kích thước hình học chân vịt. ................................ ............... 8 Hình 2.1: giao diện chương trình HydroComp ProCad 2005. ................... 13 Hình 2.2: nhập các thông số cơ bản theo tinh toán................................. ... 14 Hình 2.3: thiết lập các thông số liên quan ................................ ................. 15 Hình 2.4: thiết lập các thông số cho cánh v à củ. ................................ ....... 16 Hình 2.5: nhập các thông số cho việc thiết lập cánh v à củ chân vịt........... 17 Hình 2.6: bảng thông số chân vịt. ................................ ............................. 19 Hình 2.7: mô hình chân vịt trong chương trình HydroComp ProCad 2005. ................................ ................................ ................................ ................. 20 Hình 2.8: tiết diện cánh ở các r khác nhau. ................................ ............... 20 Hình 2.9: xuất tọa độ cánh ra File MastercamASCII (*.doc). ................... 21 Hình 2.10: lưu tọa độ profile cánh chân vịt tại r = 0.2R với đuôi .pts ....... 22 Hình 2.11: môi trường làm việc của Pro/Wildfide 4.0 .............................. 23 Hình 2.12 : Nhập tọa độ điểm r = 0.2R ................................ ..................... 24 Hình 2.13: tọa độ điểm nút của các lưới cánh chân vịt............................. 25 Hình 2.14a: chọn đường nối các điểm là đường spline. ............................ 26 Hình 2.14b: đường Curve nối các điểm tại r = 0.2R ................................ . 26 Hình 2.15: Mô hình lưới bề mặt chân vịt D=810mm ................................ 27 Hình 2.16a: phủ mặt lên lưới cánh bằng lệnh Boundary Blend. ................ 28 Hình 2.16b: mặt phủ lưới chân vịt. ................................ ........................... 28 viii Hình 2.17a: tiết diện trong lệnh Revolve. ................................ ................. 29 Hình 2.17b: củ chân vịt dạng mặt. ................................ ............................ 30 Hình 2.18a: xây dựng ba 3 cánh chân vịt bằng lệnh pattern. ..................... 31 Hình 2.18b: 3 cánh chân vịt tạo bằn lệnh pattern. ................................ ..... 31 Hình 2.19a: đường Spline để tạo mặt Extrute. ................................ .......... 32 Hình 2.19b: đùn mặt về hai hướng. ................................ .......................... 33 Hình 2.19c: mặt Extrute để xén bớt bề mặt phủ cánh................................ 33 Hình 2.20: xây dựng 3 mặt Extrute bằng lệnh pattern. .............................. 34 Hình 2.21a: nối mặt phủ lưới cánh thứ nhất và mặt Extrute bằng lệnh Merge.35 Hình 2.21b: cánh chân vịt sau khi đã nối mặt. ................................ .......... 35 Hình 2.22: nối mặt phủ lưới cánh thứ hai và mặt Extrute bằng lệnh Merge. ................................ ................................ ................................ ................. 36 Hình 2.23: nối mặt phủ lưới cánh thứ hai và mặt Extrute bằng lệnh Merge. ................................ ................................ ................................ ................. 36 Hình 2.24: nối cánh thứ nhất và củ chân vịt................................. ............. 37 Hình 2.25: nối mặt cánh thứ hai và củ chân vịt................................. ........ 37 Hình 2.25: nối mặt cánh thứ ba và củ chân vịt. ................................ ......... 38 Hình 2.26: tạo chân vịt dạng khối bằng lệnh Solidify. .............................. 38 Hình 2.27: mô hình chân vịt dạng khối................................. .................... 39 Hình 2.28: bo gốc cánh chân vịt. ................................ ............................. 40 Hình 2.29a: chọn đường dẫn................................. ................................ .... 42 Hình 2.29b: tiết diện quét. ................................ ................................ ........ 42 Hình 2.29c: mặt quét theo biên dạng cánh ................................ ................ 43 Hình 2.30: xây dựng 3 mặt Sweep bằng lệnh Pattern. ............................... 43 Hình 2.31: tiết diện đùn. ................................ ................................ ........... 44 Hình 2.32: mặt nối hai cánh................................. ................................ ..... 44 Hình 2.33: xây dựng 3 mặt nối cánh bằng lệnh Pattern. ............................ 45 Hình 2.34a: tiết diện xoay ................................ ................................ ........ 45 ix Hình 2.34b: mặt phủ củ chân vịt vẽ bằng lệnh Revolve. ........................... 46 Hình 2.35a: cắt mặt nối cánh chân vịt. ................................ ...................... 46 Hình 2.35b: mặt nối cánh sau khi đã cắt bởi lệnh Trim............................. 47 Hình 2.36a: tiết diện đùn mặt. ................................ ................................ .. 47 Hình 2.36b: mặt trụ tạo bằng lệnh Extrute. ................................ ............... 48 Hình 2.37: mặt phẳng bằng lệnh Flat. ................................ ....................... 48 Hình 2.38: mặt được tạo bởi lênh Merge. ................................ ................. 49 Hình 2.39: lắp ráp chi tiết tham chiếu. ................................ ...................... 50 Hình 2.40a: chọn hướng đùn vật liệu cho phôi. ................................ ........ 51 Hình 2.40b: phôi khi đã xây dựng xong................................. ................... 51 Hình 2.41: xây dựng mặt phân khuôn thứ nhất. ................................ ........ 52 Hình 2.42a: tiết diện xoay. ................................ ................................ ....... 53 Hình 2.42b: mặt phân khuôn thứ hai................................. ........................ 53 Hình 2.43a: tiết diện xoay cho mặt phân khuôn thứ ba. ............................ 54 Hình 2.43b: mặt phân khuôn thứ ba. ................................ ......................... 54 Hình 2.44: tính toán kích thước lòng khuôn theo hệ số co rút của vât liệu.55 Hình 2.45: kiểm tra góc nghiêng thoát khuôn. ................................ .......... 56 Hình 2.46a: thể tích khuôn thứ nhất................................. ......................... 57 Hình 2.46b: thể tích khuôn thứ 2. ................................ ............................. 57 Hình 2.47a: thể tích khuôn thứ 3. ................................ ............................. 58 Hình 2.47b: thể tích khuôn thứ 4. ................................ ............................. 59 Hình 2.48a: thể tích khuôn thứ 5. ................................ ............................. 60 Hình 2.48b: thể tích khuôn thứ sáu ................................ ........................... 60 Hình 2.49: tạo các thành phần cho khuôn chân vịt. ................................ ... 61 Hình 2.50: mở khuôn................................. ................................ ............... 61 Hình 2.51: đúc thử sản phẩm. ................................ ................................ ... 62 Hình 3.1: tách khuôn mô hình chân v ịt D = 160 (mm).............................. 64 Hình 3.2: bộ khuôn đúc sau khi đã hoàn chỉnh. ................................ ........ 65 x Hình 3.3: tấm khuôn trên................................. ................................ ......... 65 Hình 3.4: tấm khuôn dưới................................. ................................ ........ 66 Hình 3.5: tấm giữa................................. ................................ ................... 66 Hình 3.6: lõi củ chân vịt. ................................ ................................ .......... 67 Hình 3.7: nắp ép khuôn. ................................ ................................ ........... 67 Hình 3.8: chốt định vị................................. ................................ .............. 68 Hình 3.9 ................................ ................................ ................................ ... 68 Hình 3.10 ................................ ................................ ................................ . 69 Hình 3.11: Tạo phôi cho chi tiết gia công. ................................ ................ 70 Hình 3.12 : chọn máy gia công. ................................ ................................ 71 Hình 3.13 : thiết lập tọa độ gia công. ................................ ........................ 71 Hình 3.14: Chọn dụng cụ cắt. ................................ ................................ ... 72 Hình 3.15: chế độ cắt khi gia công thô. ................................ .................... 73 Hình 3.16. tiết diện phôi. ................................ ................................ .......... 73 Hình 3.17: đùn tiết diện đến mặt................................. .............................. 74 Hình 3.18 ................................ ................................ ................................ . 74 Hình 3.19 ................................ ................................ ................................ . 75 Hình 3.20 ................................ ................................ ................................ . 76 Hình 3.21 ................................ ................................ ................................ . 76 Hình 3.22 ................................ ................................ ................................ . 78 Hình 3.23 ................................ ................................ ................................ . 79 Hình 3.25: tạo thể tích phay cho bước gia công thứ hai. ........................... 80 Hình 3.26: mô phỏng bước gia công thứ hai. ................................ ............ 80 Hình 3.27: chọn các thông số cần cài đặt................................. ................. 82 Hình 3.28: cài đặt dụng cụ cắt cho bước phay bề mặt. .............................. 82 Hình 3.29: chế độ cắt theo kinh nghiệm. ................................ .................. 83 Hình 3.30: bề mặt cánh cần gia công tinh. ................................ ................ 83 Hình 3.31: định nghĩa hướng cắt. ................................ ............................. 84 xi Hình 3.32: mô phỏng đường chạy dao bề mặt. ................................ ......... 84 Hình 3.33: mô phỏng gia công chạy bề mặt. ................................ ............. 85 Hình 3.34 ................................ ................................ ................................ . 86 Hình 3.35: mô phỏng gia công nắp. ................................ .......................... 88 Hình 3.36: mô phỏng phay thô lần thứ nhất. ................................ ............. 88 Hình 3.37: mô phỏng gia công thô lần hai. ................................ .............. 89 Hình 3.38: mô phỏng đường chạy dao khi phay tinh bề mặt tấm tr ên. ...... 89 Hình 3.39 ................................ ................................ ................................ . 90 Hình 3.40: khuôn dưới đã gắn lõi. ................................ ............................ 91 Hình 3.41: khuôn trên................................. ................................ .............. 92 Hình 3.42: khuôn giữa................................. ................................ ............. 92 Hình 4.1: Chân vịt mô hình B – Wageningen thiết kế bằng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0. ................................ ................................ .. 94 Hình 4.2 ................................ ................................ ................................ ... 95 Hình 4.3 ................................ ................................ ................................ ... 95 Hình 4.4 ................................ ................................ ................................ ... 96 Hình 4.5 ................................ ................................ ................................ ... 96 Hình 4.6 ................................ ................................ ................................ ... 96 Hình 4.7 ................................ ................................ ................................ ... 96 Hình 4.8 ................................ ................................ ................................ ... 96 Hình 4.9: Hỗn hợp sợi – nhựa được trải đều trong lòng khuôn. ................ 98 Hình 4.10: Ráp khuôn. ................................ ................................ ............. 99 Hình 4.11: Tháo khuôn để lấy cánh bơm. ................................ ............... 100 Hình 4.12: Kết quả tháo khuôn. ................................ .............................. 100 Hình 4.13: Chân vịt mô hình ................................ ................................ .. 100 1 Lời Mở đầu Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh của các ngành kỹ thuật, ngành đóng tàu Việt nam cũng đã có những bước phát triển vượt bậc về mặt kỹ thuật. Do đó, nhu cầu áp dụng các quy tr ình công nghệ hiện đại vào việc thiết kế và chế tạo tàu nói chung và chân vịt tàu nói riêng là mang tính chất cấp thiết đối với ngành đóng tàu. Đặc biệt là với giá kim loại màu ngày càng, thì việc tìm ra một loại vật liệu mới để chế tạo chân vịt nhằm giảm giá thành của chân vịt mà vẫn đáp ứng được những điều kiện làm việc của chân vịt là vấn đề có ý nghĩa rất lớn. Bên cạnh đó việc chế tạo khuôn cho chân vịt bằng vật liệu mới là vấn đề cần quan tâm. Xuất phát từ những đặc điểm vừa trình bày, em đã đặt vấn đề nghiên cứu đề tài “Thiết kế khuôn đúc chân vịt t àu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy” nhằm tăng cao chất lượng chế tạo chân vịt. Trên cơ sở đó, đề tài sẽ bao gồm: Chương 1: Một số lý thuyết về chân vịt. Chương 2: Ứng dụng Pro/EGINEER Wildfire 4.0 v à Hydro Comp ProCad vào thiết kế chân vịt và gia công khuôn. Chương 3: Thiết kế mô hình khuôn đúc chân vịt tàu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy. Chương 4: Xây dựng quy trình công nghệ đúc chân vịt tàu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy v à đúc thử nghiệm. Chương 5: Kết luận và đề xuất ý kiến. Tuy đã có nhiều cố gắng để thực hiện cuốn đề t ài này, nhưng do thời gian và kiến thức còn có hạn nên không thể tránh được những thiếu sót. Em mong sự thông cảm và góp ý của các Thầy để em có thể hoàn thiện đề tài của mình. Em xin chân thành cảm ơn! 2 Chương 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT CHÂN VỊT 1.1 Khái niệm chân vịt - Chân vịt là thiết bị đẩy tàu được áp dụng rộng rãi nhất trên các tàu lớn hiện nay. - Có loại chân vịt cố định và chân vịt biến bước. - Chân vịt cố định và chân vịt biến bước có khi được lắp thêm ống đạo lưu để tránh xâm thực và hiện tượng sủi bọt từ đó nâng cao hiệu suất chân vịt. Loại n ày thường áp dụng Hình 1.1 cho tàu kéo, tàu đẩy, tàu đánh cá, vớt mìn, tàu ven biển - Chân vịt biến bước, điều khiển được cánh tùy theo điều kiện sóng gió biển (trọng tải) thay đổi, vì vậy áp dụng cho các tàu kéo, tàu đánh cá, tàu đẩy, tàu ngầm và có xu hướng phát triển lớn vì có điều kiện tự động hóa và có hiệu suất cao. 1.2 Chức năng - Chân vịt dùng để đẩy tàu chuyển động về phía trước, trong những trường hợp cần thiết chân vịt cũng có thể l àm tàu chuyển động lùi (thay đổi chiều quay của chân vịt) . - Ngoài chức năng chính trên chân vịt còn có thể dùng để lái tàu trong trường hợp tàu nhiều chân vịt. Với sự hổ trợ của nhiều chân vịt thì nó có thể làm thay đổi hướng chuyển động của tàu. 3 1.3 Đặc điểm. Chân vịt gồm một số cánh gắn liền với may ơ. Các cánh chân vịt là một phần của mặt xoắn ốc. Để hiểu r õ đặc tính hình học chân vịt, chúng ta khảo sát các vấn đề sau đây : 1.3.1 Đường xoắn ốc Hình 1.2: Khai triển đường xoắn ốc. a) Cho bước cố định; b) Cho bước thay đổi. Nếu điểm A nằm cách tâm trục xoay một bán kính r vừa chuyển động quay một vòng quanh trục với vận tốc góc không đổi, vừa chuyển động tịnh tiến theo phương song song với đường tâm trục đến điểm C, th ì nó sẽ vẽ nên một đường – gọi là đường xoắn ốc. Khoảng cách tịnh tiến theo chiều song song với trục gọi là bước chân vịt kí hiệu H. Góc của b ước xoắn được xác định theo công thức sau: Tg = H/ (2r ). 4 Đường xoắn ốc này nếu khai triển là cạnh huyền AC của tam giác vuông, cạnh AB = 2r là chu vi hình tròn có bán kính r và c ạnh BC = H chính là bước xoắn chân vịt H (hình 1.2a). Nếu đường xoắn ốc có bước xoắn thay đổi, khi khai triển nó sẽ l à đường cong (hình 1.2b). Muốn xác định bước xoắn tại điểm bất kỳ E n ào đó, ta xây dựng tam giác vuông trong đó: EM l à đường tiếp tuyến với đường cong khai triển tại điểm E v à EK song song với AB. H’ là bước xoắn tại điểm E và ’ – góc xoắn tại E. Tam giác ABC gọi l à tam giác xoắn chân vịt. 1.3.2 Mặt xoắn ốc Bây giờ ta hãy tưởng tượng không phải một điểm, mà là cả đoạn ab (hình1.3) vừa xoay quanh trục một vòng (2r), vừa chuyển động tịnh tiến với vận tốc không đổi, trong đó b chuyển động tịnh tiến theo đ ường trục đến b’, thì nó sẽ vẽ nên một mặt phẳng xoắn ốc. Đoạn ab gọi l à đường sinh của mặt xoắn ốc. Hình 1.3: Nguyên lý tạo cánh chân vịt. 5 1.3.3 Hình dáng cánh chân vịt Hình 1.4: Nguyên lý tạo cánh chân vịt. Nếu hai mặt xoắn ốc cắt nhau, th ì giao tuyến của hai mặt xoắn ốc sẽ cho ta hình dáng cánh chân v ịt. Mặt cánh quay về hướng chuyển động của tàu gọi là mặt hút, còn mặt kia gọi là mặt đẩy của chân vịt. Còn mép cánh hướng về chiều quay của chân vịt gọi l à cạnh dẫn, còn mép kia gọi là cạnh theo của cánh chân vịt. 1.3.4 Tiết diện cánh chân vịt Trên hình ta thấy, nếu một hình trụ bán kính r đồng tâm với trục chân vịt thì cho ta tiết diện (mặt cắt) của cánh chân vịt, th ường gọi là prôfin có hình dáng lưu tuyến, có chiều dài lớn nhất e max. Trong thiết kế các chiều dày e khác của prôfin, được lấy theo tỷ lệ % e max tùy thuộc bán kính r. Tỷ lệ này được đúc kết từ thiết kế và thử nghiệm mô hình chân vịt loại WAGENINGEN hoặc GAWN chẳng hạn, là hai loại chân vịt được ứng dụng rộng rãi. 6 1.3.5 Mặt xoắn khai triển và duỗi thẳng Để có thể hiểu được cách vẽ chân vịt nêu ở phần sau chúng ta cần khảo sát phương pháp khai triển một mặt xoắn ốc, cong về hai chiều cho nên chỉ có thể dùng phương pháp êlíp gần đúng để khai triển cánh chân vịt – đồng nghĩa khai triển mặt xoắn ốc. Hình 1.5: Khai triển đường xoắn ốc êlíp. Ở hình 1.5. Đoạn xoắn ốc ACB, là vết cắt giữa hình trụ có bán kính r với mặt xoắn cánh chân vịt. Tại C ta d ùng mặt phẳng KCM cắt tiếp tuyến với đường xoắn ACB. Mặt phẳng h ình trụ bán kính r cho ta một êlíp mà chiều dài của nó là KCM. Tiếp theo xoay KCM về mặt phẳng thẳng góc với trục ta có K’CM’ rồi chiếu l ên hình chiếu phía trên ta được êlip với chiều dài thật K1’C1M’1. Tương tự hai điểm A’ và B’ trên mặt cắt KCM, ta được hai điểm A’ 1 và B’1 nằm trên êlip thật K’1C1M’1. Điểm A và nằm trên hình trụ, nếu chiếu lên hình chiếu phía trên ta được A1 và B1 nằm trên hình tròn bán kính r. Nếu gióng ngang song song với K’M’ ta cũng nhận đ ược điểm A’1 và B’1 cung A’1C1B’1 chưa phải là đường khai triển của đường khai triển ACB, mà chỉ là đoạn A’CB’ nằm trên êlíp (thực tế nếu cánh chân vịt không rộng thì cũng như đường khai triển của đường xoắn ốc ACB vì sai số rất ít). Nối tất cả các điểm mút A’ 1 và B’1 ở các bán kính r khác nhau, ta sẽ có hình dáng của cánh khai triển của chân vịt, và diện tích của nó gọi là diện tích khai triển của cánh chân vịt. 7 Trên đường thẳng tiếp tuyến tại C 1, nếu ta duỗi thẳng cung A’ 1C1 = A”1C1 và cung C 1B’1 = C1B”1 thì đoạn A”1C1B”1 chính là đường xoắn ACB duỗi thẳng. Nếu nối tất cả các điểm mút A” 1 và B”1 ở các bán kính r khác nhau ta sẽ nhận được hình dáng của cánh duỗi thẳng, và diện tích của nó gọi là diện tích duỗi thẳng của cánh. Diện tích duỗi thẳng của cánh chính là diện tích thật của cánh. Nếu cánh chân vịt không rộng th ì diện tích khai triển của cánh cũng gần bằng diện tích khai triển của cánh. Vì sai số giữa cánh khai triển và cánh duỗi thẳng không nhiều, cho nên trên hình vẽ kĩ thuật chỉ yêu cầu thể hiện hình chiếu bình thường và hình chiếu của cánh khai triển là đủ. Hình 1.6: cánh chân vịt 1. hình chiếu tiêu chuẩn; 2. hình khai triển; 3 . hình duỗi thẳng. 8 1.3.6 Kích thước và đặc tính hình học của chân vịt Hình 1.7: Các kích thước hình học chân vịt.  Các kích thước, kí hiệu và đặc tính hình học của chân vịt : D – đường kính chân vịt (m). R – bán kính chân vịt (m). r – bán kính bất kì của mặt cắt chân vịt (m). Z – số lượng cánh. H – bước xoắn chân vịt . S – diện tích hình trụ chân vịt S = D2/4 (m2). Sp – diện tích hình chiếu cánh chân vịt (m 2). S’p – diện tích khai triển cánh chân vịt (m 2). So – diện tích duỗi thẳng cánh chân vịt (m 2). Lấy gần đúng S o = S’p. Và: Sp/So = 1,67 – 0.229 H/D. - Cho chân vịt WAGENINGEN. Sp/So = 1,082 – 0.229 H/D. 9 - Cho chân vịt GAWN. b – chiều rộng cánh (m). bm – chiều rộng lớn nhất của cánh (m). dp – đường kính mayơ chân vịt tại giữa (m). e – chiều dày của cánh (m). eo – chiều dày ảo của cánh, ở tâm trục (m). e - chiều dày đỉnh cánh (m). m - độ nghiêng của cánh. m’ – độ uốn của mặt cánh. Các hệ số : H/D – tỷ lệ bước xoắn chân vịt. So/S – tỷ lệ mặt đĩa chân vịt. Đây là một trong những thông số cơ bản của chân vịt, chúng ta sẽ gặp nhiều trong tính toán và thiết kế ở phần tiếp theo. 1.4 Cách thiết kế 1.4.1 Các phương án thiết kế chân vịt Trong thiết kế chân vịt có hai phương án thiết kế chính : - Xác định công suất máy chính để đạt tốc độ hoặc sức kéo theo y êu cầu của tàu. Hai dạng toán sau: a) Đường kính chân vịt không giới hạn, trong đó v òng quay chưa biết trước hoặc cho trước. b) Đường kính chân vịt giới hạn (do v òm đuôi tàu), trong đó vòng quay chưa biết trước hoặc cho trước. - Biết hoặc cho trước động cơ máy chính, phải thiết kế chân vịt sao cho phát huy hiệu quả cao nhất. Bài toán dẫn đến các phương án sau: - Đường kính chân vịt không giới hạn, nh ưng đạt tốc độ cao nhất.