液压舵机的转舵机构剖析

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1、w第三节 w液压舵机的转舵机构 8-3 液压舵机的转舵机构 w 将油泵供给的液压能变为转动舵杆的机械 能，以推动舵叶偏转 w 根据动作方式不同，可分两大类： n往复式 n回转式 8-3-1 滑式转舵机构 w 是应用最广的一种传统型式 w 它又有十字头式和拨叉式之分 w 十字头式转舵机构 n由转舵油缸、插入油缸中的撞杆以及与舵柄 相连接的十字形滑动接头等所组成 n当转舵扭矩较小时 l常用如图85所示的双向双缸单撞杆的型式 n而当转舵扭矩较大时 l多采用四缸、双撞杆的结构 l如图86(a)所示 十字头式转舵机构 w 十字形滑动接头 n将撞杆往复运动转变为舵的摆动 n两撞杆用螺栓连接，形成两轴承 n

2、两轴承环抱着十字头两耳轴 n舵柄横插在十字头轴承中 w 当撞杆在油压下偏移离中位时 n十字头一面随撞杆移动 n一面带动舵柄偏转（舵杆转动） w 随舵角增加，十字头在舵柄上向外端 滑移 n舵柄有效工作长度，随增大而增大 w撞杆极限行程由行程限制器1l限制 n在舵角超过最大舵角1.5时限止撞杆 n在导板一侧还设有机械式舵角指示器 5 n用以指示撞杆对应舵角 w每个油缸上部设有放气阀12 n以便驱放油缸中空气 滑式转舵机构的受力分析 w 当舵转至任意舵角时 w 为克服水动力矩所造成的力 Q，(与舵柄方向垂直) w 在十字头上将受到撞杆两端 油压差的作用力P w 力P与Q作用方向不在同一直 线上，导板

3、必将产生反作用 力N w 以使P和N的合力Q恰与力Q 方向相反 w 从而产生转舵扭矩以克服水 动力矩和摩擦扭矩 8-3-1 滑式转舵机构受力分析 w转舵力矩 w 上式表明 n在撞杆直径D、舵柄最小工作长度R。和撞杆 两侧油压差P既定的情况下 n转舵扭矩M随舵角的增大而增大，如图所示 w这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应 n当公称转舵扭矩既定时，滑式转舵机构尺寸或 最大工作油压较其它转舵机构要小 w 实际工作油压随实际需要的转舵扭矩而变 w由式可知，舵机在实际工作中撞杆两端的油压差 w可见，随着舵角增大，尽管转舵扭矩也在增大， 但COS2却相应减小，所以滑式转舵机构的工作油 压也不会因的

4、增大而急剧增加 图8-9 撞杆油缸的密封 8-3-1-1 十字头式转舵机构特点 w (1)扭矩特性良好 n 承载能力较大 n能平衡撞杆所受的侧推力，用于转 舵扭矩很大的场合 w (2)撞杆和油缸间的密封大都采用V型 密封圈 n密封圈由夹有织物的橡胶制成 n安装时开口应面向压力油腔 (P越高，密封圈撑开越大) n密封可靠，磨损后具有自动补偿能力 n密封泄漏时较易发现，更换也较方便 w (3)油缸内壁除靠近密封端的一小段外，不与撞杆接触，故可不经加 工或仅作粗略加工。 w (4)油缸为单作用 w (5)安装、检修比较麻烦。 n必须成对工作，故尺寸、重量较大 n撞杆中心线垂直于船舶首尾线方向，舵机室

5、需要较大的宽度 8-3-1-1 拨叉式转舵机构 w 整根撞杆，撞杆中部有圆柱销，销外套有方形滑块 n撞杆移动时，滑块一面绕圆柱销转动，一面在舵柄的叉形端部中滑动 w 拨叉式与十字头式转矩特性相同 w 侧推力由撞杆承受而无导板，结构简单，加工及拆装方便 w 以拨叉代替十字头，撞杆轴线至舵杆轴间的距离R。可缩减26%，撞杆的 最大行程也因而得以减小 w 占地面积比十字头式减少10 %15，重量减轻10左右 w 但当公称扭矩较大时，则仍以采用十字头式为宜 8-3-1-2 滚轮式转舵机构 w 结构特点 n在舵柄端部的滚轮代替滑式机构中的十字头或拨 叉 n受油压推动的撞杆，以顶部顶动滚轮，使舵柄转 动

6、w 这种机构不论舵角如何变化 n通过撞杆端面与滚轮表面的接触线作用到舵柄上 的推力P，始终垂直于撞杆端面，而不会产生侧推 力 8-3-1-2 滚轮式转舵机构 w 推力P在垂直于舵柄轴线方向的分力可写为 w 式中：R。滚轮中心到舵杆轴线的距离 w 上式表明 n在D、R。和Pmax既定时，滚轮式转舵机构所能产生的转舵扭 矩将随。的增大而减小 n扭矩特性在坐标图上是一条向下弯的曲线 n在最大舵角时，水动力矩较大，而滚轮式这时所产生的扭矩 反而最小，只达到滑式机构的55%左右 n在实际中，随着的增大，该机构P比滑式增加快 8-3-1-2 滚轮式转舵机构的特点 w (1)撞杆与舵柄之间没有约束，无侧推力

7、 n结构简单，加工容易，安装、拆修都较方便 w (2)每个油缸均与其撞杆自成一组 n可根据实际需要，分别采用单列式、双列式或上下重迭式等 不同的布置形式，提高了布置上的灵活性 w (3)滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补偿 w (4)扭矩特性差 n要达到同样的M，须用比滑式更大的结构尺寸或P n限制了它在大扭矩舵机中的应用 w (5)当舵叶在负扭矩作用下转动时 n如果系统有泄漏；或在稳舵时油路锁闭不严，则滚轮就有可 能与某侧撞杆脱开而导致敲击 n在某些机构中，滚轮与撞杆之间增设板簧拉紧机构 8-3-1-3 摆缸式转舵机构 w 结构特点: w 采用两个摆动式油缸1和双作用的活塞2 (也可单作用) w

8、 转舵时 n活塞在油压下往复运动，两油缸相应摆动 n通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转 w 由于转舵时缸体必须作相应摆动 n必须采用有挠性的高压软管 8-3-1-3 摆缸式转舵机构 w 摆缸式机构转舵时 n油缸摆角将随油缸的安装角(中舵时油缸摆角)和舵 转角而变 n一般使中舵时最大 n最大舵角时为零或接近于零 n但不论舵角如何， 角总是很小 n如果忽略，摆缸式与滚轮式扭矩特性相同 8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（1） w (1)用双作用活塞代替了单作用的撞杆 n提高了油缸的利用率 n其外形尺寸和重量可大大减小 w (2)各油缸与其活塞均自成一组 n而且油缸与支架、活塞杆与舵柄均采用铰接

9、n结构简单，安装也较方便 w (3)由于采用了双作用活塞 n对油缸内表面的加工精度、活塞杆与油缸的同轴度、以及 活塞与油缸间的密封等都有较高的要求 8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（2） w (4)当活塞的密封性因使用日久而变差时 n转舵速度就会变慢，运行的经济性也将降低 n而检查和更换密封件又不如撞杆式方便 n当铰接处磨损较大时，工作中也会出现撞击 w (5)系统工作时 n理论排油量和进油量严格说来并不完全相等 n如果使用奇数的双作用活塞式油缸(在应急情况下) 则相差更为明显，所以在油路中必须采取容积补偿 措施 w (6)扭矩特性不佳(与滚轮式类同) n除个别采用四缸结构者公称扭矩较大外，

10、一般大多 见诸于功率不大的舵机中 8-3-2 回转式转舵机构 w 图示为三转叶式转舵机构 w 油缸内部装有三个定叶 n通过橡皮缓冲器安装在船体上 w 三个转叶与舵杆相固接 n由于转叶与缸体内壁和上、下端 盖之间 n及定叶与转毂外缘和上、下端盖 之间，均设法保持密封 n故借转叶和定叶将油缸内部分隔 成为六个小室 w 当经油管6从三个小室吸油， 并排油人另外三个小室 n转叶就会在液压作用下通过轮毂 带动舵杆和舵叶偏转 8-3-2 转叶式机构的转舵扭矩 w 可用下式表示: 式中：z 转叶数目 P转叶两侧油压差，Pa； A每个转叶的单侧面积，m； Ro转叶压力中心至舵杆轴线间的距离，m； m机械效率，

11、一般为0.750.85。 w 上式表明 n转叶式机构所能产生的转舵扭矩与舵角无关 n扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线 8-3-2 转叶式转舵机构的特点 w (1)占地面积小，重量轻，安装方便。 w (2)无须外部润滑 n管理简便；舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损 w (3)扭矩特性不如滑式，比滚轮式和摆缸式好 w (4)内泄漏部位较多 n密封不如往复式容易解决 n容积效率低，油压较高时更为突出 w (5)内部密封问题是其薄弱环节 n工作油压不超过4MPa左右，限制了它在大功率舵 机中的应用 n随着密封材料和密封形式的不断改进，Pmax已可 达1015MPa，转舵扭矩也提高到3000 k

12、Nm 左 右 AEG型转叶式油缸 8-3-2 AEG型转叶油缸特点 w 翻边端盖与空心的轮毂3制成一体，然后用V形密封圈9 和压盖8防止油外漏 w 这种结构的端盖能够承受较高的油压而不易变形，同时 又可避免转叶和端盖间的泄漏。而用球墨铸铁制造的转 叶4和定叶5，则用由高强度钢制成的定位销和内六角螺 钉分别固定在铸钢的转子3和缸体2上，并用在背后装有 O形橡胶条的钢制密封条7来保证各工作腔室间的密封 w 该型结构的耐压能力较强，工作油压一般可用到10MPa 或更高，同时可保持9698的容积效率 w 整个转子的重量完全由舵杆轴承来承担，而油缸本体2 则通过螺栓12和橡皮缓冲器13支撑于两缓冲架10上，同 时在上、下主油路，缸体凸缘的内侧与固定支架的顶部 与底部之间预留一定的间隙，以便吸收油缸在工作中可 能产生的微量窜动和横向振动。