第三节液压舵机的转舵机构-山东交通学院

9-3液压舵机的转舵机构转舵机构的功用将油泵供给的液压能变为转动舵杆的机械能，以推动舵叶偏转可分两大类：1、往复式转舵机构2、回转式转舵机构十字头式拨叉式滑式滚轮式摆缸式转叶式弧形柱塞式9-3-1十字头转舵机构十字头式转舵机构组成和结构由转舵油缸、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当转舵扭矩较小时常用双向双缸单撞杆的型式而当转舵扭矩较大时多采用四缸、双撞杆的结构9-3-1十字头式转舵机构当撞杆在油压下偏移离中位时十字头一面随撞杆移动一面带动舵柄偏转（舵杆转动）随舵角α增加，十字头在舵柄上向外端滑移舵柄有效工作长度，随α增大而增大撞杆极限行程由行程限制器1l限制在舵角超过最大舵角1.5°时限止撞杆在导板一侧还设有机械式舵角指示器5用以指示撞杆对应舵角每个油缸上部设有放气阀12以便驱放油缸中空气9-3-1十字头式转舵机构9-3-1十字头式转舵机构PQN当舵转至任意舵角α时：柱塞液压力P分解为Q和N。N由导板承载。Q产生转舵力矩。受力分析请打开“0807aa滑式转舵.swf”文件观看动画(鼠标单击)9-3-1十字头式转舵机构请打开“0807aa滑式转舵.swf”文件观看动画(鼠标单击)转舵力矩：Z---油缸的对数上式表明转舵扭矩M随舵角α的增大而增大，如下图所示9-3-1十字头式转舵机构上式表明这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应由式可知，舵机在实际工作中撞杆两端的油压差M滑式转叶式滚轮式可见，随着舵角α增大，尽管转舵扭矩也在增大，但COS2α却相应减小，所以滑式转舵机构的工作油压也不会因α的增大而急剧增加。9-3-1十字头式转舵机构十字头式转舵机构的密封(2)撞杆和油缸间的密封大都采用V型密封圈密封圈由夹有织物的橡胶制成安装时开口应面向压力油腔(P越高，密封圈撑开越大)密封可靠，磨损后具有自动补偿能力密封泄漏时较易发现，更换也较方便(3)油缸内壁除靠近密封端的一小段外，都不与撞杆接触，故可不经加工或仅作粗略加工。撞杆缸体9-3-1十字头式转舵机构十字头式转舵机构的特点：十字头式转舵机构的扭矩特性与舵的水动力矩匹配性好。舵角变大时，油压增加平缓。同尺寸情况下，可适应较大公称转舵扭矩。导板承受侧推力，油缸无侧推力，密封可靠，可高油压。但十字头、导板结构复杂，安装检修麻烦。9-3-2拨叉式转舵机构文件观看动画(鼠标单击)组成和工作原理整根撞杆，撞杆中部有圆柱销，销外套有方形滑块撞杆移动时，滑块一面绕圆柱销转动，一面在舵柄的叉形端部中滑动。9-3-2拨叉式转舵机构拨叉式转舵机构密封：相对十字头式在油缸的开口端增加了承担导向作用的内套筒。内套筒密封环撞杆柱塞9-3-2拨叉式转舵机构M滑式转叶式滚轮式1、拨叉式与十字头式转矩特性相同。2、侧推力由撞杆承受而无导板，结构简单，加工及拆装方便。拨叉式转舵机构特点3、公称扭矩和最大工作压力相同时，占地面积比十字头式减少10%～15％，重量减轻10％左右。但当公称扭矩较大时，则仍以采用十字头式为宜。9-3-3滚轮式转舵机构滚轮式转舵机构组成和原理在舵柄端部的滚轮代替滑式机构中的十字头或拨叉受油压推动的撞杆，以顶部顶动滚轮，使舵柄转动9-3-3滚轮式转舵机构请打开“0811滚轮式转舵.swf”文件观看动画(鼠标单击)这种机构不论舵角α如何变化，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。9-3-3滚轮式转舵机构M滑式转叶式滚轮式式中：R。——滚轮中心到舵杆轴线的距离。推力P在垂直于舵柄轴线方向的分力可写为：受力分析：转舵力矩：9-3-3滚轮式转舵机构上式表明在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α。的增大而减小。扭矩特性在坐标图上是一条向下弯的曲线。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。在实际中，随着α的增大，该机构油压P比滑式增加快9-3-3滚轮式转舵机构滚轮式转舵机构的特点(1)撞杆与舵柄之间没有约束，结构简单，加工容易，安装、拆修都较方便。(2)滚轮和柱塞靠接触传动，无侧推力产生。磨损后能自动补偿，避免因间隙大而碰撞。(3)扭矩特性差，大小舵角时油压相差大，要达到同样的M，须用比滑式更大的结构尺寸或油压P，限制了它在大扭矩舵机中的应用。(4)当舵叶在负扭矩作用下转动时，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撞击。所以在某些机构中，滚轮与撞杆之间增设板簧拉紧机构9-3-4摆缸式转舵机构采用两个双作用的活塞式摆动式油缸

(也可单作用)转舵时活塞在油压下往复运动，两油缸相应摆动通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转由于转舵时缸体必须作相应摆动必须采用有挠性的高压软管请打开“0812摆缸式转舵.swf”文件观看动画(鼠标单击)组成和原理9-3-4摆缸式转舵机构摆缸式机构转舵时油缸摆角β将随油缸的安装角(中舵时油缸摆角)和舵转角α而变一般使中舵时β最大最大舵角时β为零或接近于零但不论舵角α如何，β角总是很小油缸摆角β如果忽略β，摆缸式与滚轮式扭矩特性相同。9-3-4摆缸式转舵机构摆缸式转舵机构特点(1)因使用双作用油缸，其外形尺寸和重量可大大减小(2)结构简单，安装也较方便。布置灵活。(3)由于采用了双作用活塞式油缸，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。内漏不易发现。(4)两侧油缸运动有差异，进排油量有别。故系统要补油和溢油。(5)扭矩特性不佳，公称扭矩小，用于小船。9-3-5

回转式转舵机构转叶式转舵机构组成结构油缸内部装有三个定叶通过橡皮缓冲器安装在船体上。三个转叶与舵杆相固接由于转叶与缸体内壁和上、下端盖之间。及定叶与转毂外缘和上、下端盖之间，均设法保持密封。故借转叶和定叶将油缸内部分隔成为六个小室。请打开“0813回转式转舵.swf”文件观看动画(鼠标单击)9-3-5

回转式转舵机构当经油管6从三个小室排油，并从另外三个小室回油到油箱或油泵吸口时，转叶就会在液压作用下通过轮毂带动舵杆和舵叶偏转请打开“0813回转式转舵.swf”文件观看动画(鼠标单击)9-3-5

回转式转舵机构式中：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；

ηm——机械效率，一般为0.75～0.85。

M滑式转叶式滚轮式上式表明转叶式机构所能产生的转舵扭矩与舵角无关。扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线。工作油压随舵角变化介于滑式和滚轮之间。转舵扭矩9-3-5

回转式转舵机构转叶式转舵机构的特点(1)占地面积小，重量轻，安装方便。(2)无须外部润滑，管理简便；舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损。(3)扭矩特性不如滑式，但比滚轮式和摆缸式好(4)内泄漏部位较多，密封不如往复式容易解决，容积效率低，油压较高时更为突出，内漏不易发现。(5)内部密封问题是其薄弱环节，限制了它在大功率舵机中的应用。可采用上下双缸、独立组合，满足“故障时45S内恢复操舵能力。提高生命力的要求”。9-3-2

回转式转舵机构AEG型转叶油缸特点9-3-5

回转式转舵机构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。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。所以，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96％～9