TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 1
Trờng đại học hàng hải
Khoa đóng tàu
Ngời thực hiện: nguyễn văn a
Thiết kế môn học thiết bị tàu
Đề tài: Thiết kế bánh lái tàu hàng 10000 tấn chạy biển không hạn chế với
các thông số chính sau
* Vận tốc tàu v
S
= 11,5 hl/h
* Chiều dàI tàu L = 62 m
* Chiều rộng tàu B = 9.8 m
* Chiều cao mạn H = 5 m
* Chiều chìm thiết kế T = 3.75 m
HảI phòng 20
Mục lục
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 2
I.Các thông số chính của tàu
Thiết kế bánh lái tàu hàng 1000 thông số chính sau :
* Vận tốc tàu v
S
= 11,5 hl/h
* Chiều dàI tàu L = 62 m
* Chiều rộng tàu B = 9.8 m
* Chiều cao mạn H = 5 m
* Chiều chìm thiết kế T = 3.75 m
* Các hệ số béo
# Hệ số béo chung

= 0,68
# Hệ số béo sờn giữa

= 0,982
# Hệ số béo đờng nớc

= 0,836
phần I : Tính toán sức cản và đ ờng kính chong chóng
Chọn phơng pháp tính lực cản d SERI 60 để tính lực cản tàu
Giới hạn áp dụng của phơng pháp :
*
92.33.2 ữ=
T
B
*
5.85.5 ữ=
B
L
= 0,6ữ0.8

35.62.4 ữ=

Ta xét các đặc trng của tàu :
*
61,2
75,3
8,9
==
T
B
*
32.6

8.9
62
==
B
L
= 0,68

36.5
3
==
V
L

Vậy ta chọn phơng pháp tính lực cản d SERI60 để tính lực cản của
tàu
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 3
1. Tính toán lực cản
Quá trình tính toán lực cản đợc trình bày dới bảng sau
C Các đại lợng tính
đơn
vị
Các giá trị tính toán
1 v
s
hl/h 10.5 11 11.5 12 12.5
2
v
m/s 5.40 5.66 5.92 6.18 6.43
3 v
2

m
2
/s
2
29.210 32.06 35.038
38.15
1
41.40
4
gL
v
Fr =
- 0.219 0.230 0.240 0.251 0.261
5
C
R
.10
3
= f() (Tra đồ
thị VII-12-STLTT)
- 0.937 1.188 1.31 1.44 1.81
6
k
xc
(Tra đồ thị VII-15-
STLTT)
- 1.076 1.080 1.060 1.095 1.088
7
k



(Tra đồ thị VII-
13-STLTT)
- 1.2 1.18 1.16 1.15 1.14
8
k
/

.a
B/T
(Tra đồ thị
VII-14-STLTT)
- 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01
9 C
R
10
3
- 1.222 1.529 1.627 1.831 2.267
1
0
Re.10
-8
=(v.L.10
-8
)/
- 2.15 2.25 2.35 2.45 2.56
1
1
C
F0

=f(Re) (Tra bảng
8-1, STKTĐT,Tập 1 )
- 1.872 1.861 1.849 1.838 1.827
1
2
C
A
.10
3
- 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
1
3
C
AP
.10
3
- 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
1
4
C.10
3
- 3.394 3.690 3.776 3.969 4.394
1
5
R=1/2...v
2
.C.10
-6
kN 43.277 51.642 57.755
66.11

1
79.415
1
6
P
E
kW 233.90 292.39 341.87
408.3
4
510.96
1
7
P
E
cv
318.096
9
397.65
4
464.94
1
555.3
4
694.89
3
Từ bảng trên ta vẽ đợc đồ thị lực cản và công suất kéo
2. Tính toán đ ờng kính chong chóng :
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 4
2.1 . Chọn số cánh chong chóng :
Z

P
= 1
2. 2. Tính hệ số dòng theo tính toán W
T
và hệ số hút t theo công thức
Taylor cho tàu 1 chong chóng :

W
T
=0.5 - 1.5 = 0,29
t = k
t
. W
T
= 0,174
Trong đó:
W
T
_ hệ số dòng theo tính toán ;
t _ hệ số hút ;
_ hệ số béo thể tích của tàu = 0,68 ;
k
t
_ hệ số phụ thuộc vào hình dáng bánh láI ;
k
t
=
7.05.0 ữ
cho tàu 1 chong chóng . Chọn k
t

= 0.6 ;
4
8.11 TnD
m
=
2.3. Chọn sơ bộ đ ờng kính chong chóng :
Trong đó:
D _ Đờng kính chong chóng , m ;
n
m
_ Vòng quay của chong chóng , v / ph ;
T _ lực đẩy của chong chóng , kN ;
T=T
E
/ ( 1 - t ) ,
T
E
= R / Z
P
v
s
_ tốc độ của tàu , hảI lý / giờ , v
s
= 11,5 h l / h
Tra đồ thị lực cản và công suất kéo của tàu ta có : R = 57755 N
Công suất kéo của tàu P
E
= 341,87 KW = 464,94CV
T
E

= 57755 N
T = 69921 N = 69,92 KN
P
S
= P
E
/
_ hiệu suất đẩy của chong chóng , = 0.6
P
S
= 569,78 kW = 774,9
Chọn số vòng quay sơ bộ n
m
= 350 v / ph = 5,833 v / s
m
n
T
D
m
82,1
8.11
4
==

TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 5
Sơ bộ đờng kính chong chóng : D = 1,82 m
2.4. Chọn số cánh chong chóng :
Dựa vào hệ số lực đẩy theo vòng quay
4
T

n
v
K
A
NT

=
Trong đó :
v = v ( 1 _ WT) , v _Vận tốc của tàu , m / s ;
v = 5,916 m / s

V
A
= 4,2 m / s ;
n - vòng quay của chong chóng , n = 5,833 v / s ;
_ khôí lợng riêng của nớc biển , = 1025 kg / m
3
T _ lực đẩy của chong chóng , T = 69921 N ;
K
NT
= 0,605 < 1 nên chọn số cánh chong chóng Z = 1 ;
2.5 Chọn tỉ số đĩa :



























minmin;max
'''
o
E
o
E
o
E
A
A
A
A

A
A
trong đó :
min
'








O
E
A
A
Tỉ số đĩa theo điều kiện bền ;
min
''








O
E

A
A
Tỉ số đĩa theo điều kiện xâm thực ;
Chọn tỉ số đĩa theo điều kiện bền :
min
'









O
E
O
E
A
A
A
A
3
5
3/2
max0
10
'
)(375,0min)'(

Tm
D
Cz
A
A
E

=
C _ hệ số phụ thuộc vào vật liệu , C = 0.055 _ hơp kim đồng ;
d
max
_ chiều dày tơng đối profin tiết diện cánh chong chóng ;
d
max
= 0.08
ữ
0.1 . Chọn d
max
= 0.09 ;
m _ hệ số phụ thuộc vào kiểu tàu ; m = 1.15 _ tàu hàng ;
424.0min
'
=






O

E
A
A
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 6
Chọn tỉ số đĩa sơ bộ :
55.0=
O
E
A
A

2.6. Tính toán đ ờng kính tối u và tỉ số b ớc của chong chóng :
Quá trình tính toán đợc trình bày dới bảng sau :
STT Đại lợng tính
Đơn
vị n
m
(vòng quay giả thiết)
1 n
m
v/ph 330 340 350 360 370
2 n=n
m
/60 v/s 5.500 5.667 5.833 6.000 6.167
3 v=0.515.v
s
m/s 5.92 5.92 5.92 5.92 5.92
4 R =f (v
s
) N 57755 57755 57755 57755 57755

5 T
E
= R/ z
p
N 57755 57755 57755 57755 57755
6
T
vDK
DE

=
- 1.306 1.306 1.306 1.306 1.306
7 w
T
= f (K
DE
)
-
0.290 0.290 0.290 0.290 0.290
8 t = f(K
DE
)
-
0.174 0.174 0.174 0.174 0.174
9 1/i
Q
= f(K
DE
)
-

1.024 1.024 1.024 1.024 1.024
10 v
A
= v(1-w
T
) m/s 4.200 4.200 4.200 4.200 4.200
11 T = T
E
/(1-t) N
69921.
3
69921.3
1
69921.3
1
69921.
3
69921.
3
12
4
T
n
v
K
A
NT

=
-

0.623 0.614 0.605 0.597 0.589
13 J
0
= f(K
NT
) - 0.4 0.394 0.388 0.383 0.375
14 D
opt
= v
A
.a/(J
0
.n) m 1.85 1.82 1.80 1.77 1.76
15
K
T
= T/
(n
2
D
4
opt
) - 0.192 0.192 0.191 0.192 0.186
16 J = v
A
/ (n.D
opt)
- 0.412 0.406 0.400 0.395 0.387
17 P/D = f(J,K
T

) - 0.760 0.748 0.735 0.730 0.715
18
0
= f(J,K
T
) - 0.51 0.5 0.495 0.49 0.48
19
0
1
11

TQ
D
W
t
i

=
3
10

=
sD
E
s
vT
P

- 0.607 0.596 0.590 0.584 0.572
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 7

20 kW
573.95
3
585.432 591.346
597.38
0
609.82
5
21
P
S'
= P
S
/ 0.85 kW
675.23
9
688.744 695.701
702.80
0
717.44
2

Vậy chọn động cơ là : động cơ kiểu MA32GSC-4
-Công suất định mức : P
S
= 900 kW =655 CV ;
- Vòng quay định mức : n
m
= 350 v / ph ;
Ta phải dự trữ công suất để khi tàu gặp sóng gió phát huy hết công suất động cơ thì

taù vẫn đảm bảo vận tốc Vs = 11,5 hl/h. Do đó ở đây ta chỉ tính cho chong chóng sử
dụng 85% công suất
Các thông số của chong chóng : D = 1,8 m
n
m
= 350 v / ph
P / D = 0,735

D
= 0.59
2.7. Kiểm tra tỉ số đĩa theo điều kiện xâm thực :
2
1
1min
0
)(130)"( nD
P
K
A
A
cE

=
min
"
)(
O
E
O
E

A
A
A
A

Trong đó :

1
= 1.5 _ chong chóng vừa tảI ;
Kc = f(P/D ; z ; J ) = 0.23 (Tra đồ thị với P/D, J và Z =4 ) ;
n(v/s) : số vòng quay chong chóng _n = 5,833 v / s ;
D : Đờng kính chong chóng (m) _ D = 1,8 m ;
P
1
: áp suất thủy tĩnh tuyệt đối : P
1
= P
0
- P
d
= 10330 +.h
B
- P
d
= 1025 (kG / m
2
) ;
P
d
= 238 ( kG / m

2
) ;
h
B
: độ ngập sâu của trục chong chóng, h
B
= 0.7D = 1,26m ;
434.0min)"(
0
=
A
A
E
P
1
= 11383,5 kG / m
2
Vậy tỉ số đĩa :
55.0=
O
E
A
A
đã chọn là đảm bảo
Chong chóng thiết kế có :
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 8
Tỉ số bớc
735,0=
D
P

Tỉ số đĩa
55.0=
O
E
A
A
Hiệu số đẩy
D
= 0.59

Số cánh Z = 4
Đờng kính D = 1,8 m
phần ii : Tính toán thiết bị lái
I , Các thông số hình học của bánh lái :
1)Chọn dạng thiết bị lái
Dựa vào các thông số về kích thớc của tàu ,vận tốc tàu , vùng hoạt động của tàu cũng
nh để chọn đợc loại bánh lái có hiệu quả cao , có độ tin cậy mà công suất lại thấp do
đó ta nên chọn loại bánh lái cân bằng có propin nasa 009
2)Diện tích bánh lái :
F
p
=à.L.T
à=0,015 ữ 0.025 ở bảng (1-3) sttBtT1
F
p
=3.4875 ữ 5.8125
Ta chọn diện tích bánh lái F
P
= 5 m
2

Kiểm tra F
p
theo điều kiện : F
p
> F
p min
F
p min
= p.q
100
.TL
[0.75 +
75
150
+L
] Trong đó: p =1.0 : bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt
q= 1.0 : đối với tàu hàng
Do đó : F
p min
= 4.29 (m
2
) < F
p
Chọn diện tích bánh lái :F
Dmin
= 5,0(m
2
)
3) Chiều cao bánh lái : h
p

-Tàu biển : độ ngập sâu bánh lái t


0.25.h
p

Và t


+ h
p
T
=> Chọn h
p
= 2.5(m)
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 9
4)Chiều rộng bánh lái : b
p
b
cp
=
p
p
h
F
=
5,2
5
= 2 (m)
5)Độ dang của bánh lái :


p

p
=
2
5,2
b
h
ep
p
=
= 1.25
6)Chiều dày lớn nhất profin bánh lái
t
max
= t.b
ep
=0,9.2 = 0.18(m)
7)* Hoành độ chiều dày lớn nhất profin bánh lái;

100
bx
x =
(mm)
*Bán kính lợn phần mũi profin:
R =1,1(t
max
/b
ep

) =0,099(m)
8)Tung độ lớn nhất của profin bánh lái:


100
.
max
ty
y

=
Bảng tung độ profin bánh lái NACA 009 :
9)Tính toán các hệ số thuỷ động của bánh lái:
Báng(11_3)_STKTĐT cho các hệ số thuỷ động đối với
0
=6
Dựa vào công thức tính chuyển ta tính đợc các hệ số thuỷ động của bánh lái
có =1,25
C
y
=C
y0
C
x
=C
xo
+C
1
.C
y

2
C
m
=C
m0

p
=
p0
+C
2
.C
y
Xác định C1,C2
C
1
=

1
(
1
1

-

1
) =

1
(

25,1
1
-
6
1
) =0,2017
C
2
=

3.57
(
1
1

-

1
) =

3.57
(
25,1
1
-
6
1
)= 11,557
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 10
Trong đó C

x0
,C
y0
,C
m0
,
po
:Là các hệ số thuỷ động và góc bẻ lái của bánh lái tiêu
chuẩn
C
x
,C
y
,C
m
,
p
: Là các hệ số thuỷ động và góc bẻ lái của bánh
lái có =1.25
Các hệ số đợc xác định theo bảng sau:
p
o
Cy0 Cx0 C
2
.Cy C
2
y.C
1
Cx
(3)+(5

)
Cm

p
(
0
)
(1)+(4)
1 2 3 4 5 7 8 9
0 0 0,008 0 0 0,008 0 0
4 0,32 0,017 3,698 0,0206 0,037
6
0,08 7,689
8 0,61 0,039 7,05 0,075 0,114 0,15 15,05
12 0,91 0,06 10,52 0,167 0,227 0,225 22.52
16 1,2 0,098 13,87 0,29 0,388 0,30 29,87
18 1,38 0,205 15.95 0,384 0,589 0,315 33.95
10) Xác định vị trí đặt trục tối u:
Từ công thức : M

*

= p
n
.x
p
=
2
1
.c

n
.v
2
cp
.F
p
.x
p
(kG.m) (1)
M

*
=
2
1
.c
m
. v
2
cp
F
p
.b
cp
(kG.m) (2)
Từ (1) và (2) suy ra : c
m
.b
cp
=c

n
.x
p
x
p
=
n
m
c
c
.b
cp
.
Trờng hợp tối u nhất để mômen tác dụng lên trục lái nhỏ nhất là a=x
p
(lí tởng)
p(
0
)
Cx Cm Cy(Cy0)
sinp cosp
Cn
(Cx. sinp
+Cy. cosp)
Xp(m)
((3):
(7))b
ep
1 2 3 4 5 6 7 8
0 0,008 0 0 0 1 0 0

7,689 0,0376 0,08 0,32 0,134 0,991 0,322 0.496
15,05 0,114 0,15 0,61 0,26 0,966 0,619 0.484
22.52 0,227 0,225 0,91 0,383 0,924 0,928 0.484
29,87 0,388 0,30 1,2 0,498 0,867 1,233 0.486
33.95 0,589 0,315 1,38 0,558 0,829 1,473 0.428
Xác định a dựa vào công thức sau: a =
2
maxmin pp
xx +
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 11
Vậy : a =
2
428,0496,0 +
= 0,462(m)
Do đó ta chọn vị trí đặt trục tối u là a
opt
= 0.46(m)
11)Xác định hệ số cân đối:
23,0
5,2.2
5,2.46.0
F
'F
R
b
b
===

II, Tính lực và mômen thuỷ động:
A)với tàu chạy tiến :

1) Tốc độ lớn nhất của dòng nớc đến bánh lái :
v
cp
= 0,515.(1-w
r
).v
s
. (m/s)
trong đó :
*) v
s
= 11.5 (hl/h)
*) w
r
=0,8w
0
mà w
0
= 0,165.
x
.
B
3
D
V
- w ( với tàu biển)
với D
B
: là đờng kính chân vịt D
B

= 1.8 ( m )
x = 1 ( số lợng chân vịt )
V : Thể tích chiếm nớc của tàu
V= L.B.T. = 1549.38 (m
3
)
w : hệ số hiệu chỉnh kể đến sự tạo sóng phụ thuộc vào Fr

:
mà Fr =
Lg
v
.
=0,24 > 0,2 w = 0,3.( Fr

0,2 ) = 0,0082
w
0
= 0,165.0,68.
8.1
38.1549
3
- 0,0082 = 0,284: Giá trị trung bình của hệ số dòng
theo tại vị trí đặt chong chóng.
w
r
= 0,8.0,284 = 0,227:Giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt bánh
lái.

*) = 1 +

p
p
F
F

[ k
B
- 1 ) hệ số hiệu chỉnh có để ý đến òng nớc chảy ra từ chong
chóng :
với:
p
F

: Diện tích của bánh láI nằm trong mặt nớc do chong chóng đẩy ra

p
F

= b
cp
.D
B
=2.1.8= 3.6 ( m
2
)
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 12
k
B
: Hệ số phụ thuộc vào nửa hệ số tảI của chong chóng :
k

B
= f(
2
B

) trong đó
B

=
4
D
v
2
1
T
2
2
A



+) v
A
:Vận tốc dòng nớc chẩy đến chong chóng
v
A
= 0,515v
s
(1-w
0

) = 0,515.11,5 (1- 0,284) (m/s)
v
A
= 4,24 (m/s)
+) T :Lực đẩy của chong chóng
T

=
)(
tx
R
1
.
x =1
t =( 0,7ữ0.9)
o
= 0,1988 ữ0.2556 , hệ số dòng theo
Chọn : t = 0.24
R Sức cản của tàu (Tra đồ thị lực cản)
R = 55.218 (KN) =5628.75 (kG)
=> T

=
)(
tx
R
1
=
)(
)kG(25.7406

24.011
75.5628
=

=>
B

=
4
D
v
2
1
T
2
2
A


=3.1
Vậy :
2
B

= 1.55
Tra đồ thị hình (43) STTBTT tiếng Nga có: K
B
= 2.4
+) = (
2

)
12
2
2
B
KK

+

+
Trong đó : K =f(z/D
B
) Tra đồ thị với
8.1
6.0
=
B
D
z
= 0,3 ta có
Tra đồ thị STTBTT tiếng Nga hình (44) K = 1,5
vậy = 0,76
= 1,59
vậy dòng chảy tới bánh lái v
cp
= 0,515.11.5(1 0,227).1,59
v
cp
= 7,28 (m\s)
2)Lực và mômenthuỷ động:

Trong đó Cx,Cy,Cn : tơng ứng là các hệ số lực cản ,lực nâng ,lực pháp tuyến
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 13
) )(.( mkGalPM
n
=

).(
2
1
2
kGFvCP
pepnn

=
).(
2
1
2
kGFvCP
pepxx

=
).(
2
1
2
kGFvCP
pepyy

=

Quá trình tính lực và mô men thủy động đợc thực hiện dới
bảng sau:
STT Đ lƯợng
tính
Đ.vị
Góc bẻ lái
p
(độ)


0 7.689 15.05 22.52 29.87 33.95
1 C
x
- 0.00
8
0.0376 0.114 0.227 0.388 0.589
2 C
y
- 0 0.32 0.61 0.91 1.2 1.38
3 C
m
- 0 0.08 0.15 0.225 0.3 0.315
4 C
n
- 0 0.322 0.619 0.928 1.233 1.473
5 C
d
=C
m
/C

n

0 0.248 0.242 0.242 0.243 0.214
6 Xp=C
d
.b
cp
m 0 0.497 0.485 0.485 0.487 0.428
7 l=X
p
-a m -0.46 0.0369 0.0247 0.0249 0.0266 -
0.0323
8 Pn= kG 0 4458.35
8
8570.5
7
12848.
9
17071.9
1
20394.
9
9 M'= kGm 0 164.488
5
211.28
7
320.11
6
454.420
2

-
658.78
10 M=K
o
.M' kGm 0 197.386
2
253.54
5
384.13
9
545.304
2
-
790.54
Vậy : P
nmax
= 20394.9 (KG) với
p
=33.95(
o
)
M

max
=-790,54 (KGm ) với
p
=33.95(
o
)
III : Kết cấu thiết bị:

1) Vật liệu chế tạo bánh lái :
Vật liệu chế tạo bánh lái là thép CT3C co
ch
=2400(kG/cm
2
)
2) Khoảng cách cơ cấu :
4,0)
100
(2,0 +=
L
a
c
a
c
: khoảng cách giữa các xơng gia cờng ngang
L = 62 (m) : Chiều dàI tàu
a
c
= 0.524 m
Chọn a
c
= 500 (mm) = 50(cm)
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 14
b
c
: khoảng cách giữa các xơng gia cờng doc
Chọn b
c
= 500 (mm)

3) Chiều dày tôn bao :
Tôn bao lái chịu áp lực thuỷ tĩnh của nớc và áp lực thuỷ động khi bẻ lái có chiều dày
đợc tính bằng công thức :
[ ]


c
p
n
s
a
F
P
dK
2
0








+=
+1,5
d : chiều chìm tàu (m) d= 3.75 (m)
P
n
: áp lực pháp tuyến khi bẻ lái (kG), Pn = 20394.9(kG) =200074 (N)

*
[ ]

: ứng suất cho phép của vật liệu(N/mm
2
) Lấy hệ số an toàn bằng 2

[ ]

=0,5
t
= 11772 (N/cm
2
) =117.72 (MPa)
F
p
: diện tích bánh lái F
p
= 5.10
4
(cm
2
)
k
s
: hệ số phụ thuộc tỉ số b
c
/a
c
tra bảng đợc k

s
= 0.554
suy ra
0
= 0,554
11772
50
10.5
200074
75,3
2
4






+
+ 1,5 = 8.6 (mm)
Trong mọi trờng hợp chiều dày tôn bánh lái không nhỏ hơn giá trị sau:

min
= 40.a
c

240
37
+
+

L
L
=6.55(mm)
Chọn chiều dày tôn bao bánh lái
0
= 9 (mm)
4) Chiều dày cơ cấu :
Chiều dày tôn mặt trên và tôn mặt d ới
Đợc lấy không nhỏ hơn 1,2
0
= 1,2.9 = 10.8 mm
Chọn chiều dày tôn mặt trên và dới


t
=

d
= 12 mm
Trên tấm tôn mặt trên và mặt dới có khoét lỗ để thử áp lực,sau đó đợc làm kín bằng
vít đồng có đờng kính 50 mm,phía ngoài đợc hàn tấm ốp có đờng kính 100 mm
Chiều dày tôn bao vùng thay thế cho trục lái
Không nhỏ hơn 1,2
0
= 10.8 mm
Chọn chiều dày tôn bao vùng thay thế


0
= 12mm

18.8
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 15
Chiều rộng tôn bao vùng thay thế S không nhỏ hơn 1/6h
p
với h
p
= 3 m
Chọn S = 0.5 m
Chiều dày x ơng gia c ờng
Không nhỏ hơn 0,8
0
và không lớn hơn 1,2
0
Chọn chiều dày xơng gia cờng


x
= 8 mm
Chiều dày xơng gia cờng thay thế cho trục lái bằng (1,8~2)
0
= 16.2 ~ 18 mm
Chọn chiều dày xơng gia cờng thay thế cho trục lái


tt
= 18 mm
Vì a = 460 mm > t
max
= 180 mm nên ta phải có 2 xơng gia cờng đứng thay thế cho trụ
lái.Khoảng cách giữa chúng là 180 mm

Lập là
* Chiều dày xơng lập là

= 8 mm
* Chiều rông lập là b =(8~10)
0
= 80 mm
5) Kiểm tra môđun chống uốn cua vùng trụ láI thay thế :
Bánh lái đợc coi là đủ bền nếu mômen chống uốn của xơng đúng thay thế cho trục
lái và mép kèm của nó lớn hơn mômen chống uốn cho phép
W [W] =
][


M
trong đó M

là mômen uốn nhịp đợc tính ở phần sau
[] = 0,4
ch
= 960 kG/cm
2

Chiều rộng mép kèm
b
mk
= h/6 = 2500/6 = 420 mm
Việc tính mômen chống uốn thực hiện theo bảng
ST
T

Quy cách
(cm)
Diện tích
F
i
(cm
2
)
Z
i
(cm)
F
i
Z
i
2
(cm
4
)
i
0
(cm
4
)
1 1,2x42 50.4 -9.6 4644.86 6.048
2 2x1,8x18 64.8 0 0 1749.6
3 1,2x42 50.4 9.6 4644.86 6.048

165.6 11051.4
z

2
1
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 16
Mô men quán tính
I = 11051,4 cm
4
Mômen chống uốn
W = I/Z
max
= 11051,4/10,2 = 1083,5 cm
3
Mômen chống uốn cho phép
[W] = M
tt
/[] = 11048,4 /960 = 15,51 cm
3
Vậy bánh lái đủ bền.
6.Khối l ợng & toạ độ trọng tâm bánh lái
Ta tính diện tích prôfin và toạ độ trọng tâm Xc của prôfin . Diện tíchprôfin đợc tính
gần đúng bằng cách chia thành các hình thang .
Theo chiều dài prôfin ta chia thành 25 hình thang tơng ứng với các toạ độở phần xây
dựng prôfin .
S = S
i
S
i
= 2.1/2.(Y
i
+ Y
i-1

).(X
i
- X
i-1
)
Trọng tâm của S
i
:
X
ci
= X
i-1
+ 1/3.(X
i
- X
i-1
).(2Y
i
+Y
i-1
)/(Y
i
+ Y
i-1
)
Trọng tâm của prôfin : X
c
= S
i
.X

ci
/S
Quá trình tính toán đợc thực hiện dới dạng bảng nh sau :
i
Xi Yi Xi-X
i-1
Yi+Y
i
-1
2Yi+Y
i-1
Si Xci Si.Xci
0
0 0
0.00 0 0 0 0 0
1
5 12.96
5.00 12.96 25.92 64.8 3.33 216
2
10 18.50
4 5.00
31.46
4 49.968 157.32 7.65 1203.00
3
15 22.41
5.00
40.91
4 63.324 204.57 12.58 2573.4
4
20 25.38

5.00 47.79 73.17 238.95 17.55 4194
5
25 28.44
5.00 53.82 82.26 269.1 22.55 6067.5
6
35 33.39
10.00 61.83 95.22 618.3 30.13 18631.5
7
50 39.24
15.00 72.63 111.87 1089.45 42.70 46521
8
65 44.19
15.00 83.43 127.62 1251.45 57.65 72144
9
100 53.28
35.00 97.47 150.75 3411.45 83.04 283300.5
1
0
150 62.98
2
50.00
116.2
6 179.244 5813.1 125.70 730680
1
1
200 70.2
50.00
133.1
8 203.382 6659.1 175.45 1168350
x

420
180
12
12
3
TKMH ThiÕt KÕ B¸nh l¸i Trang 17
1
2
300 80.19
100.00
150.3
9 230.58 15039 251.11 3776400
1
3
350 83.34
50.00
163.5
3 246.87 8176.5 325.16 2658675
1
4
400 86.00
4
50.00
169.3
4 255.348 8467.2 375.13 3176310
1
5
500 89.1
100.00 175.1 264.204 17510.4 450.29 7884840
1

6
600 90
100.00 179.1 269.1 17910 550.08 9852000
1
7
800 87.03
200.00
177.0
3 264.06 35406 699.44 24764400
1
8
1000 79.2
200.00
166.2
3 245.43 33246 898.43 29869200
1
9
1200 68.45
4
200.00
147.6
5 216.108 29530.8
1097.5
7 32412240
2
0
1400 54.9
200.00
123.3
5 178.254 24670.8

1296.3
4 31981680
2
1
1600 39.33
200.00 94.23 133.56 18846
1494.4
9 28165200
2
2
1700 30.74
4
100.00
70.07
4 100.818 7007.4
1647.9
6 11547900
2
3
1800 21.70
8
100.00
52.45
2 74.16 5245.2
1747.1
3 9164040
2
4
1900 12.06
100.00

33.76
8 45.828 3376.8
1845.2
4 6231000
2
5
2000 1.89
100.00 13.95 15.84 1395
1937.8
5 2703300
Tæng
245604.6
9
206521065.
9
S = ΣS
i
= 2456.05 cm
2
ΣS
i
X
ci
= 206521 cm
3
Xc = ΣS
i
.X
ci
/ΣSi = 84 (cm)

Ta tÝnh ®îc to¹ ®é träng t©m cña profin b¸nh l¸i,c¸ch mÐp tríc b¸nh l¸i mét kho¶ng
lµ 84 cm
DiÖn tÝch pr«fin b¸nh l¸i
S = 2456.05 cm
2
ViÖc tÝnh to¸n träng t©m cña b¸nh l¸i ®îc thùc hiÖn theo b¶ng
(mèc tÝnh träng t©m lµ mÐp tríc cña b¸nh l¸i)
STT Tªn chi tiÕt KÝch thíc ThÓ tÝch X
i
(cm) V
i
X
i
(cm
4
)
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 18
Số lợng(cm) V
i
(cm
3
)
1 Tôn bao 286x250x0.9 64350 84 5405400
2 Cơ cấu đứng
1
16.6x250x1.8 7470 35 261450
3 Cơ cấu đứng
2
18.9x250x1.8 8505 55 467775
4 Cơ cấu đứng

3
16.8x250x0.8
x0,9
3360 100 336000
5 Cơ cấu đứng
4
9.4x250x0.8 1880 150 282000
7 Cơ cấu ngang 2456.05x0.8x4 7859.2 84 660172.8
8 Tôn đáy 2456x1,2x2 5894.4 84 495129.6
9 Lập là 1830 84 153720
S 101148.6 8061647.4
Chú ý: Hệ số 0,9 là hệ số kể đến việc chiếm diện tích của lỗ khoét trên vách ngang
và vách đứng
Từ bảng trên ta có khoảng cách từ trọng tâm bánh lái đến mép trớc
x
G
=


i
ii
V
xV
=
6,101148
4,8061647
= 79.7 cm
Khoảng cách từ trọng tâm bánh lái tới trục lái
r = x
G

-46 = 33.7 cm
r = 33.7 cm
Khối lợng bánh lái
G = V
i
= 7850.0,1011
G = 794 kG
7,Kết cấu trục lái
Tải trọng tác dụng lên trục lái gồm có
# áp lực thuỷ động P
n
của nớc tác dụng vuông góc gây uốn trục
# Mômen thuỷ động M

gây xoắn trục
# Lực tác dụng lên đầu sectơ lái
P
C
= M
C
/R
C
với R
C
là bán kính sectơ lái
# Trọng lợng bánh lái G
m
và trọng lợng bản thân của trục lái
a, Tính toán lần gần đúng thứ nhất
Ta giả thiết P

C
= 0 và ta áp dụng nguyên lý độc lập tác dụng
+ Trục lái dới tác dụng của P
n
và M

TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 19
M'' = -29kGm
1
R''
a = 1,25 m L = 2,8 m
11
b = 1,5 m
1
L = 0,5 m
3
L = 1,2 m
2
M

M' = 6863.7kGm
L LL
M = 14112.5kGm

1
ba
1
1
0
G

M
1
2 3
R''
1
R''
2
R'
0 n
P R'
1
R'
2
M = 267,6kGm
G
Tác dụng của P
n
Tác dụng của M
G
1
M'
Ta coi bánh lái và trục lái nh 1 dầm tựa trên các đế cứng.Phản lực tại các đế là R
i
.Độ
cứng của bánh lái là EI
1
,của trục là EI
2
.Ta giả thiết là
EI

1
= 2EI
2
Khi đó dầm là siêu tĩnh bậc nhất
Viết phơng trình góc xoay cho gối 1









++
1
1
1
11
2
21
1
11
1
63
'
3
'
b
a

EI
baP
EI
LM
EI
LM
n
=0
suy ra M
1
=
21
11
1
1
2
1
2 LL
ba
b
a
P
n
+









+
=
2,1.28,2
55.1.25,1
55.1
25.1
1
2
20394,9
+






+
= 6863,7 (kGm)
Mô men nhịp:
M

=
1
11
L
baP
n
=

8,2
55,1.25,1.9,20394
= 14112,5(kGm)
Mômen tính toán
M
tt
=
1
1
1
1
11
'M
L
a
L
baP
n

= 11048,4(kGm)
Đờng kính trục tại gối 1:
D
1

[ ]
3
22
1
1.0
'



MM +
(cm)
Với
[ ]

= 0.4
T

= 0,4.2400 = 960 (kG/cm
2
)
D
1

3
22
960.1,0
54.7907.6863 +
= 4,16 (cm)
TKMH ThiÕt KÕ B¸nh l¸i Trang 20
§êng kÝnh trôc t¹i gèi 2:
D
2
≥
[ ]
3
1.0
σ

σ
M
= 2 (cm)
Ph¶n lùc t¹i c¸c gèi:
R’
0
=
1
1
1
1
'
L
M
L
bP
n
−
=
8,2
7.6863
8,2
55.1.9,20394
−
= 8838,7(kG)
R’
1
=
( )
1

1
21
211
'
L
aP
LL
LLM
n
+
+
=
( )
8,2
25,1.9,20394
2,1.8,2
2,18.27,6863
+
+
= 17275,9(kG)
R’
2
= -
2
1
'
L
M
= -
2,1

7,6863
= -5719,7 (kG)
§êng kÝnh t¹i gèi 0
D
0
≥ 10
4400
0
+
ch
R
σ
=
44002400
7,8838
10
+
= 11,4(cm)
D
0
≥ 2,76
[ ]
σ
0
R
= 8,37(cm)
Chän D
0
= 12 (cm)
D

1
= 20 (cm)
D
2
= 18 (cm)
+ Trôc l¸i chÞu t¸c dông cña träng lîng b¸nh l¸i G
m
M
G
= G
m
.r = 267.6 kGm
víi G
m
= 794kG
r = 0.337 m
Ta cã ph¬ng tr×nh gãc xoay:









−
2
1
2

1
1
1
3
1
6
L
a
EI
LM
G
= -
2
21
1
11
3
''
3
''
EI
LM
EI
LM
−
→ M’’
1
=-
21
1

2
2
1
1
2
31
2
1
LL
L
a
LM
G
+








−

→ M’’
1
= -29 (kGm)
M«men tÝnh to¸n :
M’’
tt

=
1
11
1
1
''
L
aM
L
bM
G
−
= 161,3 (kGm)
Ph¶n lùc t¹i c¸c gèi :
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 21
R
0
=
1
1
1
''
L
M
L
M
G

= 105,91(kG)
R

1
= -
2
1
1
1
1
''''
L
M
L
M
L
M
G
++
= -130(kG)
R
2
= -
2
1
''
L
M
= 24.14(kG)
Khi đó trị số phản lực tổng cộng của các gối ở lần gần đúng thứ nhất là:
R
i
=

22
'''
ii
RR +
Vậy thay số ta có:
R
0
=
22
9,1057,8838 +
= 8839,36 (kG)
R
1
=
22
)130(9,17275
+
= 17276,4 (kG)
R
2
=
22
14.247,5719
+
= 5719,8 (kG)
Trị số mômen ma sát tại các gối trong lần gần đúng thứ nhất :
M
msi
=
i

i
i
R
D
f
2
4

(kGm)
Vậy thay số ta có:
M
ms0
=
36,8839
2
12,0
1,0
4

= 67,56(kGm)
M
ms1
=
4,17276
2
2,0
1,0
4

= 220 (kGm)

M
ms2
=
8,5719
2
18,0
15,0
4

= 81,97 (kGm)
Mômen xoắn tổng cộng tác dụng lên trục lái ở lần gần đúng thứ nhất là:
M
tp
= M

+

=
`2
0i
msi
M
= 790,54+(67,56+220+81,97) = 1160,15(kGm) = 11,84(kNm)
Chọn máy lái điện thuỷ lực có xylanh lắc,mômen xoắn đa ra đầu sectơ lái thoả mãn:
M
c
M
tp

với Mc là mômen xoắn đầu ra của máy lái

Chọn máy lái điện thuỷ lực có:
M
c
= 16 (kNm)
Lực tác dụng lên đầu secto lái :
P
c
=
c
c
R
M
=
165.0
16
= 97(kN)
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 22
P
C
= 9900 kG
trong đó R
C
= 0,165 m là bán kính sectơ lái
b, Tính toán lần gần đúng thứ 2
+ Trục lái dới tác dụng của M

,P
n
và P
C


0
G
M
1
2 3
R''
1
R''
2
R'
0 n
P R'
1
R'
2
M = 267,6 kGm
G
Tác dụng của P ,P
n
Tác dụng của M
G
1
M'
C
P
C
M' = 4950kGm
2
M'' = -29 kGm

1
R''
a = 1,25 m L = 2,8 m
11
b = 1,55 m
1
L = 0,5 m
3
L = 1,2 m
2
M

M' = 5745 kGm
L LL
M = 103163 kGm

1
ba
1
1
Phơng trình góc xoay viết cho gối 1:
-
2
22
2
21
1
11
1
1

1
11
6
'
3
'
3
'
1
6 EI
LM
EI
LM
EI
LM
L
a
EI
baP
n
=+








+

M
1
=
21
22
1
1
11
2
'1
2
1
LL
LM
L
a
baP
n
+









+


với M
2
= P
c
.L
3
= 9900.0,5 = 4950 (kGm)
Vậy M
1
= 5745(kGm)
Mômen tính toán :
M
tt
= P
n
1
1
1
1
11
'
L
a
M
L
ba

= 11048,4(kGm)
Vậy ta có biểu đồ mômen uốn nh hình vẽ
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 23

Phản lực tại các gối :
R
0
=
1
1
1
1
'
L
M
L
bP
n

= 9238(kG)
R
1
=
+
+
1
11
'
L
MaP
n
2
21
''

L
MM
= 11904(kG)
R
2
= P
c
-
2
21
''
L
MM
= 8950(kG)
Đờng kính trục trong lần tính thứ hai:
D
i

[ ]


1,0
22
MM
ui
+
(cm)
D
1


3
2
1
2
384

MM
u
+
= 3.92(cm)
D
2

3
2
2
2
384

MM
u
+
= 3,71 (cm)
D
0
10
28002400
'
0
+

R
= 11,7(cm)
D
0
2,76
[ ]

0
'R
= 8,6 (cm)
Từ các giá trị trên ta chọn :
D
0
= 12 (cm)
D
1
= 20 (cm)
D
2
= 18 (cm)
D
3
= 15 (cm)
+ Trục lái dới tác dụng của M
G
Ta tính tơng tự nh lần gần đúng thứ nhất
Tính phản lực tổng cộng :
R
0
=

22
91,1059238 +
= 9239 (kG)
R
1
=
22
13011904
+
= 11904 (kG)
R
2
=
22
14,248950 +
= 8950 (kG)
Xác định mômen ma sát tại các gối :
M
msi
=
i
i
R
D
f
2
4

TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 24
M

ms0
=
9239
2
12,0
1,0
4

= 70.62 (kGm)
M
ms1
=
11904
2
2,0
1,0
4

= 151.6(kGm)
M
ms2
=
8950
2
18,0
15,0
4

= 128.3(kGm)
Mômen xoắn toàn phần :

M
tp
= M

+

=
n
i
msi
M
1
M
tp
= 790,54 + (70,62+151,6+128,3) = 1141(kGm)
M
tp
= 11,64kNm
Vậy máy lái đã chọn ở lần gần đúng thứ nhất là thoả mãn.Ta không cần chọn lại
máy lái
c, Kiểm tra bền trục lái
Ta nên kiểm tra bền trục lái tại 3 tiết diện 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 là nới lắp vành chặn 2 nửa để đỡ toàn bộ trọng lợng của bánh lái và
trục lái
# Tại tiết diện 1-1 có mômen uốn tổng cộng :


M

1-1
=
2
1
2
1
''' MM +
trong đó :
M
1
là mômen uốn tại tiết diện 1-1 do P
n
và P
c
gây ra
M
1
= R
0
.L
1
= 0,15.9238 = 1385.8(kGm)
M
1
là mômen uốn tại tiết diện 1-1 do trọng lợng bánh lái Gm gây ra
M
1
= R
0
.L

1
= 0,15.105,9 = 15.9 (kGm)
Suy ra
M
1-1
= 1385.8 (kGm)
# Tại tiết diện 2-2 có mômen uốn
M
2-2
= P
c
.L
3
= 4950 (kGm)
# Tại tiết diện 3-3 có mômen uốn
M
3-3
= P
c
.L
3
= 9900.0,3 = 2970 (kGm)
Quá trình tính toán đợc thực hiện dới bảng sau:
ST
T
Đại lợng tính Đơn vị
Kết quả
1 1 2 2 3 3
1 Đờng kính trục cm 12 18 15
TKMH Thiết Kế Bánh lái Trang 25

2 Môđun chống uốn W
ui
cm
3
172.8 583.2 337.5
3 Môđun chống xoắn W
xi
cm
3
345.6 1166.4 675
4 Mômen uốn M
ui
kGcm 138580 495000 297000
5
ứng suất uốn
ui
kG/cm
2
801.99 831.36 880.00
6
ứng suất xoắn
i
kG/cm
2
342.54 101.49 175.38
7
ứng suất tổng
i
kG/cm
2

872.08 837.53 897.31
8
Độ dự trữ bền n =
ch
/
i
> 2,5
2.75 2.87 2.67
8, Mối nối
a, Trục lái và bánh lái
Chọn dạng mối nối là mặt bích hình chữ nhật nằm ngang có kích thớc nh hình vẽ
150 150
240
350
400
1.1.Đờng kính bu lông
Phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau
d
B

Cch
u
rn
MM
)4400(
54,5
22
+
+



,cm
trong đó
M

= 79054 kGcm là mômen xoắn thuỷ động
M
u
là mômen uốn tại vị trí đặt bích
Để thiên về an toàn ta lấy M
u
bằng mômen uốn tại gối 1
M
u
=
1
2
1
2
''' MM
+
=
22
295745
+
= 5745.1 kGcm
n = 6 là số bulông
r
C
= 18 cm là khoảng cách trung bình của các tâm bulông đến tâm mặt bích

Thay số vào ta có