液压舵机工作原理和组成讲解学习
第九章 液压舵机
第九章舵机steering gear•第一节舵的作用原理和对舵机的要求•第二节液压舵机的工作原理和基本组成•第三节液压舵机的转舵机构•第四节液压舵机的遥控系统•第五节舵机液压系统实例•第六节液压舵机的管理•复习思考题第一节舵的作用原理和对舵机的要求•一、舵的作用：•船舶的操纵性，是船舶的主要航行性能之一。
舵是船舶操纵装置的一个重要部件。
舵是一块平板或具有流线型截面的板，称为舵叶。
装在船尾中纵剖面或对称于中纵剖面的位置上。
它垂直地浸没在水中，并能绕舵轴转动。
舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的专用舾装设备。
可以想象，如果船没有舵，或舵失灵，就象汽车没有方向盘一样，将无法行驶）在大海里任凭风浪摆布。
无主动航向的船不仅不能保证航行的安全，而且是不能到达目的港的。
•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。
•舵从帆船时代的简单平板舵发展到今天的流线型舵，不断得到改进，现普通舵和特种舵已有十几种类型。
近个时期，随着科学技术的发展，还出现了一些推进设备也兼有舵设备的功能。
舵的种类很多，分类的方法也很多，有按支承情况、舵杆位置、剖面形状分类的，也有按结构形式和使用功能分的。
•舵的分类：•（一）按舵的支承情况来分1．多支承舵：船体尾柱连有三个以上的舵钮。
2．半悬式舵：下支承的位置在舵的半高处。
3．悬式舵：挂在舵杆上的。
4．双支承舵：除了上支承儿还有一个安在舵根的下支承。
•（二）按舵杆轴线位置来分1．不平衡舵：舵叶位于舵杆轴线之后。
2．半平衡舵：一般就是半悬式舵。
简述舵机的结构及工作原理
简述舵机的结构及工作原理
一、结构
舵机主要由电机、减速器、位置反馈装置、控制电路和输出装置组成。
1. 电机：舵机内置有一种直流无刷电机，可提供高扭矩和精准的速度
控制。
2. 减速器：减速器是将电机提供的高速转动转换成低速高扭矩输出的
装置。
3. 位置反馈装置：位置反馈装置主要是用来检测舵机输出轴的位置，
并将信号反馈给控制电路。
4. 控制电路：控制电路是舵机的核心部件，它接收位置反馈信号，并
控制电机和减速器的运转，以实现舵机的精准定位和转动。
5. 输出装置：输出装置是连接在舵机输出轴上的杆件，其功能是将舵
机的输出扭矩传递给需要控制的机械部件。
二、工作原理
舵机通过接受来自遥控器或其他控制信号，控制舵机电机的轴向转动，从而转动输出装置，实现对机械部件的精准控制。
具体来说，舵机接收到控制信号后，控制电路会通过位置反馈装置来
检测输出轴的位置，并将电机控制器输出的电流的方向和大小进行调整，控制电机的转速和方向，从而实现舵机的转动和定位。
当舵机输出轴达到预设位置后，控制电路会停止控制电机转动，舵机也就完成了定位。
在实际的应用中，舵机通常被用来控制各种机械部件、机器臂或机器人等，实现精准的运动和位置控制。
总的来说，舵机通过精准的电机控制和位置反馈装置的配合工作，实现了对机械部件的精确控制，大大提高了机械装置的性能和精度。
液压舵机工作原理
液压舵机工作原理
液压舵机是一种利用液压能将输入的液压能量转化为机械能来实现转动或控制机械设备的装置。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1.液压动力源：液压舵机通常使用液压油泵作为液压动力源，通过工作油液的流动来产生压力。
液压油泵一般由电机驱动，将液压油从油箱中吸入并压力供应给液压舵机。
2.控制信号：液压舵机需要接收来自控制系统的信号，以确定转动方向、速度和角度等参数。
常用的控制信号有电流信号、电压信号和压力信号等。
3.液压缸：液压舵机中的液压缸是核心组件，用于产生机械动作。
液压缸由活塞、缸筒和密封件等部分组成。
工作时，液压缸的活塞受到液压油的压力作用，从而产生相应的力和运动。
4.液压阀门：液压舵机中的液压阀门用于控制液压油的流动和压力。
常用的液压阀门包括方向控制阀、流量控制阀和压力控制阀等。
通过打开或关闭相应的液压阀门，可以控制液压缸的运动方向、速度和力量等。
5.反馈装置：液压舵机往往配备有反馈装置，用于检测和传递机械运动的位置、速度和力量信息。
常用的反馈装置有位移传感器、速度传感器和力传感器等。
通过以上组成部分的相互作用，液压舵机可以实现精确的转动
控制。
当控制系统发送指令时，液压油泵将液压油压力传递给液压缸，使其产生力和运动，从而实现机械设备的转动或控制。
液压舵机的工作原理和基本组成
船的转船力矩最大值出现在30～35 °之间。
船
2. 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α的增大而增大。
力 矩
3. 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O处于舵杆轴线的前方，故Ma为负；
展ห้องสมุดไป่ตู้比λ (λ =舵叶高度A／舵叶平均宽度b)
❖ 舵叶的λ值受到船舶吃水及船尾形状等条件限制
海船 (λ=2～2.5)， Mmax的舵角多介于30º～35 º之间，规定35 º 河船 (λ 1.0～2.0)， Mmax出现在35 º～45 º舵角之间
11
第一节 舵的作用原理和对舵机的要求
舵的水动力矩Ma
8
第一节 舵的作用原理和对舵机的要求
❖ 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
式中关：，C由L，模CD型，C试x验—测升定力、阻力、压力中心系数，其大小随舵角而变，与舵叶几何形状有
ρ——水的密度,
A——舵叶的单侧浸水面积，
A 1 A'
C
C'
B' 2 B
27
第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
❖五点式追随机构 B （带副杠杆式）:
第八章 舵机
1
第一节
舵的作用原理和对舵机的要求
2
第一节 舵的作用原理和对舵机的要求
❖ 一、舵的作用：
❖
船舶的操纵性，是船
舶的主要航行性能之一。舵
舵机
二、泵控型液压舵机的工作原理
A 1ABiblioteka 1 A1A 1 A
1
C
C
C1
C
C1
B
B
B 2 B
1
二、泵控型液压舵机的工作原理
A 1
A
1 A
1
A 1 A
1
C
C
C1
C
C1
B
B
B 2 B
1
储能弹簧作用：双向压缩，大舵角操舵时连续转 舵，加快转舵速度。
二、泵控型液压舵机的工作原理
储存弹簧结构：
1、7-连接杆 2、10-端盖 3、9-弹簧座 4-弹簧 5-导套 6-导 套端盖 8-外套 11、13-调节螺母 12-锁紧螺母
液压舵机的遥控系统
舵机的遥控系统：是指从驾驶室对舵机进行控制的系 统，包括单动操舵系统、随动操舵系统和自动操舵 系统
(1)单动操舵系统 发送器 (2)随动操舵系统 发送器 舵轮 受动器 三点杆 要求 舵角 油泵 舵角 偏差 实际舵角 (3)自动操舵系统 设定 航向 航向 发送器 偏差 要求 舵角 舵角 偏差 油泵 转舵油缸 实际舵角 实际航向 舵 船 转舵油缸 舵 受动器 油泵 转舵油缸 舵
液压舵机的基本组成和工作原理
液压舵机的基本组成和工作原理
1、阀控型液压舵机的工作原理
固定 转动 电路
Control Box
9
1-单向定量泵 2-安全阀 3-三位四通换向阀 4-旁通阀 阀 6-转舵油缸 7-舵角反馈发讯器 8-油柜 9-单向阀
5-防浪
二、泵控型液压舵机的工作原理
1-双向变量泵 2-伺服油缸 3-调节螺套 4-油泵控制杆 5转舵油缸 6-柱塞 7-滑块 8-舵柄 9-舵角指示器的发送器 10-安 全阀 11-旁通阀 12-储存弹簧 13-舵角反馈杆 14-电机 15-反馈发讯器 16-泵变量机构限位器 17-放气阀 18-浮动杆
舵机液压锁原理
舵机液压锁原理一、引言舵机液压锁是飞机上的重要部件之一，它可以控制飞机的方向和姿态。
在飞行中，舵机液压锁可以保证飞机的稳定性和安全性。
本文将详细介绍舵机液压锁的原理。
二、舵机液压锁的定义舵机液压锁是一种用于控制飞机方向和姿态的装置。
它由电动泵、油箱、油管、阀门、缸体以及活塞等部件组成。
当驾驶员操作操纵杆时，电动泵会将油液送入缸体中，从而推动活塞运动，进而控制飞机的方向和姿态。
三、舵机液压锁的工作原理1. 液压系统舵机液压锁是基于液压系统工作原理来实现控制飞行器方向和姿态。
其主要由两个部分组成：一个是推力杆；另一个是缸体。
2. 电动泵电动泵是整个系统中最关键的部分之一。
它可以将油液从油箱中吸出，并通过管道输送到缸体中。
在这个过程中，电动泵需要消耗一定的电能，因此需要配备适当的电源。
3. 液压油箱液压油箱是储存液压油的地方。
它通常位于飞机的后部，可以容纳足够多的液压油，以满足整个系统的需求。
在工作过程中，油箱需要保持一定的温度和压力，以确保系统正常运行。
4. 液压管道液压管道是将液压油从油箱输送到缸体中的管道。
它们通常由高强度材料制成，并经过特殊处理以防止泄漏和腐蚀。
5. 缸体和活塞缸体和活塞是舵机液压锁中最重要的部分之一。
缸体通常由铝合金制成，并且具有优良的耐腐蚀性能。
活塞则可以根据需要进行设计，并且可以通过操作操纵杆来控制其运动。
6. 阀门阀门是控制舵机液压锁运行状态的关键部件之一。
它们可以控制液压系统中液体流动方向、速度和流量等参数，并确保整个系统正常运行。
四、舵机液压锁的应用舵机液压锁广泛应用于飞机、直升机和其他航空器中。
它们可以控制飞行器的方向和姿态，确保飞行器在空中保持平稳和稳定。
此外，舵机液压锁还可以用于军事领域，以控制战斗机、轰炸机和其他军用飞行器的方向和姿态。
五、总结舵机液压锁是一种重要的控制装置，它可以控制飞行器的方向和姿态。
其工作原理基于液压系统，由电动泵、油箱、油管、阀门、缸体以及活塞等部件组成。
第二讲：舵机原理
一、泵控型液压舵机： 泵控型液压舵机：
对尺寸既定的转舵机构来说， 对尺寸既定的转舵机构来说，舵机油泵的工作油压主要 取决于推动撞杆所需要的力，即取决于转舵力矩。 取决于推动撞杆所需要的力，即取决于转舵力矩。舵机最大 工作压力就是产生公称转舵扭矩时油泵出口处的油压。 工作压力就是产生公称转舵扭矩时油泵出口处的油压。舵机 油泵的额定排出压力不得低于舵机的最大工作压力。 油泵的额定排出压力不得低于舵机的最大工作压力。油泵的 额定排出压力越大，转舵机构尺寸就越小，液压油量也越少， 额定排出压力越大，转舵机构尺寸就越小，液压油量也越少， 但生产和管理水平要求也越高。 但生产和管理水平要求也越高。 对转舵机构尺寸既定的舵机来说，转舵速度主要取决于 对转舵机构尺寸既定的舵机来说， 油泵的流量，而与舵杆上的扭矩负荷无关。 油泵的流量，而与舵杆上的扭矩负荷无关。船舶进出港和在 窄航道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高一倍。 窄航道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高一倍。
三 操 位 制 纵 阀 阀 四 油 通 缸 动
阀
控
手 、 液
转
式
舵
换 向
舵 机 叶 构
换向阀式
油泵 油泵
闭式系统和开式系统： 闭式系统和开式系统：油泵的排油将经换向阀旁通而直接返回
油泵的进口（闭式系统）或回油箱（开式系统）；而转舵油缸的油 油泵的进口（闭式系统）或回油箱（开式系统）；而转舵油缸的油 ）； 路就会锁闭而稳舵。 路就会锁闭而稳舵。 阀控型液压舵机特点：系统简单；初置费用 阀控型液压舵机特点：系统简单； 主泵排量较小；但换向冲击大， 低；主泵排量较小；但换向冲击大，阀工作可靠 性比较差；无舵令时，泵的能耗较大， 性比较差；无舵令时，泵的能耗较大，油液易发 做成开式系统时，油液的冷却、净化较方便， 热；做成开式系统时，油液的冷却、净化较方便， 但油箱容积较大；油液易遭受污染，所以大多用 但油箱容积较大；油液易遭受污染， 于中小功率场合的舵机。 于中小功率场合的舵机。
液压舵机原理
液压舵机原理液压舵机是一种利用液压力来传递力和控制机械装置的设备。
它的工作原理基于液压力的传递和控制，通过液体的压力来实现力的放大和方向的控制。
液压舵机广泛应用于工业、航空、航天等领域，具有重要的作用。
液压舵机由液压系统、驱动部件和控制部件组成。
液压系统包括液压泵、液压油箱、液压缸等。
液压泵起到将液压油从油箱抽出并提供压力的作用，液压油通过液压管路传递到液压缸中。
驱动部件是液压舵机的核心部件，它通过接收液压力来产生力矩，实现力的放大。
控制部件则负责控制液压舵机的运行状态，使其按照预定的要求进行工作。
液压舵机的工作原理是基于液体的不可压缩性和液体的传递力。
当液压泵提供压力时，液压油被推送到液压缸中，液压缸的活塞受到液压力的作用而产生位移，进而带动连接在活塞上的杆头或者其他装置运动。
由于液压油的不可压缩性，液压力可以在液压系统中传递，并且可以通过液压缸的活塞面积差异来放大力。
通过控制液压泵的输出压力和液压缸的活塞面积，可以实现对液压舵机的力和速度的控制。
液压舵机具有以下几个特点：1. 力矩放大：液压舵机利用液压力的传递和液压缸的活塞面积差异实现对力的放大，从而可以承受更大的负载。
2. 灵活性：液压舵机的输出力矩和速度可以通过控制液压泵的输出压力和液压缸的活塞面积来调节，具有较高的灵活性。
3. 精度高：液压舵机可以实现较高的位置和速度控制精度，适用于需要精确控制的场合。
4. 可靠性强：液压舵机的结构简单，使用寿命长，且不容易受到外界环境的影响。
液压舵机的应用范围广泛，例如在工业机械中用于控制各种机械装置的运动，提高生产效率和产品质量；在航空航天领域用于控制飞机的姿态和飞行控制；在汽车工业中用于汽车转向系统等。
液压舵机的优点在于能够实现高效的力传递和控制，适用于各种复杂的工况和环境。
总结起来，液压舵机是一种利用液压力来传递力和控制机械装置的设备。
它的工作原理基于液压力的传递和控制，通过液体的压力来实现力的放大和方向的控制。
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8-2-2 阀控制液压舵机
用单向定量油泵
其吸排方向不变 油液进出转舵油缸的方向由驾驶台遥控的换向阀来控制 当换向阀处于中位
油泵的排油经换向阀旁通，转舵油缸油路锁闭而稳舵
油泵和系统比较简单，造价相对较低 缺点:
换向阀换向，液压冲击较大，可靠性也相对较差 阀控型舵机在停止转舵时，泵以最大流量排油，油液发热较
多，经济性差 阀控型舵机适用功率范围比泵控型小
泵控型和阀控型舵机
尽管工作原理不尽相同 都是由转舵机构、液压系统和操纵系统等组成 下面就转舵机构和操纵系统依次加以讨论
这样，大舵角操舵动作不能一次完成
使泵流量总在零与最大值间变动
使操舵者感到不便，同时降低油泵效率和转舵速度
为解决这问题，在反馈杆上装了储能弹簧(可双向压缩)
当A点将C点带到最大偏移位置后
浮动杆就会以C点为支点而继续偏转，压缩弹簧
A点得以一次到达所要求的大操舵角 随着舵叶偏转，储能弹簧首先放松，并在其恢复原状后，
双向变量油泵设于舵机室，由电动机1驱动作单向回转 油泵的流量和吸排方向，则通过与浮动杆5的C相连 接的控制杆4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。
泵控型液压舵机原理图（2）
原理演示
8-2-1 泵控型液压舵机原理
图示舵机采用往复式转舵机构
由油缸14(固定在机座上)和撞杆9(可在缸中往复运动) 等组成
图8—5示出泵控型液压舵机的原理图。 1—电动机，2—双向变量泵；3—放气阀，4—变量泵控
制杆，5 —浮动杆，6 —储能弹簧，7—舵柄，8—反馈 杆，9—撞杆，10—舵杆，11—舵角指示器的发送器， 12—旁通阀，13—安全阀，14—转舵油缸，15—调节螺 母，16 —液压遥控受动器，17—电气遥控伺服油缸
第二节
液压舵机工作原理和组成
8-2 液压舵机工作原理和组成
大型船舶几乎全部采用液压舵机 电动舵机仅用于一些小型船舶上 液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、
流向的可控性来达到操舵目的的 根据液压油流向变换方法的不同, 有两类：
泵控型 阀控型
泵控型液压舵机原理图（1）
图8-5
8-2-1 泵控型液压舵机
当油泵按图示吸排方向工作时
泵就会通过油管从右侧油缸吸油 排向左侧油缸
撞杆9在油压作用下向右运动 (油液可压缩性极小)
撞杆通过中央的滑动接头与舵柄7联接 舵柄7的一端又用键固定在舵杆10的上端 撞杆9的往复运动就可转变为舵叶的偏转
改变油泵的吸排方向，则撞杆和舵叶的运动方向也就 随之而变。
所确定的指令舵角时，C 点重新回中，油泵停止排 油，舵叶也就停转
AA 1
C 1
B 1
8-2-1 泵控型舵机 - 防浪阀
追随机构使油泵在开始和停止排油时流 量逐渐增大和减小
可减轻液压系统的冲击
为防海浪等冲击舵叶时，造成舵杆负荷 过大、系统油压过高和使电机过载
在油路系统中装设了安全阀(亦称防浪阀) 当舵叶受到冲击以致任一侧管路的油压超过
上
浮动杆的位置如图中的实线A1CB1所示。
实际上，浮动杆动作并不分步进行 (C 点偏离中位后，泵就排油）
B1
8-2-1 泵控型舵机 - 回舵
当驾驶台发出回舵指令 时
A点又会从A1移回中位A C点偏离中位向左，油泵
反向吸排 舵叶也就向中位偏转，使
B点从B1位置向中位移动 直到舵叶转到由A点位置
8-2-1 泵控型舵机 - 工作油压与尺寸
油泵工作油压取决于推动撞杆所需的力(转舵扭矩)
舵压机最大工作压力(pmax)是产生公称转舵扭矩时油泵出口油 舵机油泵的额定排出压力不得低于舵机的pmax pmax选得越高，转舵机构的主要尺寸就越小
油泵额定流量和管路直径减小，装置的尺寸和重量就会变小
8-2-1 泵控型舵机 - 转舵速度
转舵速度:
主要取决于油泵的流量 而与舵杆上的扭矩负荷基本无关
因为舵机油泵都采用容积式泵 当转舵扭矩变化时，虽然工作油压也随之变化，
但泵的流量基本不变，对转舵速度影响不明显
进出港和窄水道航行时，用双泵并联，转舵 速度几乎可提高一倍。
8-2-1 泵控型舵机 - 追随机构
才会将B点拉到与A点相应的位置，以停止转舵
Cma
x
在储能弹簧完全放松以前，B点不动，C点停留在最大 偏移位置(使泵在较长时间内保持Qmax), 加快转舵速度
储能弹簧的刚度必须适当
若弹簧太软，则可能使B点先于C点而移动，操舵就无法进行
如弹簧太强，则大舵角操舵所需操舵力太大，甚至使储能弹簧 不起作用
B
8-2-1 泵控型舵机 - 用舵
驾驶台给出某一舵角指令
通过遥控系统，会使A点移至A1
由于B点在舵叶转动以前并不移动
所以C点将移到C1
于是，油泵按图示方向吸排，舵叶开
A 1
始移偏动转，通过反馈杆带动B点向B1方向
当移舵到叶B1转，到C点与重A回1给中出位指令舵角相符时，B
C 1
油泵停止排油，舵就停止在所要求的舵角
安全阀的整定压力时
安全阀开启，油泵两侧管路旁通 舵叶会偏离所在位置，带动B点，使C点离开
中位，油泵因而排油
当冲击负荷消失后
安全阀关闭 舵叶在油泵的作用下，返回，B点回位
8-2-1 泵控型舵机 - 储能弹簧
C点偏离中位的距离受泵变量机构最大位移限制
只有在舵叶带动B点使C点回移后，A点才能继续操舵
资料表明
当pmax由10MPa提高到20MPa时
往复式舵机长度大约缩短5％一10％ 重量约可减轻20％ 并使工作油液的使用量减少1／2左右
当pmax从20MPa提高到30MPa时
往复式舵机的长度几乎不变 重量只减轻6％～9％ 而工作油液的使用量也仅减少16％～18％
进一步提高pmax ，对液压设备生产和管理要求更高
多采用浮台通过遥控系统 A 控制
如把X孔的插销转插到Y孔之中，也可在舵机室 用手轮来控制
浮动杆上控泵点C与变量泵的控制杆4相连
反馈点B经反馈杆8与舵柄相连
C
当舵叶和驾驶台上的舵轮处于中位时
浮动杆即处在用点划线ACB所表示的位置
C点恰使变量机构居于中位，油泵空转，舵 保持中位不动