- 1 -
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ng ành công nghiệp khác, ngành
công nghiệp Đóng tàu của nước ta đã và đang từng bước tự khẳng định m ình, góp
phần vào sự phát triển chung của x ã hội, và được xem như một trong những ng ành
công nghiệp mũi nhọn của nước ta. Cùng với sự phát triển đó th ì các việc chế tạo
các thiết bị phụ tàu thủy cũng được phát triển theo, tiêu biểu trong số đó là công
nghiệp chế tạo chân vịt.
Trong nhiều trường hợp, chân vịt sau khi chế tạo sẽ không thể tránh khỏi
những sai sót so với thiết kế, các thông số không ph ù hợp với tàu thiết kế. Có nhiều
biện pháp khắc phục, sửa chữa sai lệch n ày như uốn, nắn hay mài lại biên dạng
cánh. Tuy nhiên, phương pháp này t ốn nhiều thời gian, công sức nh ưng độ chính
xác, độ bóng bề mặt không cao; trong nhiều trường hợp không thể sữa chữa đ ược
chân vịt. Với vấn đề đặt ra như vậy, tôi xin đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đề
xuất giải pháp sửa chữa chân vịt có đặc điểm h ình học không phù hợp với tàu thiết
kế trên máy phay CNC ” với sự hướng dẫn của thầy TS. Trần Gia Thái . Đề tài được
thực hiện theo các nội dung sau:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Kết quả nghiên cứu.
Chương 3: Tính toán c ụ thể.
Chương 4: Kết luận – Đề xuất ý kiến.
Mục đích của đề tài này là xây dựng quy trình sửa chữa chân vịt sau khi chế
tạo có thông số hình học không phù hợp với tàu thiết kế.
Do thời gian có hạn, kiến thức v à kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên chắc
chắn trong đề tài này sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong đ ược sự
đóng góp của quý thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Nha Trang, tháng 11 năm 2007
Sinh viên thực hiện
Trương Quang V ũ
- 2 -
CHƯƠNG 1

thiết kế trên máy phay CNC ” với mục tiêu xây dựng quy trình sửa chữa chân vịt
sau khi chế tạo có thông số không phù hợp. Qua đề tài này, chúng tôi c ũng sẽ tính
toán minh họa cho một trường hợp cụ thể dựa tr ên quy trình đã xây dựng.
1.2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ LÝ THUYẾT CHÂN VỊT T ÀU THỦY
1.2.1 Chức năng – Phân loại
Chân vịt là bộ phận biến đổi năng lượng động cơ thành lực đẩy tàu chuyển
động. Ngoài ra nó còn được dùng để lái tàu trong trường hợp tàu có nhiều chân vịt
(hình 1.1):
Hình 1.1: Mô hình chân vịt tàu thủy
Hiện nay có khá nhiều loại chân vịt khác nhau nh ư sau:
- Chân vịt có cánh cố định có từ 3 đến 6 cánh, đ ường kính có thể lên đến
9 m, công suất lớn nhất truyền đến chân vịt t àu thủy hiện nay khoảng 35.000 kW
đối với chân vịt một trục v à khoảng 50.000 kW đối với chân vịt nhiều trục.
- Chân vịt biến bước thường áp dụng cho các t àu hoạt động ở nhiều chế độ
tải, nhờ điều chỉnh b ước xoắn chân vịt có thể phát huy to àn bộ công suất máy. Chân
vịt biến bước có (3 ÷ 4) cánh, với công suất truyền (20.000 ÷ 50.000) kW
- Chân vịt có ống đạo lưu thường được trang bị trên các quân sự, tàu cao tốc,
cho phép nhận được một lực đẩy phụ và làm tăng thêm hiệu suất chân vịt. Việc sử
- 4 -
dụng chân vịt ống đạo l ưu góp phần cải thiện điều kiện l àm việc của chân vịt khi
sóng gió và giảm lực thủy động xuất hiện khi chân vịt l àm việc.
1.2.2 Đặc điểm hình học của chân vịt
Chân vịt cấu tạo từ một số cánh có h ình dáng nhất định gắn vào moayơ chân
vịt. Cánh chân vịt được tạo thành từ một phần mặt xoắn ốc n ên khi nghiên cứu đặc
điểm hình học cánh chân vịt cần nghi ên cứu đặc điểm của đường xoắn ốc và mặt
xoắn ốc.
1.Đường xoắn ốc và mặt xoắn ốc
- Đường xoắn ốc:
Đường xoắn ốc là quỹ tích của điểm A vừa chuyển động quay xung quanh
trục hình trụ bán kính r với tốc độ góc không đổi, v ừa tịnh tiến dọc theo trục n ày

- 6 -
Mặt xoắn ốc có bước xoắn biến đổi theo chiều bán kính nếu nh ư bước xoắn
của tất cả các đường xoắn ốc không đổi nh ưng khác nhau đối với những đường
xoắn ốc khác. Còn bước xoắn biến đổi theo chiều trục – bán kính nếu như bước
xoắn của tất cả các đ ường xoắn ốc thay đổi v à có giá trị khác nhau cho từng đường.
Hình 1.5 mô tả mặt xoắn ốc có bước xoắn thay đổi:
Hình 1.5: Mặt xoắn ốc có bước xoắn thay đổi
2. Đặc điểm hình dáng cánh chân v ịt
Cánh chân vịt có thể xem là hình khối tạo nên bởi hai mặt xoắn ốc giao nhau.
Nói cách khác, gia o tuyến của hai mặt xoắn ốc cắt nhau l à hình dáng cánh chân v ịt.
Mặt cánh quay về h ướng chuyển động của t àu gọi là mặt hút, mặt kia gọi là mặt
đẩy. Còn mép cánh hướng về chiều quay chân vịt gọi l à cạnh dẫn, mép kia gọi l à
cạnh theo. Căn cứ v ào hình dạng của đường bao cánh chân vịt có thể phân loại chân
vịt thành chân vịt cánh hẹp đối xứng (hình 1.6a), chân vịt cánh hẹp không đối xứng
(hình 1.6b), chân vịt cánh rộng đối xứng (h ình 1.6c), chân vịt cánh rộng không đối
xứng (hình 1.6d):
Hình 1.6: Các dạng cánh chân vịt thường gặp
- 7 -
3. Tiết diện cánh chân vịt
Giao tuyến giữa hình trụ bán kính r đồng trục với trục chân vịt v à cánh chân
vịt được gọi là tiết diện (mặt cắt) của cánh chân vịt, th ường gọi là prôfin cánh chân
vịt. Prôfin cánh chân vịt hiện nay th ường có dạng lưu tuyến với chiều dày lớn nhất
là e
max
. Các dạng prôfin cánh chân vịt th ường gặp là prôfin hình bán nguy ệt (hình
1.7a), prôfin dạng cánh máy bay (h ình 1.7b) và prôfin dạng đặc biệt (hình 1.7c)
Hình 1.7: Các dạng prôfin cánh chân vịt
4. Tỷ lệ bước xoắn H/D
Tỷ lệ bước xoắn là tỷ số giữa bước xoắn chân vịt H và đường kính chân vịt
D. Giá trị tỷ lệ này càng cao, hiệu suất chân vịt càng giảm và thường nằm trong

7. Các ký hiệu đặc trưng về đặc điểm hình học của chân vịt
Hình 1.8 mô tả ký hiệu các đặc trưng về đặc điểm hình học cánh chân vịt:
Hình 1.8: Các kích thước hình học chân vịt
Các kí hiệu cần thiết:
D - Đường kính chân vịt (m)
R - Bán kính chân vịt (m)
r - Bán kính bất kỳ của mặt cắt chân vịt (m)
H - Bước xoắn chân vịt
S - Diện tích hình trụ chân vịt S= D
2
/4 (m
2
)
S
p
- Diện tích hình chiếu cánh chân vịt (m
2
)
S
p
’ - Diện tích khai triển các cánh chân vịt (m
2
)
S
o
- Diện tích duỗi thẳng cánh chân vịt (m
2
)
b - Chiều rộng cánh (m)
- 9 -

lượng dư gia công lớn, sau đó gia công thô v à đánh bóng theo phương pháp th ủ
công bằng các máy mài chuyên dụng. Chân vịt được đúc đa số là chân vịt định
bước, 3 hoặc 4 cánh, chiều quay trái hoặc phải tùy theo động cơ. Vật liệu chế tạo
thường là đồng thau, chân vịt thép v à gang không nhiều và chỉ thực hiện theo đ ơn
đặt hàng. Hầu hết các tàu đóng mới chưa thực hiện vấn đề thiết kế chân vịt m à chỉ
chọn và lắp chân vịt theo máy hoặc the o kinh nghiệm dựa trên mẫu có sẵn của các
tàu đã đóng. Đối với chân vịt có đ ường kính nhỏ (D ≤ 1000 mm), các cơ s ở thường
- 10 -
chế tạo hàng loạt chân vịt theo mẫu đ ã thử nghiệm thành công, từ đó phân phối đến
các vùng. Đối với những chân vịt lớn (D > 1000mm), t hường chỉ sản xuất đ ơn chiếc
theo đơn đặt hàng. Tuy nhiên, chất lượng sản phẩm còn phụ thuộc nhiều vào tay
nghề và kinh nghiệm của người công nhân; ngo ài ra còn phụ thuộc vào vật liệu chế
tạo, công tác làm mẫu, kiểm tra Do vậy, chân vịt đúc ra có chất l ượng chưa cao,
chưa chính xác, đôi khi có thông s ố hình học không phù hợp với tàu.
Với những khó khăn về công nghệ, thiết bị, sự cạnh tranh của thị tr ường nên
các cơ sở tư nhân với quy mô nhỏ thường chỉ thực hiện đúc chân vịt, c òn việc thiết
kế do khách hàng đảm nhiệm hoặc các c ơ quan nhà nước có khả năng thiết kế thực
hiện. Các cơ sở nhà nước chế tạo chân vịt có quy mô lớn, đ ược trang bị đầy đủ thiết
bị công nghệ phục vụ cho việc thiết kế, chế tạo, kiểm tra có thể đảm nhiệm to àn bộ
quá trình chế tạo từ khâu thiết kế, đúc, gia công đến kiểm tra v à cho ra sản phẩm
hoàn chỉnh. Một số cơ sở điển hình như: Công ty Đóng sửa tàu Nhà Bè, Nhà máy
Liên hợp Ba Son, Nhà máy Đóng tàu H ạ Long, sản phẩm của các c ơ sở này được
phân phối khắp vùng ven biển trên cả nước.
1.3.3 Thực trạng về công tác sửa chữa chân vịt sau khi chế tạo có thông số
không phù hợp với tàu thiết kế.
1. Các dạng hỏng thường gặp ở chân vịt :
- Cong, vênh, sai số về kích thước hình học do quá trình đúc
- Mẻ, gãy cánh, nứt cánh chân vịt, hỏng mặt côn, lỏng rãnh then do va đập
với các vật rắn hoặc những nguy ên nhân cơ học khác.
- Ăn mòn điện hóa trong môi tr ường nước biển.

Số TT
Loại vật liệu
Nhiệt độ nắn cánh chân vịt,
0
C
1
Hợp kim Đồng - Mangan - Sắt
550

700
2
Đồng - Nhôm - Niken - Sắt
700

850
3
Đồng - Nhôm - Mangan - Sắt
600

750
4
Thép Cacbon
700

850
5
Thép không gỉ
750

850, ram sau khi nắn

nhưng độ chính xác chưa cao, đôi khi không th ể sửa chữa được mà phải thiết kế và
chế tạo lại.
 Nhiệt luyện
Chân vịt sau khi nắn và sửa chữa, cần phải đ ược nhiệt luyện để loại bỏ ứng
suất bên trong. Chế độ nhiệt luyện tùy theo vật liệu làm chân vịt và thời gian thực
hiện tùy theo đường kính chân vịt đ ược cho ở các bảng sau:
- 13 -
Bảng 1.2: Chế độ nhiệt luyện sau khi nắn chân vịt
Vật liệu chế tạo chân vịt
Chế độ nhiệt luyện
Thép không gỉ
Ram ở nhiệt độ 650 ± 10
0
C trong thời gian 4 ÷ 6 giờ
khi nắn ở nhiệt độ 750 ÷ 850
0
C. Còn nếu nắn ở nhiệt
độ 600 ÷ 700
0
C thì không phải nhiệt luyện sau khi nắn
Thép cacbon
Không đòi hỏi nhiệt luyện
Đồng – mangan – sắt
Ủ ở nhiệt độ 350 ÷ 400
0
C
Đồng – nhôm – mangan – sắt
Ủ ở nhiệt độ 500 ÷ 550
0
C

Như đã trình bày, hiện nay ở nước ta chân vịt được đúc trong khuôn cát v à
tiến hành gia công trên các máy công c ụ. Do đó, chất lượng vật đúc phụ thuộc nhiều
vào kinh nghiệm và trình độ tay nghề của công nhân n ên trong nhiều trường hợp,
chân vịt sau khi đúc bị cong v ênh, các thông số hình học như đường kính, tỷ số mặt
đĩa, tỷ số bước xoắn không đúng nh ư thiết kế, đôi khi không ph ù hợp với tàu thiết
kế. Trong những tr ường hợp như vậy, thông thường chân vịt được uốn, nắn hoặc
hàn cánh như đã trình bày ở chương 1. Tuy nhiên, cách làm đó không đ ảm bảo độ
chính xác, sau khi s ửa phải gia công, đánh bóng lại chân vịt n ên tốn nhiều thời gian,
công sức, đôi khi không thể thực hiện đ ược mà phải đúc lại chân vịt.
Một phương án đặt ra là sửa chữa cánh chân vịt trên máy phay CNC, t heo
đó, chân vịt sau chế tạo có thông số không ph ù hợp với tàu thiết kế được gá đặt trên
bàn máy CNC và phay theo chương tr ình được lập sẵn để đạt đến thông số thiết kế
yêu cầu. Giải pháp này đảm bảo được độ chính xác, độ bóng b ề mặt, mà không cần
phải nấu đúc lại nhằm tiết kiệm chi phí sản xuất. Trong một số tr ường hợp không
thể sửa chữa lại chân vịt đúng theo thiết kế th ì có thể tận dụng để chế tạo chân vịt có
thông số nhỏ hơn.
Với cách đặt vấn đề nh ư thế, có thể tóm tắt quá trình sửa chữa chân vịt theo
trình tự sau:
- Làm sạch phôi;
- Kiểm tra, đánh giá các thông số h ình học chân vịt;
- Xây dựng mô hình 3D chân vịt trên các phần mềm CAD/CAM ;
- Gia công chân vịt về các thông số thiết kế y êu cầu;
- Kiểm tra chân vịt sau khi gia công .
- 15 -
Từ những trình bày trên, có thể đề xuất quy trình sửa chữa chân vịt như sơ đồ
hình 2.1 dưới đây:
Hình 2.1: Quy trình sửa chữa chân vịt sau khi đúc có thông số h ình học không phù
hợp với tàu thiết kế trên máy phay CNC
Làm sạch phôi chân vịt
Kiểm tra các thông số h ình học

phần hóa học, thử và xác định đặc tính cơ học và so sánh với số liệu
trong các bảng đặc tính của vật liệu chế tạo.
- Nếu vật liệu là gang: phân tích thành ph ần hóa học (nếu khách h àng yêu
cầu), thử và xác định đặc tính cơ học về uốn, kéo và độ cứng. Sau khi xác
định kích thước, quan sát bề ngoài, thử nghiệm cơ và phân tích thành
phần hóa học. Tất cả các phôi đúc chân vịt đều phải thử “thả r ơi” xuống
nền bêtông. Nền bêtông này có chiều cao không nhỏ hơn 1m, phía dưới
là nền đất cứng, khô và chắc, có chiều cao không nhỏ hơn 0,5 m. Thử
“thả rơi” được tiến hành từ độ cao 2 m ÷ 2,5 m nếu phôi đúc có t rọng
lượng Q ≤ 1500 kG v à từ độ cao 1 m nếu Q > 1500 kG. Đối với phôi
chân vịt đúc liền: thả rơi theo chiều mặt đầu phía mũi của may ơ xuống
dưới, còn đối với chân vịt tháo lắp th ì “thả rơi” cánh theo chiều bích nối
của cánh xuống dưới.
- Sau khi thử “thả rơi” thì ta dùng búa gõ, âm thanh ph ải trong trẻo và đều.
Nếu rè là có vết rạn nứt, không đạt y êu cầu. Ngoài ra, người ta thường
dùng máy dò hay ch ất thử màu để xác định khuyết tật.
- 17 -
Tuy nhiên, vì một số khó khăn về vật chất, kỹ thuật m à các cơ sở sản xuất
thường bỏ qua giai đoạn kiểm tra, phân tích vật liệu m à chỉ tiến hành thử “thả rơi”
kiểm tra khuyết tật bề mặt, các vết nứt v à kiểm tra thông số hình học của chân vịt.
2. Kiểm tra đường kính chân vịt
Thông thường, đường kính chân vịt được đo bằng thước thẳng
3. Kiểm tra bước xoắn:
Cách xác định bước xoắn trên mặt đẩy của cánh phôi đúc chân vịt phổ biến
nhất là: dùng tam giác bư ớc xoắn và phương pháp tọa độ.
a) Bằng tam giác bước xoắn
Tam giác bước xoắn được làm cho mỗi profin ở bán kính r. Tam giác n ày có
thể uốn theo đúng bán kính của mặt n ày, do đó cạnh huyền AC của tam giác b ước
sẽ xác định chính xác h ình dáng của cánh tại vị trí của profin. Tính chất n ày cũng
được vận dụng để kiểm tra b ước xoắn chân vịt (h ình 2.2).

R
H
l
h
2 

Suy ra: H
i
=
h.
360

H
i
là bước xoắn tại bán kính R
i
Đem trị số H
i
so sánh với số liệu trong bản vẽ thiết kế ta có thể xác định
được độ chênh lệch bước của phôi đúc.
Ngoài hai phương pháp như đã trình bày, trên thực tế còn một số phương pháp
kiểm tra bước xoắn chân vịt th ường được sử dụng như phần trình bày dưới đây.
c) Xác định bước xoắn bằng phương pháp đơn giản
- Xác định bước xoắn bằng dụng cụ,
- Xác định bằng dây dọi,
- Xác định bước xoắn bằng thước thẳng.
- 19 -
d) Kiểm tra bước xoắn với sự hỗ trợ của máy tính
Với sự phát triển của khoa học công nghệ c ùng với sự trợ giúp của máy tính,
công tác kiểm tra bước xoắn chân vịt cũng đ ược cải tiến và tự động hóa dưới sự hỗ


Trong đó: Z là số cánh chân vịt
D là đường kính chân vịt
Như vậy, để xác định được θ, ta chỉ cần xác định số cánh Z, đường kính D và
diện tích duỗi thẳng S
0
của cánh chân vịt rồi thay vào công thức trên.
Sau khi kiểm tra được các thông số hình học chân vịt, so sánh với giá trị
trong bản vẽ thiết kế. Nếu đúng với thiết kế th ì không cần phải sửa chữa chân vịt;
ngược lại nếu cánh bị cong vênh, hay tỷ số bước, đường kính không đúng theo thiết
kế, không phù hợp với tàu thiết kế thì tiến hành xây dựng lại mô hình 3D cánh chân
vịt phục vụ cho việc lập tr ình gia công trên máy CNC.
2.3 XÂY DỰNG LẠI MÔ HÌNH 3D CÁNH CHÂ N VỊT THEO CÁC THÔNG
SỐ SAU CHẾ TẠO.
2.3.1 Mục đích: thiết lập lại mô hình không gian của chân vịt trên máy tính để lập
chương trình gia công.
2.3.2 Phương pháp thực hiện: có hai phương pháp :
1. Vẽ chân vịt với sự hỗ trợ của các phần mềm.
Với loại chân vịt đã qua thử nghiệm như loại Wageningen Seri – B, ta áp
dụng phương pháp vẽ chân vịt. Trong đề tài này, ứng dụng chương trình vẽ chân vịt
được thực hiện trong luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu chế tạo mẫu chân vịt
tàu cá từ các thông số thiết kế tr ên máy phay CNC” do anh Nguyễn Thắng Thịnh
thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS Trần Gia Thái.
- 21 -
Hình 2.5 là giao diện của chương trình:
Hình 2.5 Giao diện của chương trình vẽ chân vịt từ các thông số thiết kế
Đây là chương trình vẽ chân vịt (kiểu Wageningen Seri – B) từ các thông số
ban đầu: đường kính chân vịt D, tỷ lệ b ước xoắn H/D, tỷ lệ mặt đĩa S
o
/S và số lượng

Hình 2.10: Chọn các đường Curve trên mặt cánh chân vịt
Sau đó nhấp chuột vào để chọn các mép cánh chân vịt:
Hình 2.11: Chọn mép cánh chân vịt
Xong chọn OK để kết thúc lệnh.
- 25 -
Như vậy một phần cánh chân vịt đã được phủ mặt như hình 2.12:
Hình 2.12: Một phần cánh chân vịt đ ược phủ mặt
- Bước 5: Tương tự như trên, tiếp tục sử dụng công cụ Boundary Blend để
tạo mặt phủ kín các mép cánh ở đầu mút của chân vịt như hình 2.13:
Hình 2.13: Xử lý phần mút cánh chân vịt

Trích đoạn Trường hợp chân vịt chỉ sai lệch về tỷ số bước xoắn H/D Trường hợp chân vịt chỉ sai lệch về tỷ số mặt đĩa θ

---