液压舵机设计计算

2929────────────────────────────────────────────液压舵机设计计算目的满足船舶航行时转舵及安全的需要。适用范围本设计计算中的有关设计数据和内容，只适用于本设计中的液压舵机。引用标准本设计计算应用：GB7185—87《内河船液压舵机》c)《液压传动设计手册》《船舶材料手册》《机械零件设计手册》g)JB2183—77《液压缸内径系列和柱塞杆外径系列》标准《船用往复式液压缸根本参数》标准i)《液压舵机与液压起重机》相关内容液压舵机的组成转舵〔推舵〕机构；即液压能转化为转舵机械能的执行机构。操舵系统：即对液压流向和液体压力掌握并能掌握舵叶转向的系统。设计计算推舵机构的设计、计算和验算。GB7185—87《内河船液压舵机》标准，本设计承受：四缸两柱塞拨叉式液压舵机。构造简图如下图。GB7185—87《内河船液压舵机》标准。72t·m工作舵角35。转舵时间〔一弦35至另一弦30，正常航段≤28〔s。1.25倍最大工作压力。b)1.5倍设计压力试验。选择油缸《液压缸内径系列和柱塞杆外径系列》选择液压缸缸孔直径为Φ250mm。则柱塞杆直径为Φ250mm。当转舵角为0时柱塞受力分析如图：

FnAA1 2

轴力图F =FN nMF =N 2l

=72020.57

=631.6KN24A=π241

=0.049m2A≈0.250.15=0.0375m22σ=54.9MPσ =1.25σ=68.7MP设计σ = 1.5σ零件

=103.0MPσ45钢

=598MP 符合FN

—舵柄对柱塞的作用力 Fn

—液压对柱塞的作用力当转舵角为35时柱塞受力分析如图：2F 0.57720NF=631.6KNNF =FNx F =FNy

cos35=517.4KNsin35=326.3KN轴力图M=Fny

x M

=Fmax

500mm=90.6MP弯矩图剪力图Fσ = nx +F

Md2 = 517.4

0.252max

AA πd4

0.0490.0375 π0.254 0.250.1531 2=45.0+93.3=138.3MP

64 12 64 12σ =1.251.5σ =259.3MP＜598MP 符合零件max maxF 181.2τ= ny =0.0490.0375=15.8MPAA1 2τ =1.251.5τ=29.6MP零件推舵机构示意图1、2推舵机构示意图1、2—油缸3—舵柄4—舵轴5—舵柄柱销5.1.4.2油缸工作压力计算：6—油缸柱销RM=2Ap Rcos720=40.049PI

0.0570.85cos35工作压力p=18511.6kN =18.5MPI m2P=1.25pI

=23.1MPA1

—缸孔面积m2P—工作压力0.85—转舵角35油缸所需流量Q确实定。油缸柱塞杆从+35至30L的计算。RR—舵柄半径；L—舵柄从+35至-30时油缸柱塞杆升出长度L≈Rtan35Rtan30≈0.57tan350.57tan30≈0.728m=0.73m油腔容积：V1

AL=0.0490.730.0358m3135至另一舷30总容积：V=2V1

=0.0716m3=71.6升油缸所需的流量Q V流油缸壁厚的计算。

28秒6071.62860153.4升分

3.2选中等壁厚，pDpD

p)

C 《液压传动设计手册》P 〕452；—强度系数〔取=；C—计入管壁公差及腐蚀的附加厚度〔D—油缸内径[mm]。

598

= bn

149.5MP4式中：b

—材料抗拉强度[45号钢b

=598MP]；则=

n=4。23.1250 =18.0mm2.3149.523.1则D250 18

=13.9 符合中等壁厚条件5.1.4.5主要参数柱塞直径：250mm柱塞行程：800mm油缸壁厚：18mm23.5MP舵柄柱销剪切强度的核算。油缸柱塞销孔150mm。故舵柄柱销直径150mm。材料为45#钢其剪切模G=8.1105kgf 。cm2切断150mm柱销所需切断力F GA切

8.51053.147.521501.3105kg。c)F=1.5PA1=2314901.516978.5kgf故150mm柱销剪切强度是足够的。舵柄强度的验算舵柄构造示意图如下：从图中可以看出舵柄的危急截面在舵柄柱销处。按抗拉强度验算。考虑到舵柄需焊接，承受A3

甲类一般碳素钢〔GB—79，其抗拉强度为 42kgfb mm2M=Fl=16978.5751273387.5kgfmm危急截面处应力

max

M75 32.2kgf75783 mm212

<

b

mm2单边强度足够。舵轴键的强度计算和尺寸确定M720kNm承受双键连接。舵轴直径取300。选取键72300 GB1096—79。许用剪应力120Mpa1200kgfcm2F=M

720

2400kN2l 20.15剪应力1.51.25Flb式中：l—键的长度。键的强度是足够的。

=208.3kgf

cm2

〈操舵系统的设计计算和验算操舵系统液压原理图，见附图液压原理图设计说明。本设计的液压舵机的操舵系统由主操舵舵装置和应急操舵装置两套机构组成。〔一台正常工作，另一台备用，压力掌握的液流阀，二位四通电磁或手动换向阀，转向器，一只液控双向锁，装在推舵装置四周的双向安全自锁阀和推舵装置组成。阀和推舵装置组成。液压系统中各元件的作用机传动，也可用船用动力主机或辅机传动。液流阀：掌握系统的压力。液压系统油路的液压流向。e)转向器是主操舵系统中掌握舵的转向和速度。急操舵时将主操舵和应急操舵的油路隔开。〔背压高于工作压力〕时，回舵叶。外力消退后，系统正常工作。液压系统中各元件的选择油泵的选择a)5.1.4.2、5.1.4.3P缸

=23.1MP=231kgf

cm2流油缸所需的流量：Q =153.4Lmin流油缸的总容积：V=71.6LQ排

Q流 V 泵—系统的容积效率：V —油泵的容积效率：

0.90.9泵Q =153.4

泵=189.4L排

minb)选取1JMD—80曲轴连杆式径向油泵《液压传动设计手册》P 〕381主要参数：额定转速：150rpmlr理论排量：lr额定压力：240kgfcm2容积效率：0.9c)油泵实际排量：Q=1.6081500.9217.1lmin此时实际的操舵时间：t=(60V)( Q)V=(6071.6)(0.9217.1)=22.0〔秒〕23.1MP〔公称压力。油泵电机功率确实定按《船舶设计手册》动力手册公式4—127QP60h 泵式中：Q—泵的额定排量 lminP—系统的设计压力MP —泵的容积效率0.9泵—过载系数=1.4-1.6 取1.51JMD—80曲轴连杆式径向油泵计算： P=(271.15.5) (60 0.9 1.5)18.41kW，如用三角皮带传动变速。电机功率P 电

18.410.8521.66kWP皮带P液压件的选择1曲轴连杆式1.608lr1JMD-8024MP 21曲轴连杆式1.608lr1JMD-8024MP 250mm径向油泵2单向阀2503溢流阀2504250〔手动电磁换向阀〕5250〔手动电磁换向阀〕6转向器2507液控双向锁2508双向安全自250锁组合阀9压力表序元件名称排量流量型号压力数备注号量寸l DF-L32K1min35MP2〔内径〕32mm板式连接l YF-H32Bmin35MP132mm最小调定l 24E(S)I1-H32Bmin35MP132mm压力-T(W)l 34E(S)M-H32Bmin35MP132mm-Tl BZZ-750Amin30MP160mml SO-H32B-FDmin35MP132mml ZY/AY-E23.1/min35MP132mm10L0～601M141.5MP管件的选择和计算压油管的选用V3ms

计算：QV泵的排量：Q=189.4Lmin=31.6104m3sQV压油管的内径d≥1.127

=1.127

=3.7102m=37mm31.61031.61043Pd2P

P=23.1MP d=40mmbn bnP

—管材抗拉强度b

=420MPnn=423.11064010342010642=924103 =8.8103m=8.8mm105106取10mm。压油管选用：冷拔无缝钢管5010〔YB231-64〕回油管的选用为便利统一起见选回油管与压油管一样。油箱容积的计算依据《机械零件设计手册》液压传动和气压传动分册第35章，油箱的有效容积V=3Q 。泵泵依据前面计算1JMD-80实际排量Q =189.4Lmin泵V=3189.4568.2L油箱的体积V箱

V1.2682L1000宽800高1000800L满足要求。油箱设有油温测量计，滤油器承受过滤精度≤25～50m铜网滤油器。液压油的选用季温差大的特点，依