船用舵机
舵机的原理与应用举例
舵机的原理与应用举例1. 舵机的原理舵机是一种用来控制船舶、飞机和机器人等设备方向的装置。
其主要原理是通过接收输入的信号，并转换为相应的机械运动，从而产生指定方向的动力输出。
舵机通常由电动机、减速机和位置反馈装置组成。
1.1 电动机舵机电动机通常采用直流电机或无刷电机。
当接收到控制信号后，电动机开始运转，产生动力输出。
根据控制信号的不同，舵机电动机可以旋转到不同的角度，从而改变船舶、飞机或机器人的方向。
1.2 减速机舵机的电动机通常与减速机相连，用于减小电动机的转速，并增加转矩。
减速机可以使舵机产生更大的力矩，从而更好地控制设备的方向。
1.3 位置反馈装置舵机通常配备位置反馈装置，用于实时监测舵机的位置。
位置反馈装置可以将舵机的实际位置信息反馈给控制系统，从而实现精确的位置控制。
2. 舵机的应用举例舵机广泛应用于各种需要方向控制的设备中，下面列举了几个常见的舵机应用举例：2.1 船舶舵控系统在船舶上，舵机被用于控制舵机舵盘的转动，从而改变船舶的航向。
通过控制舵机的转动角度，船舶可以实现精确的航向调整，从而避免船舶偏离航道或发生碰撞。
2.2 飞机飞行控制系统在飞机上，舵机被用于控制飞机的方向舵和副翼。
方向舵舵机控制飞机的左右转向，而副翼舵机控制飞机的翻滚和横滚。
通过控制舵机的转动，飞机可以实现精确的航向和姿态调整，从而保证飞行的稳定性和安全性。
2.3 机器人关节控制舵机也被广泛应用于机器人的关节控制中。
机器人的关节通常由舵机驱动，通过控制舵机的转动角度，机器人的关节可以实现各种灵活的动作。
舵机的高精度位置控制能够使机器人的动作更加精准和流畅。
2.4 摄影云台控制在摄影领域，舵机被用于控制摄影云台的转动。
通过控制舵机的转动角度，摄影云台可以实现平稳的运动，从而实现摄影过程中的稳定拍摄。
2.5 自动驾驶汽车方向控制在自动驾驶汽车领域，舵机被广泛应用于车辆的方向控制系统中。
通过控制舵机的转动，自动驾驶汽车可以实现精确的转向，从而实现安全的自动驾驶。
轮船舵机维修手册
轮船舵机维修手册1. 简介舵机是轮船操纵系统的重要组件之一，它负责控制舵轮的转动以改变船舶的航向。
本手册将详细介绍轮船舵机的维修方法和注意事项，以确保舵机的正常运行，提高轮船的操纵性和安全性。
2. 组件介绍2.1 舵机结构舵机由电动机、减速器、传感器和控制系统组成。
电动机提供动力，减速器将电动机输出的转速减低并增加扭矩，传感器用于检测舵机的位置信息，控制系统根据传感器反馈的信息来控制舵机的运动。
2.2 常见故障舵机常见的故障包括电动机故障、传感器故障和机械结构故障等。
通过对故障的及时排查和维修，可以保证舵机的性能和稳定性。
3. 维修步骤3.1 故障诊断在进行维修之前，首先需要对舵机进行故障诊断。
通过检查舵机的工作状态、听取舵机的运行声音和观察舵机的振动情况，可以初步确定故障的原因。
3.2 维修方法根据舵机的具体故障情况，选择相应的维修方法。
常见的维修方法包括更换故障零件、清洁零部件、润滑机械结构等。
在维修过程中，应注意安全操作，确保不会对舵机和船舶造成进一步的损坏。
4. 维护注意事项4.1 定期保养为了延长舵机的使用寿命和保持良好的工作状态，需要进行定期的保养工作。
包括清洁舵机表面、检查电源和电缆连接情况、润滑关键部位等。
4.2 注意环境因素舵机运行的环境因素会对其性能产生一定的影响。
特别是在恶劣的天气条件下，如强风、大浪等，应特别小心舵机的使用，避免发生意外情况。
4.3 定期检查舵机应定期进行检查，以确保其各项功能正常。
包括检查传感器的灵敏度、控制系统的响应速度以及减速器的工作情况等。
5. 故障排除5.1 电动机故障当舵机无法正常启动或转动时，可能是电动机故障导致的。
可以通过检查电源供电情况、电动机绕组的绝缘状况和电动机的连接线路等，来判断电动机故障的具体原因，并进行相应的修理和更换。
5.2 传感器故障如果舵机无法准确感知舵轮的位置，可能是传感器故障导致的。
可以通过检查传感器的信号输出、传感器与控制系统之间的连接以及传感器的灵敏度等，来判断传感器故障的原因，并进行相应的修理和调整。
舵设备的作用与组成
舵设备的作用与组成舵设备是船舶的重要部件，它在船舶操纵中起着重要的作用。
本文将介绍舵设备的作用和组成。
1. 舵设备的作用舵设备主要用于控制船舶的航向，它可以使船舶按照船长的操作指令改变航向。
舵设备的作用包括以下几个方面：1.1 定向控制舵设备通过控制舵轮，使船舶改变航向，以响应操纵员的指令。
船舶在航行中可能需要调整航向，例如避开障碍物、转弯等，舵设备可以准确地控制船舶的航向。
1.2 姿态控制除了定向，舵设备还可以通过调整船舶的姿态来控制航向。
船舶在航行中可能会受到横向风浪的影响，舵设备可以通过调整船体的姿态来保持船舶的稳定航行。
1.3 操纵灵活性舵设备的设计和操作使得船舶可以实现灵活的操纵。
无论是大型船舶还是小型船舶，舵设备都可以根据不同的操纵需求来实现快速、准确的舵转。
2. 舵设备的组成舵设备由舵轮、舵机、传动系统以及控制系统等组成。
下面将介绍舵设备的主要组成部分：2.1 舵轮舵轮是操纵员控制舵机的手柄，通过操纵舵轮可以改变舵机的位置和角度，从而实现舵设备的控制。
通常舵轮位于船舶的驾驶室或者船桥上，操纵员可以通过舵轮实现对舵设备的操纵。
2.2 舵机舵机是舵设备的核心部件，它负责实现舵轮的控制指令。
舵机通常由电机驱动，通过传动系统将电机的旋转运动转化为舵机的转动。
舵机的转动使船舶的舵叶发生位移，从而改变船舶的航向。
2.3 传动系统传动系统将舵轮的转动传递给舵机，通常采用舵链、齿轮等传动装置来实现。
传动系统在舵设备中起到传递力量和位移的作用，确保船舶操纵的精度和可靠性。
2.4 控制系统控制系统是舵设备的“大脑”，负责接收操纵员的指令并将其转化为舵机的控制信号。
控制系统通常由传感器、控制器和执行器等组成。
传感器用于检测船舶的航向和姿态等信息，控制器根据传感器的反馈信号计算出舵机的控制指令，执行器负责将控制指令传递给舵机。
3. 总结舵设备是船舶操纵中不可或缺的组成部分，它通过控制舵轮和舵机实现船舶的定向和姿态控制。
船舶舵机的结构组成和特点
船舶舵机的结构组成和特点
船舶舵机是船舶控制系统的重要组成部分，负责控制船舶航向。
本文将介绍船舶舵机的结构组成和特点。
1. 基本组成
船舶舵机主要由以下几个部分组成：
●舵机控制器：接收来自船舶控制系统（如自动舵）的信号，控制舵机的动
作。
●传动机构：将舵机控制器输出的力或扭矩传递到舵杆上，驱动舵面转动。
●驱动电机：提供动力，使传动机构和舵面转动。
●位置反馈装置：检测舵面的位置，将信号反馈给舵机控制器，实现闭环控
制。
●电源和控制系统：为舵机提供电力和控制系统。
2. 舵机类型
船舶舵机根据工作原理可分为两类：
●电液舵机：使用液压油作为工作介质，通过油缸的伸缩驱动舵杆转动。
电
液舵机具有较大的输出力和扭矩，适用于大型船舶。
●电动舵机：使用电动机作为动力源，通过减速器或链条驱动舵杆转动。
电
动舵机具有结构简单、维护方便的优点，但输出力和扭矩相对较小，适用于中小型船舶。
3. 特点
船舶舵机的主要特点如下：
●高输出力矩：能够提供足够的力矩驱动舵面转动，实现船舶航向的改变。
●高可靠性：能在恶劣的环境条件下稳定工作，保证船舶航行的安全。
●良好的控制性能：通过控制系统能够实现精确的航向控制。
●易于维护：结构简单，维护方便，降低了运营成本。
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
【船海百科】图解几种常用的舵机
【船海百科】图解几种常用的舵机跑过船的人应该知道，船上大型机器设备的“四机一炉”，亦即主机、发电机、锚机、舵机和锅炉。
这些都是与船舶推进和操纵极其密切的关键设备。
之前我们推出过一期文章，讲解各种推进装置。
今天为与小刀昨天的舵设备相呼应，简单介绍以下几种常用的舵机，以飨读者。
本期文章部分图片资料，由甲板机械的领导品牌海特拉帕友情提供。
ps，海特拉帕已经于2013年被Cargotech旗下的麦基嘉收购，以增强其绞车方面的业务，同年麦基嘉还收购Aker Solutions的系泊和装载系统部门。
言归正传开始本期文章。
舵机按照机构分为电力，机械和液压三种方式；按照动力源的方式有人力、气动、电动、液压四种；船用舵机目前多用电液式，即液压设备由电动设备进行遥控操作，电液式又可分为两大类型，一种是往复式，往复式又包括摆杠式，柱塞式和拨叉式等几种。
1. 往复摆杠式舵机这种舵机形式比较简单，高度低，很便于船员操作和维护，操舵角度可达45°。
通常一个油泵驱动一个油缸操左右舵机，根据管路布置情况，左右舵机可以互换，也可以双泵驱动。
通常设有2台互为备用的液压泵站（或1台液压泵站与1台机带泵组互为备用），24V电动操纵、手轮操纵、手轮应急操舵等多种操舵型式。
具有多重自锁能力、舵角稳定功能。
在船上系统总成如下所示。
2. 往复柱塞式舵机柱塞式舵机，其原理是通过高低压油的转换而做功产生直线运动，并通过舵柄转换成旋转运动。
目前，船上常用的有二缸柱塞式液压舵机和四缸柱塞式液压舵机。
图为二缸柱塞式液压舵机示意图。
柱塞式液压舵机一般由转舵机构、动力源和操纵追随机构三大部分组成。
动力源由电动机、主油泵、辅油泵和控制阀箱等组成。
电动机带动主、辅油泵供给工作需要的各种压力油，安全控制阀是起保护作用和对压力油的分配。
转舵机构由油缸、柱塞和舵柄等。
当操舵装置控制系统启动电机带动变量泵时，变量泵从一对(或一个)油缸中抽油，同时向另一对(或一个)油缸输油，从而推动柱塞直线运动并使舵柄绕舵杆作旋转运动，产生舵角。
船用舵机原理
船用舵机原理船用舵机是船舶操纵系统中的重要部件，其原理和工作机制对船舶的操纵和安全具有重要影响。
船用舵机是一种能够控制船舶舵角的装置，通过对舵机的控制，船舶可以实现转向、转弯、保持航向等操作。
船用舵机的原理涉及到液压、电气和机械等多个方面的知识，下面将对船用舵机的原理进行详细介绍。
首先，船用舵机的原理涉及到液压传动系统。
液压传动系统是舵机实现舵角控制的关键。
当船舶需要改变航向时，船长或操纵员通过操纵舵机控制系统，向舵机传递指令。
舵机控制系统通过控制液压系统中的液压阀，调节液压系统中的液压油的流动方向和流量，从而控制舵机的运动。
液压传动系统具有传动效率高、动力密度大、动作平稳等优点，能够满足船舶在不同工况下的舵角控制需求。
其次，船用舵机的原理涉及到电气控制系统。
电气控制系统是舵机控制系统的重要组成部分，通过电气控制系统可以实现对舵机的远程控制。
舵机的电气控制系统包括控制器、传感器、执行机构等部件，控制器接收船长或操纵员的指令，并将指令转化为电气信号，传输给舵机的执行机构，从而控制舵机的运动。
传感器用于检测舵机的位置和舵角，将检测到的信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息对舵机进行闭环控制，实现舵角的精确控制。
最后，船用舵机的原理涉及到机械传动系统。
机械传动系统是舵机的动力输出部分，通过机械传动系统可以将液压系统和电气系统提供的动力传递给舵机执行机构，实现舵机的运动。
机械传动系统包括液压缸、传动杆、舵轴等部件，液压缸接收液压系统提供的动力，通过传动杆将动力传递给舵轴，舵轴带动舵叶的转动，从而改变船舶的航向。
机械传动系统具有传动效率高、结构简单、可靠性高等优点，能够满足舵机在恶劣海况下的工作要求。
综上所述，船用舵机的原理涉及到液压、电气和机械等多个方面的知识，通过液压传动系统、电气控制系统和机械传动系统的协同作用，舵机可以实现舵角的精确控制，满足船舶在不同工况下的舵向要求。
舵机的原理和工作机制对船舶的操纵和安全具有重要影响，对船舶操纵系统的设计和优化具有重要意义。
液压舵机
1 舵机概述 2 液压舵机的工作原理与基本组成, 3 液压舵机的基本要求 4 舵机液压系统图 5 液压系统实例
舵机实物图
一、舵机概述 • 舵机是船舶上的一种大甲板机械。舵机的大小由外舾 装按照船级社的规范决定，选型时主要考虑 二、船用舵机类型 • 船用舵机目前多用电液式，即液压设备由电动设备进 行遥控操作。有两种类型： 一种是往复柱塞式舵机，其 原理是通过高低压油的转换而作工产生直线运动，并通过 舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高 低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。 三、工作原理 • 控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再 讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传 动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的， 舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一 个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根 据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停 止。
单泵四缸工况——适用于开阔水面正常航行。其最 大扭矩等于公称转舵扭矩，转舵时间能满足规范 要求。 双泵四缸工况——适用于进出港、窄水道航行或其 他要求转舵速度较快的场合，转舵速度较单泵四 缸工况约提高一倍，而转舵扭矩与上述工况相同。 单泵双缸工况——在某缸有故障时采用，这时转舵 速度较单泵四缸工作时约提高一倍，转舵扭矩则 比四缸工作大约减小一半，故必须用限制舵角 （或降低速度）的方法来限制水动力矩，否则工 作油压就可能超过最大工作压力而使安全阀开启。
四、基本组成 液压舵机是电动液压舵机的一种简称，他基本上 由转舵机构、液压系统和操舵控制系统三部分组 成是根据液体的不可压缩性及其流量、压力和流 向的可控性来实现转舵的 • 1、泵控型液压舵机 • 双向变量油泵设于舵机室，由电动机驱动作单 向持续回转，而油泵的流量和吸排方向，则通过 与浮动杆的C相连接的控制杆控制，即依靠油泵 控制C偏离中位的方向和距离，来决定泵的吸排 方向和流量。
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v——舵叶处的水流速度
J——舵压力中心至舵导边距离, b——舵叶平均宽度
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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。 由为转F和船F1力形矩成：的力矩Ms迫使船舶绕其重心向偏舵方向回转，称 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
普通平衡舵 Mf=(0.15～0.20) Ma Mα可用经验公式或舵的模型试验资料计算
公称转舵扭矩
指在规定的最大舵角时所能输出的最大扭矩 它是根据船舶在最深航海吃水和以最大营运航速前进时，将舵转
到最大舵角所需要的扭矩来确定的 公称转舵扭矩是确定舵机结构尺寸和工作参数的基本依据
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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
矩 式中：CN，称为压力系数，其余符号同式(8—1)
转舵扭矩M
操舵装置施加在舵杆上的扭矩
舵摩M 匀擦a 速扭 转矩F 动MN f 时X 的，C 代转数 舵和( 扭F ，L 矩即c MM=即应Mo a等F 于+D 水Mc n 动f 力矩o ) a X Ma和c 舵n 各1 2 支C 承N a 处A 的总2 X c v
水作用力F与船舶的重心G并不在同一水平面上
船在转向的同时，还存在着精品横课倾件 与纵倾力矩
8-1-2-2 转船力矩与最大舵
转船力矩 (Ms)
角
式中；lM —s— F 舵L ( 杆l 轴X c 线c 至o 船) 舶F n D 重X 心c s 的距i 离n F L l 1 2 C l A 2 lv
舵叶的偏转由操舵装置(通常称舵机)来控制 舵机经舵柄1将扭矩传递到舵杆3上 舵杆3由舵承支承，它带动舵叶7偏转 舵承固定在船体上，由承及密封填料组成 舵叶还可通过舵销5支承在舵柱8的舵托9或舵钮6上
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几种舵
不平衡舵图8-1(a) 舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵 平衡舵图8—1(b) 舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵 半平衡舵图8—1(c) 仅于下半部做成平衡型式的舵 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一部分轴线后舵叶面积上的扭矩，从而减轻舵机的 负荷
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8-1-2-2 综上可见
平衡系数 舵杆轴线之前的舵叶面积A，与整 个舵叶面积A之比，用X表示 X越大，舵叶的最大水动力矩越小， 即舵机所需的公称转舵扭矩较小 但X也不宜过大，否则在常用舵角 (10º-20º)范围内回舵时需克服的转 舵扭矩就可能较大，从而使舵机功 耗增加 一般舵的X在0.15—0.35之间
舵叶的λ值受到船舶吃水及船尾形状等条件限制
海船 35 º
(λ=2～2.5)，
Mmax的舵角多介于30º～35
º之间，规定
河船 (λ 1.0～2.0)， Mmax出现在35 º ～45 º舵角之间
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8-1-2-2 水动力矩和转舵扭 舵压力FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩，用Mα表 示。
(3)船舶倒航时 舵叶后缘变成了导边，压力中心离开 舵杆轴线距离增大（力臂增加） 同一舵角下倒航时的水动力矩会超过 正却时的水动力矩 但实际上倒航时的最大航速将比正航 时要小得多，故倒航时的最大水动力 矩不会超过正航时的水动力矩
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8-1-3 对舵机的基本技术要 求 是保持或改变船舶航向，保证安全的重要设备
Xc——舵压力中心至舵杆轴线的距离 Ms随舵角α的增大而增大，并在达到某一舵角时出现
极大值Mmax Ms出现极大值时的舵角数值，与舵叶的几何形状有关，
并主要取决于舵叶的展弦比λ (λ =舵叶高度A／舵叶 平均宽度b)
λ越小, 绕流的影响就越大，即在同样舵角上所产生的舵压 力越小，而达到最大转船力矩时的舵角就越大。
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二、舵的作用原理和转舵扭矩
正舵位置，即α=0时
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
舵叶偏转任一角度α ，两侧水流如图所示
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
舵中叶心两O，侧并所指受向水舵压叶力的的背合水力面(称为舵压力)FN就将垂直于舵叶，作用于舵叶的压力 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Fr 当的舵水叶 作偏 用转F。舵角α后，在舵叶的压力精中品心课件O上，就会产生一个大小等于FN与Fr合力
一旦失灵，船会失去控制，甚至事故
因此，我国《钢质海船人级与建造规)根据《国 际海上人命安全公约》(SOLAS公约)的规定，对 舵机提出了明确的要求
基本精神要求舵机发生故障时，应能迅速采取替代 措施，以确保操舵能力
舵水作用力及其对船的影响
F可分解为与水流方向垂直的升力FL和与水流方向平行的阻力FD，
FL=1／2·CLρAυ2 FD=1／2·CDρAυ2
x = Cxb
式中何：形CL状，C有D，关Cx，—由升模力型、试阻验力测、定压力中心系数，其大小随舵角而变，与舵叶几
ρ——水的密度,
A——舵叶的单侧浸水面积，
第八章
舵机
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第一节
舵的作用原理和对舵机的要求
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8-1-1舵设备的组成和舵的类型
舵用作为保持或改变航向 舵垂直安装在螺旋桨的后方
早期船舶采用平板舵 为了提高舵效和推进效率，目前多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
舵的型式很多，图8—1示出三种