1、 第三节第三节 液压舵机的转舵机构液压舵机的转舵机构8-3 液压舵机的转舵机构将油泵供给的液压能变为转动舵杆的机械能，以推动舵叶偏转根据动作方式不同，可分两大类：往复式 回转式 8-3-1 滑式转舵机构是应用最广的一种传统型式它又有十字头式和拨叉式之分十字头式转舵机构 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 常用如图85所示的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 如图86(a)所示十字头式转舵机构十字形滑动接头 将撞杆往复运动转变为舵的摆动 两撞杆用螺栓连接，形成两轴承 两轴承环抱着十字头两耳轴 舵柄横插在十字头轴承
2、中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）随舵角增加，十字头在舵柄上向外端滑移 舵柄有效工作长度，随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滑式转舵机构的受力分析 当舵转至任意舵角时 为克服水动力矩所造成的力Q，(与舵柄方向垂直)在十字头上将受到撞杆两端油压差的作用力P 力P与Q作用方向不在同一直线上，导板必将产生反作用力N 以使P和N的合力Q恰与力Q方向相反 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
3、构受力分析转舵力矩 上式表明 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 转舵扭矩M随舵角的增大而增大，如图所示这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应 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 实际工作油压随实际需要的转舵扭矩而变由式可知，舵机在实际工作中撞杆两端的油压差可见，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增大而急剧增加224conDzpRconRconPzzQRMmmmmzRDMconP224 图8-9 撞杆油缸的密封8-3-1-1 十字头式转舵机构特点(1)扭矩特性良好
4、承载能力较大 能平衡撞杆所受的侧推力，用于转 舵扭矩很大的场合(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，不与撞杆接触，故可不经加工或仅作粗略加工。(4)油缸为单作用(5)安装、检修比较麻烦。必须成对工作，故尺寸、重量较大 撞杆中心线垂直于船舶首尾线方向，舵机室需要较大的宽度8-3-1-1 拨叉式转舵机构 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拨
5、叉式与十字头式转矩特性相同侧推力由撞杆承受而无导板，结构简单，加工及拆装方便以拨叉代替十字头，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8-3-1-2 滚轮式转舵机构 结构特点 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 这种机构不论舵角如何变化 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8-3-1-2 滚轮式转舵机构 推力P在垂直于舵柄轴线方向的分力可写为式中：R。滚轮中心到舵杆轴
6、线的距离 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。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，随着的增大，该机构P比滑式增加快pconDPconQ24mmRzpoDzQRM02cos48-3-1-2 滚轮式转舵机构的特点(1)撞杆与舵柄之间没有约束，无侧推力 结构简单，加工容易，安装、拆修都较方便(2)每个油缸均与其撞杆自成一组 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(3)滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补
7、偿(4)扭矩特性差 要达到同样的M，须用比滑式更大的结构尺寸或P 限制了它在大扭矩舵机中的应用(5)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敲击 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 摆缸式转舵机构结构特点:采用两个摆动式油缸1和双作用的活塞2(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8-3-1-3 摆缸式转舵机构 摆缸式机构转舵时 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 一般使中舵时最大
8、 最大舵角时为零或接近于零 但不论舵角如何，角总是很小 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）(1)用双作用活塞代替了单作用的撞杆 提高了油缸的利用率 其外形尺寸和重量可大大减小(2)各油缸与其活塞均自成一组 而且油缸与支架、活塞杆与舵柄均采用铰接 结构简单，安装也较方便(3)由于采用了双作用活塞 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）(4)当活塞的密封性因使用日久而变差时 转舵速度就会变慢，运行的经济性也将降低 而检查和更换密封件又不如撞杆式方便 当铰接处磨损较大时，工
9、作中也会出现撞击(5)系统工作时 理论排油量和进油量严格说来并不完全相等 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(6)扭矩特性不佳(与滚轮式类同)除个别采用四缸结构者公称扭矩较大外，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 图示为三转叶式转舵机构 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 当经油管6从三个小室吸油，并排油人另外三个小室 转叶就会在液压作用下通过轮毂带动
10、舵杆和舵叶偏转8-3-2 转叶式机构的转舵扭矩 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，一般为0.750.85。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mzPRM8-3-2 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(5)内部密封问题是其薄弱环节 工作油压不
11、超过4MPa左右，限制了它在大功率舵机中的应用 近年来，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 kNm 左右AEG型转叶式油缸8-3-2 AEG型转叶油缸特点 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9698的容积效率。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(一般上下共约38mm左右)，以便吸收油缸在工作中可能产生的微量窜动和横向振动。
