液压舵机设计计算

液压舵机设计计算目的通过对液压舵机各组成部分的设计、计算和验算确保本设计设计的液压舵机能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：a） GB7185—87《内河船液压舵机》b） GB11636—89《柱塞式液压舵机安装技术条件》c） 《液压传动设计手册》d） 《船舶材料手册》e） 《机械零件设计手册》f） 《钢质海船入级与建造规范》之第三、十三章《操舵装置与锚机装置》g） JB2183—77《液压缸内径系列和柱塞杆外径系列》标准h） GB3004—85《船用往复式液压缸基本参数》标准i） 《液压舵机与液压起重机》相关内容液压舵机的组成4.1转舵（推舵）机构；即液压能转化为转舵机械能的执行机构。4.2操舵系统：即对液压流向和液体压力控制并能控制舵叶转向的系统。设计计算5.1推舵机构的设计、计算和验算。5.1.1根据GB7185—87《内河船液压舵机》标准，本设计采用：四缸两柱塞拨叉式液压舵机。结构简图如图所示。5.1.2根据GB7185—87《内河船液压舵机》标准。a）公称扭转为72t・m?35。工作舵角b）3035。）s（28,正常航段W）至另一弦转舵时间（一弦c）.???87《内河船液压舵机》标准。根据GB7185—5.1.31.25倍最大工作压力。a）设计压力为1.5倍设计压力试验。b）受压零部件选择油缸5.1.4《液压缸内径系列和柱塞杆外径系列》选择液压缸缸孔直77根据JB2183—5.1.4.1。250mm。贝V柱塞杆直径为①250mm径为①当转舵角为时柱塞受力分析如图： 0?■轴力图Fn 0=轴应力A?A21FF =nNM720F==631-6=KN“212?0.57.

dmA=n=0.049柱塞面积4Am~0.250.15=0.0375?o=54.9MP22122o=1.25o=68.7MPo= 1.5o=103.0MPo符合=598MP45式中：—舵柄对柱塞的作用力 —液压对柱塞的作用力FF时柱塞受力nN?分析如图：当转舵角为35门frr FL72057??0.FF=631.6KNNNyNNNx?KN=F=326.3NyNNNx?KN=F=326.3KN=35sinF?N?F35?cosF=517.4轴力图F?xF?500MPmm=90.6=M= M弯矩图mm=90.6=M= M弯矩图.nynyaxm剪力图25d0.M90?.6?F4.51722onx+==25d0.M90?.6?F4.51722onxaxm3344d0.?0.15?0.250??12646412=45.0+93.321=138.3MPo=1.25o=259.3MPV598MP 符合？5?1. 皿F181.2=15.8MPaxmaxm ny

=T=0・049?0.0375空1t=1・25t=29.6MP?5?1•推舵机构示意图1、2—油缸 3—舵柄 4—舵轴5—舵柄柱销 6—油缸柱销 舵柄半径R5.1.4.2油缸工作压力计算：??cos?p?R??AM=235?.?.?P0490?.?0057085cos720=4I1? IkN=18.5MP=18511.6工作压力pm=23.1MP设计压力P=1.25p式中：—缸孔面积AmP2I I2 1—工作压力0.26mR—舵柄半径?0.85—推舵机构效率—转舵角35?Q的确定。5.1.4.3油缸所需流量+35的计算。至时升出长??度L a）度L a）油缸柱塞杆从30?至-30时油缸柱塞杆升出长度一舵柄从R—舵柄半径；L+3530tanRR?tan35??L~????30tan.?tan5735??00.57??~0.728m=0.73mii?3?Vm30=71・6升总容积：V=ii?3?Vm30=71・6升总容积：V=2=0.0716 油缸从一舷35至另一舷］升V6.7160Q??4.??60153油缸所需的流量c） =28分秒28流．油缸壁厚的计算。5.1.4.4D16＞选中等壁厚， 若2.?3 ?pD?则缸体壁厚：）（《液压传动设计手册》P?C??? 452??）p3?（2・?？式中：P—油缸内工作压力；MP??）一强度系数（取；=1）;C—计入管壁公差及腐蚀的附加厚度（取C=0[mm]。D一油缸内径?598??b?许用应力=MP.?149?5 4n??号钢；式中：=598MP]—材料抗拉强度[45 。N—安全系数，取n=4bb250?.123?=18.0mm则= l.?233?149.52.250D则符合中等壁厚条件=13.9 =.?185.1.4.5主要参数250mm柱塞直径：800mm柱塞行程：18mm油缸壁厚：23.5MP额定压力：舵柄柱销剪切强度的核算。5.1.5??钢其剪切模。故舵柄柱销直径a）油缸柱塞销#孔。材料为45mm150mm150kgf10?°G=8.12cm?柱销所需切断力b）切断mm150525kgf?1053?1501.?5??FG?A8.?10?3.147.o c）柱塞杆推力F=1.5PA=231kgf5..15?16978??4901?柱销剪切强度是足够的。故mm150舵柄强度的验算5.1.6．舵柄结构示意图如下：5.1.6.1从图中可以看出舵柄的危险截面在舵柄柱销处。按抗拉强度验算。5.1.6.2a，其抗拉强度为甲类普通碳素钢（GB—79考虑到舵柄需焊接，采用）3kgf???42?mm 最大弯矩M=1273387.5=16978.5mmkgf???75?Fl75?Mkgfkgf??42??危险截面处应力＜ 232.? mmmm7875?12 单边强度足够。5.1.7舵轴22baxm 3键的强度计算和尺寸确定 舵轴扭矩采用双键连接。m720kN?M??舵轴直径取。30079。—选取键 GB109630072?kgf???1200??120Mpa 许用剪应力cm720MkN?2400?F= 剪力15.l22?0F.25?51.?1kgf???〈 剪应力=208.3cmb?l2式中：l—键的长度。b—键的宽度。键的强度是足够的。5.2操舵系统的设计计算和验算5.2.1操舵系统液压原理图，见附图5.2.2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。5.2.2.1主操舵装置液压系统的组成，由两台齿轮泵组成（一台正常工作，另一台备用），压力控制的液流阀，二位四通电磁或手动换向阀，转向器，一只液控双向锁，装在推舵装置附近的双向安全自锁阀和推舵装置组成。5.2.2.2应急操舵装置液压系统由与主操舵装置合用的供油和压力控制装置，二位四通电磁或手动换向阀，三位四通电磁或手动换向阀，双向安全自锁组合阀和推舵装置组成。5.2.2.3液压系统中各元件的作用a） 齿轮泵组供油，一套正常使用，另一套备用。两台泵的动力可以用电动机传动，也可用船用动力主机或辅机传动。b） 液流阀：控制系统的压力。c） 二位四通电磁或手动换向阀：控制主操舵装置液压系统与应急操舵装置液压系统油路的液压流向。d） 三位四通电磁或手动换向阀在应急舵时控制舵的转向。e） 转向器是主操舵系统中控制舵的转向和速度。f） 液压双向锁：主操舵时，当舵任意停止时避免外力作用下窜动，同时应急操舵时将主操舵和应急操舵的油路隔开。g） 双向安全自锁组合阀：主要是稳舵和过载保护的作用，即有风浪或其他外力作用在舵叶上，致使油缸某腔压力超载（背压高于工作压力）时，回油路的液控单向阀关阀，回油液通过缓冲阀进行缓冲。起到稳舵和过载保护舵叶。外力消除后，系统正常工作。5.2.3液压系统中各元件的选择5.2.3.1油泵的选择的计算知5.1.4.3、5.1.4.2根据a）.kgf=23.1MP=231油缸所需的压力： PcmL=153.4油缸所需的流量：Qmin2V=71.6L油缸的总容积：Q贝V：液压泵的排量：?Q?????0.9—系统的容积效率： 取？?0.9—油泵VVV的容积效率： 取4153.LQ==189.4min0.9.9?）（0P《液压传动设计手册》）—80曲轴连杆式径向油泵。（lb）选取JMD150rpm381主要参数：额定转速：l理论排量：1.608rkgf额定压力：2402cm0.9容积效率：lQ=1.608217.1c）油泵实际排量：？?1509?0.min）?V（60t=此时实际的操舵时间：?）（?Q）660?71.（= ）19?217.（0.=22.0（秒）油泵的额定压力24MP,通过溢流阀的压力调节能满足油缸的工作压力。d)(公称压力)。溢流阀的调定压力为23.1MP523.2油泵电机功率的确定1274—a)按《船舶设计手册》动力手册公式PQ?电机功率三？?60?h1Q—泵的额定排泵量式中：min P—系统的设计压力MP?—泵的容积效率 0.9 ??1.5取=1.4-1.6—过载系数曲轴连杆式径向油泵计算：一80按1JMD)?5.5(271.1=18.41kWP=)51.(60?0.9?,如用三角皮带传动变速。电机功率应大于18.41kWb)41.18P电机功率kW?P??21.66?85.0 液压件的选择5.2.3.3l23.1MP153.4选取元件列表如下：根据油缸流量，设计压力min接口尺备注元件名称序排量流量型号压力数量寸号l241曲轴连杆式MP1JMD-80250mm?1.608r(内径)径向油泵1DF-L32K135MP单向阀2322mm板式连接？250min1YF-H32B32mm最小调定35MP31溢流阀？250min压力l24E(S)I1-H32B35MP132mm4二位四通？250min-T(W)(手动电磁换向阀)134E(S)M-H32B35MP132三位四通mm5?250min-T(手动电换向阀BZZ-750A3M16m6转向25miSO-H32B-FD液控双向M3713m25miZY/AY-E23.1/双向安全33m18M25mi10L锁组合M1压力961MP5.3管件的选择和计算5.3.1压油管的选用m计算：3Va)液压油在油管中的流速按smL189.4=31.6泵的排量：Q=10?sminQ10?31.6m=37mm34? 4? 2?=1.1271.127压油管的内径d±=3.710?V3的无缝钢管。选择管内径d=40mmPd??d=40mmP=23.1MP b）管壁厚： ？2p?????=420MP—管材抗拉强度—安全系数，取nn=4bPbbn101?10?40?23.??36?2420?10?410924?m=8.8mm6 3 3?==8.810?10105??。6取mm?10YB231-64）c）压油管选用：冷拔无缝钢管（1050??5.3.2回油管的选用为方便统一起见选回油管与压油管相同。油箱容积的计算5.4章，油箱的有效容355.4.1根据《机械零件设计手册》液压传动和气压传动分册第Q积V=3。LQ=189.41根据前面计算JMD-80实际排量min油箱的有效容积V=3l2568?189.4?.l?682v?1.2?V油箱的体积“L800800?高1000??宽本设计的油箱尺寸为：长1000满足要求。？铜网滤油器。〜505.4.2油箱设有油温测量计，滤油器采用过滤精度W25m6•液压油的选用以及船舶航行于江河四24MP，采用径向柱塞泵，本设计的液压舵机工作压力为《液压油类产品的分组、命名和代号》选用一81季温