舵机转舵机构
XD0903舵机转舵机构
船舶辅机
Marine Auxiliary Machinery
第九章 舵机
[6]
二 拨叉式转舵机构
M/(N⋅m)
十字头式 拨叉式 转叶式
滚轮式 摆缸式
0 10 20 30 α/(°)
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第九章 舵机
[7]
油缸承受侧推力，可在柱塞上设导杆承受。 油缸承受侧推力，可在柱塞上设导杆承受。 油缸密封也要采取特殊措施 也要采取特殊措施。 油缸密封也要采取特殊措施。
第九章 舵机
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四 摆缸式转舵机构
必须采用 高压软管。 高压软管。
1油缸 2活塞杆 3端盖 4活塞 5活塞环 6密封环 7接头
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第九章 舵机
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四 摆缸式转舵机构
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转叶式
滚轮式 摆缸式
0 10 20 30 α/(°)
M = zpAR0η m
N⋅m
扭矩与舵角无关。 扭矩与舵角无关。
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第九章 舵机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ[ 16 ]
五 转叶式转舵机构
特点: 特点: (1)结构紧凑； (2)无外部润滑； (3)扭矩特性中等； (4)内部密封至关重要 内部密封至关重要。 (4)内部密封至关重要。
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第九章 舵机
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转叶式转舵机构实例-FRYDENBO(双转叶): 转叶式转舵机构实例-FRYDENBO(双转叶): 双转叶
船用舵机解析
FL=1／2· CLρAυ2 FD=1／2· CDρAυ2 x = Cxb
舵水作用力F对船舶运动的影响
假设在船舶重心G处加上一对方向相反而数值均等于F 的力F1、F2 那么水作用力F对船体的作用
可用水作用力对船舶重心所产生的力矩Ms和F2的作用来代替。 由F和F1形成的力矩Ms迫使船舶绕其重心向偏舵方向回转，称 为转船力矩： F2则又可分解为R和T两个分力 纵向分力R=F2sinα，增加了船舶前进的阻力 横向分力T=F2cos α ，使船向偏舵的相反方向漂移 船在转向的同时，还存在着横倾与纵倾力矩
8-1-3 对舵机的基本技术要求
(1)必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置，或主操舵装 置有两套以上的动力设备。当其中之一失效时，另一套应能 迅速投入工作。
主操舵装置应具有足够的强度
能在最深吃水并以最大营运航速前进时将舵自一舷35º 转至另一舷的35 º 自一舷的35 º 转至另一舷的30‘所需的时间不超过28s 在船以最大速度后退时应不致损坏 能在最深航海吃水，并以最大营运航速的一半但不小于7kn前进时，能在不 超过60s内将舵自任一舷的15 º 转至另一舷的15 º
8-1-2-2 综上可见
(1)水动力矩与舵叶的面积A和舵叶处水流速度的平方
成正比，并随舵角的增大而增大 (2)不平衡舵
因X=Xc，故当船舶正航并向一舷转舵时，水动力矩将始终 为正(指与舵叶转向相反)，而回舵时则变为负(指与舵叶转向 相同) 平衡舵因Xc=X—Z，小舵角时由于压力中心。处于舵杆轴线 的前方，故Ma为负，只有当舵角增大到某一数值之后， Ma 才会因O点移到轴线之后而变为正值
8-1-2-2 水动力矩和转舵扭矩
舵机控制旋转结构
舵机控制旋转结构第一章：引言1.1 研究背景舵机是一种广泛应用于自动控制系统的装置，能够通过接收控制信号来控制旋转角度或位置。
在工业、航空航天、机器人等领域具有重要的应用价值。
随着科技的不断进步，舵机的控制方法也在不断创新与改进，为各个行业提供更加精准、快速和高效的控制方案。
1.2 研究目的和意义本论文的目的是对舵机控制旋转结构进行深入研究和探讨，分析舵机控制的原理和方法，并通过实验验证其有效性和可行性。
这将有助于掌握舵机控制技术的基本原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
第二章：舵机控制原理2.1 舵机的基本原理舵机由电机、减速机构和反馈装置等组成，电机通过供电控制旋转，减速机构可以使电机的输出力矩放大，并将旋转角度转化为输出轴的线性位移。
反馈装置可以将输出参数的信息反馈给控制系统，实现闭环控制。
2.2 舵机控制系统舵机控制系统主要包含信号接收模块、控制驱动模块和反馈调整模块。
信号接收模块负责接收控制信号，将其转换为电压信号传输给控制驱动模块；控制驱动模块根据接收到的信号控制舵机旋转；反馈调整模块根据实际旋转角度与期望角度之间的差异，通过调整控制信号实现舵机的精确控制。
第三章：舵机控制方法3.1 开环控制方法开环控制方法是指不考虑输出参数反馈信息的控制方式，直接根据期望角度生成控制信号。
这种方法简单实用，但在存在干扰和不确定性的情况下，无法保证输出的准确性。
3.2 闭环控制方法闭环控制方法通过使用反馈装置，根据实际旋转角度与期望角度之间的差异来调整控制信号，实现对舵机的精确控制。
这种方法可以通过不断的调整控制信号，使得舵机能够在较小的误差范围内完成旋转任务。
第四章：实验与结果分析本章将设计并进行舵机控制实验，通过对实验结果的分析和对比，验证开环控制和闭环控制方法的准确性和稳定性。
同时，分析实验中可能出现的误差来源和对应的改进措施，提出对舵机控制系统的优化建议。
总结：通过对舵机控制旋转结构的研究和实验，本论文总结了舵机的基本原理和控制方法。
知识点1 液压舵系的结构认识.
一、舵设备的组成和舵的类型舵（rudder）作为保持或改变航向的设备，垂直安装在螺旋桨的后方。
为了提高舵效和推进效率，大多采用由钢板焊接而成的空心舵，称为复板舵。
这种舵由于水平截面呈对称机翼形，故又称流线型舵。
舵的类型很多，图7-1-1示出3种典型的海船用舵。
舵机经舵柄1将扭矩传递到舵杆3上。
舵杆3由舵承支承，它穿过船体上的舵杆套筒4带动舵叶7偏转。
舵承固定在船体上，由滑动或滚动轴承及密封填料等组成。
此外，舵叶7还可通过舵销5支承在舵柱8的舵托9或舵钮6上。
舵杆轴线一般就是舵叶的转动轴线。
舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵，称为不平衡舵（unbalanced rudder）［图7-1-1（a）］；舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵称为平衡舵（balanced rudder）［图7-1-1（b）］；而仅于下半部做成平衡式的舵即称为半平衡舵（semi-balanced rudder）［图7-1-1（c）］。
后两种舵在舵杆轴线之前有一定的舵叶面积，转舵时水流作用在它上面产生的扭矩可以抵消轴线后一部分舵叶面积上的扭矩，从而减轻舵机的负荷。
（a）不平衡舵（b）平衡舵（c）半平衡舵图7-1-1几种舵的示意图1—舵柄；2—上舵承；3—舵杆；4—舵杆套筒；5—舵销；6—舵扭；7—舵叶；8—舵柱；9—舵托；10—舵承二、舵的作用原理和转舵扭矩船舶航行时，如舵叶处于正舵位置，即舵角（rudder angle）（舵叶与船舶中线的夹角）a=0º时；则舵叶两侧所受的水作用力相等，对船的运动方向不产生影响。
但如将舵叶向某舷偏转任一角度a，则其两侧的水流就会如图7-1-2（a）所示那样，不再保持对称，水流绕流舵叶时的流程在背水面就要比迎水面长，背水面的流速也就较迎水面大，而其上的静压力也就较迎水面要小。
这样，舵叶两侧所受水压力的合力（称为舵压力）FN就将垂直于舵叶，作用于舵叶的压力中心O，并指向舵叶的背水面。
除FN外，水流对舵叶还会产生与舵叶中线方向一致的摩擦力FT，它比FN小得多。
舵机结构
舵是舵手（驾驶人员）用来保持或改变船舶在水中运动 方向的专用设备。 舵有两大功能： 一是保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性； 二是改变船舶运动方向的能力，称回转性。
通常把二者统称为船舶的操纵性。
船舵主要由舵叶和舵杆组成，舵叶是产生水压力的部分， 舵杆的作用是转动舵叶和保证舵叶具有足够的强度）舵的 作用原理是当水流以某冲角冲至舵叶上时，便产生了流体 动力，此作用力通过舵杆传递并船体上，从而迫使船舶转 向，也就达到了调整航向的目的。
6)能被隔断的、由于动力源或外力作用能产生压力的液压系统任何 部分均应设置安全阀。安全阀开启压力应不小于1.25倍最大工作压 力；安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的110％，在此情 况下，压力的升高不应超过开启压力的10％，且不应超过设计压力 值。
第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
基本组成：1.远操机构 （转递操舵信号） 2.舵机 （提供转舵动力）
舵的作用原理
FN 舵叶两侧水压力（舵压力） FT 摩擦力 F 水作用力
｝
F
水作用力 FL 升力 FD 阻力
｛
FL 升力 FD 阻力
FL 1 2 CL ρAv2
FD 1 2 CD ρAv2
Cx 压力中心系数 v 水流速度
x Cx b
水作用力 F 对船舶运动的影响
在船舶重心上加一对大小等于F，方向相反的力F1、F2
舵的形状与面积：
舵的外形大都作成方形或倒梯形，后者多用在悬式舵上。如果要求有 较大的舵压力，则可将舵的上端后部提高，与船尾部外形相配合。 舵的高度主要由船尾部吃水和尾部外形来决定。但舵的下端，不应超 过螺旋桨圆盘面的下线。 舵面积的大小，对船的操纵性能影响较大。浸在水中的舵面积，一般 不是根据回转直径来决定的，而是以船体水下侧投影面积的百分率来计 算。其公式如下： S＝μ· L· T 式中：S为舵面积 L为船舶水线间长（米） T为船舶最大吃水（米） μ为实用系数，其值随船舶类型、尺度、船速而异（见下表）： 各种船舶的舵面（以L· T的％表示）
舵机转舵机构和遥控系统讲解
十字头式转舵机构的特点：
1）扭矩特性良好，承载能力较大，能可靠地平衡撞杆 所受的侧推力，可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。密封圈工 作油压越高撑开越大，从而更加贴紧密封面，故密封可靠， 磨损后还具有自动补偿能力。此外，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，都不与拉杆接 触，故可不经加工或仅作粗略加工。
力矩马达式：舵机遥控系统的控制电路采用了无触点控制， 并取消了浮动杆追随结构。（见下图）
二、伺服油缸式舵机遥控系统 （属电液式）
伺服油缸式舵机遥控系统：（动画）
泵控型舵机液压系统
单动（非随动）操舵系统：只能控制舵机的起停和转舵方 向，当舵转至所需要的舵角时，操舵者必须再次发出停止转 舵的信号，才能使舵停转。通常既可设在驾驶台，也可在舵 机室操纵，以备应急操舵或检修、调试舵机之用。
随动舵、自动舵和非随动（单动）舵控制框图如下所示：
一、伺服电机式舵机遥控系统
1.直流伺服电机式舵机遥控系统（ 属电气式，见动画 ） 2.交流伺服电机式舵机遥控系统（力矩马达式，属电液式）
4）油缸为单作用，必须成对工作，故尺寸、重量较大。 而且撞杯中心线通常都按垂直于船舶尾线方向布置，故舵 机室也需要较大的宽度。
二、 拨叉式转舵机构（动画）
受力分析：与十字头式转舵机构相同。
拨叉式转舵机构特点：侧推力可直接由撞杆本身承受而无需导
板。撞杆轴线至舵杆轴间的距离R0可缩减26%，撞杆的最大行程
图示为AEG型转叶式油缸 及密封装置。
回转式转舵机构特点： 1）占地面积小，重量轻，
安装方便； 2）无需外部润滑，管理
简便，且转舵时舵杆不受侧 推力，可减轻舵承磨损；
船舶舵机系统的组成
船舶舵机系统的组成
船舶舵机系统包括以下组成部分：
1. 舵机：船舶舵机是用来操控船舶舵轮的机械装置。
舵机一般由电动机、减速器和转动机构组成，通过接收操控信号来控制舵轮的角度。
舵机具有快速响应、高精度和可靠性强的特点。
2. 舵机控制系统：舵机控制系统包括舵机控制器、操控台和操控杆等。
舵机控制器是指控制舵机运行的装置，通常由电子设备或计算机控制。
操控台是操纵船舶舵机的位置，操控杆用于操纵舵机控制系统。
3. 船舶舵轮：船舶舵轮是舵机系统输出力的转换装置，通过舵轮的旋转来操纵船舶的转向。
舵轮通常由金属制成，具有抗腐蚀且坚固耐用的特点。
4. 操作系统：船舶舵机系统通常配备有操作系统，用于船舶舵机系统的自动控制。
操作系统能够根据航行条件和船舶操纵信号，自动调整舵机的角度，帮助船舶保持稳定的航向。
除了上述主要组成部分外，船舶舵机系统还包括传感器、电气部件、连接杆等辅助装置。
传感器用于检测舵轮的角度和舵机的运行状态，电气部件用于提供电力和信号传输，连接杆用于连接舵机和舵轮。
这些部件共同构成了船舶舵机系统。
第九章 液压舵机
1-油缸；2-油 缸；3、4、5、 6、7、8-截止
阀
图9-19 392kN·m舵机液压系统工作原理图 17
第九章
第五节 泵控式液压舵机实例
1号油缸 2号油缸
截止阀组
放气阀
放气阀 0.7MPa 定压溢流阀
47 3
685
舵角行程限位 阀
液动隔离 阀
双向变量 （泵主油泵）
左机 组
补油泵
D~
滤油器
1
油温调节 器
追随机构
舵
3
第九章
第一节 概述 操舵装置布置示意图：
图9-1 操舵装置布置二、转船力矩和转舵扭矩
转舵可以改变船舶航向。 要使船舶转向，就必须转舵。要转舵并保持航角，就必须有人力 或机械（舵机）来对舵柱施加一定的转舵力矩M，转舵扭矩的大小 等于舵的水动力矩Ma与转舵摩擦力矩Mf之和。
能力目标 1．能分析泵（阀）控式液压舵机的工作过程。 2．能进行液压系统的充液和调试。
2
第九章
第一节 概述
一、操舵装置的功用和组成
操舵装置简称舵机，舵机的功用是保证船舶按要求迅速可 靠地将舵叶转到并保持在指定的舵角，以使船舶航行在给定的 航线上。
远距离操纵 机构
辅助装置
转舵动 力机械
应急装置
转舵机构
第二节 液压舵机的工作原理
二、阀控式液压舵机
阀控式液压舵机使用单向定量液压泵，其吸排方向不变， 油液进出推舵液压缸的方向由驾驶室遥控的换向阀来控制，以 达到改变转舵方向的目的。当换向阀处于中位，液压泵的排油 将经换向阀旁通而直接返回液压 泵的进口（闭式系统）或回油箱 （开式系统）；而转舵液压缸的 进、出口油路处于锁闭状态而稳 住舵叶。
摆缸式
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船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
AEG型转叶式油缸
11
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4
船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
十字头式转舵机构特点： (1) 扭矩特性良好。 (2) 撞杆和油缸间的密封采用V型密封圈。
(3) 油缸内壁不与撞杆接触。 (4) 尺寸大，占空间大。 (5) 安装检修麻烦。
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滑式
转叶式
滚轮式
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船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
二、回转式转舵机构
M zpAR0m
(1) 占地小，安装方便。 (2) 无需外部润滑，管理简便； 舵杆不受侧推力，舵承磨损轻。 (3) 扭矩特性一般。 (4) 内漏严重。
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船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
(2)拨叉式
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侧推力可由撞杆承受，无需导板；公称扭矩 小时，撞杆轴线至舵杆轴间的距离减小。
6
船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
2. 滚轮式转舵机构
Q P cos
4
D 2 p cos 4 D 2 zp cos R0m
M zQR 0m
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7
船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
滚轮式转舵机构的特点： (1) 结构简单。 (2) 布置灵活。 (3) 滚轮与撞杆间隙自动补偿。
M
滑式 转叶式 滚轮式
(4)扭矩特性差，尺寸或油压大。 (5)滚轮与撞杆端部设板簧拉紧机构。
8
船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
3. 摆缸式转舵机构
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(1)活塞双作用，尺寸小； M (2)结构简单； (3)加工要求高； (4)活塞密封性易损； (5)油路容积补偿； (6)扭矩特性差。
2
船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
1. 滑式转舵机构 (1)十字头式
3
船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
M
滑式
转叶式
滚轮式
P D 2 p Q cos 4 cos
R0 P M zQR m z m cos cos D 2 zpR0m 4 cos2
船舶辅机第8章Hale Waihona Puke 舵机 [Steering Gear]
第三节 液压舵机的转舵机构 一、往复式转舵机构
二、回转式转舵机构
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船舶辅机第8章 舵机 [Steering Gear]
转舵机构的作用：将油泵的液压能转变为转动舵 杆的机械能，推动舵叶转动。 一、往复式转舵机构 十字头式 滑式 拨叉式 滚轮式
摆缸式