舵设备设计
船舶设计原理_06_船舶总布置设计_0611_舵设备的布置
116.11舵设备的布置6.11 舵设备的布置按照舾装部位，船舶舾装设备有外舾装和内舾装之分。
外舾装也称甲板设备舾装，内舾装也称舱室舾装。
外舾装设备主要包括：舵设备、锚泊和系泊设备、起货设备、救生设备和信号设备等。
本节课程主要介绍舵设备的布置，包括四个部分的内容：一是，舵的分类二是，舵形式的选择三是，舵的形状参数四是，舵的数目及安装位置6.11 舵设备的布置一、舵的分类舵设备主要是指舵,是实现船舶操纵的主要设备。
操舵能使船舶改变航向，把舵置于零舵位则具有稳定航向的作用。
舵可以概括地分为普通舵与特种舵，这里主要介绍普通舵。
普通舵都是被动舵，即在相对来流速度作用下才产生舵力和转船力矩，没有相对来流速度也就没有舵效。
6.11 舵设备的布置一、舵的分类普通舵可以根据不同特点分成下述一些类型。
根据舵的支承情况，分为多支承舵、双支承舵、半悬挂舵和悬挂舵四种。
悬挂舵多支承舵双支承舵半悬挂舵6.11 舵设备的布置一、舵的分类根据舵的剖面形状，可分为平板舵和流线型舵。
除了部分非自航驳船外，绝大多数机动船都采用流线型舵。
6.11 舵设备的布置一、舵的分类根据舵杆轴线在舵宽度上的位置可分为不平衡舵、平衡舵和半平衡舵（即半悬挂式半平衡舵）。
半平衡舵平衡舵不平衡舵6.11 舵设备的布置二、舵形式的选择舵形式的选择与船舶的用途、大小和船尾型线有关，一般有如下规律。
●例如，悬挂式平衡舵适用于中小型船舶，尤其适用于双桨双舵船。
●例如，双支承平衡舵常用于一般运输船舶。
●例如，直接处于舵柱后的双支承或多支承不平衡舵常用于破冰船，一般运输货船大多不设舵柱。
●例如，半平衡舵常用于中高速集装箱船和双桨油船及货船。
从舵与船尾型线配合来区分，双支承以及多支承舵的船尾型线是闭式尾框，悬挂式和半悬挂式舵对应的船尾型线是开式尾框。
6.11 舵设备的布置三、舵的形状参数舵可以作为小展弦比的机翼，其形状可用表征机翼的参数表示。
舵的形状参数的选择需要考虑的主要要素有舵面积，舵的外形，展弦比，平衡系数，厚度比和舵剖面等。
舵设计
失速前，展弦比大的舵在攻角相同的情 况下，具有较大的升力系数
因为端部的流动减小了叶背和叶面 的压力差
6.3 单独舵的水动力性能
• 展弦比对水动力性能的影响
相同剖面，不同展弦比，临界攻角之前(普兰特 公式)
要获得同样的升力系数，展弦比小的机翼需要 较大的攻角
6.3 单独舵的水动力性能
舵面积
舵高
舵宽 ，非矩形舵平均舵宽
展弦比
，非矩形舵叶
平衡比
厚度比
面积比
舵剖面
6.3 单独舵(敞水舵)的水动力性能
6.3 单独舵的水动力性能
• 舵的作用原理
PN
Py
P
Px
PT
α
V
6.3 单独舵的水动力性能
• 舵的作用原理
• 几何形状相似的机翼，不管形状尺度大小 如何，具有的无因次水动力系数是相等的。
6.2 几何要素、分类和安装位置
• 舵的数目和布置
桨有通畅的来流，供水充足
舵能充分吸收桨尾流的动能，转化为推 力和舵法向力
舵上沿与船底的间隙足够小， 远离船舶重心，增加力臂，改善回转性 多舵布置应注意干扰问题 舵、桨得到船体的有效的保护
6.2 几何要素、分类和安装位置
• 舵的几何要素
全富裕度
6.6 舵的设计步骤
• 舵面积的选择 • 舵的水动力计算 • 舵机功率估算 • 舵的强度计算
6.7 改善操纵性的措施
• 为了使船舶有良好的操纵性，可着手
舵的正确设计 船体的主尺度和型线的正确选择 设计特种操纵装置
6.7 改善操纵性的措施
• 船体的主尺度和型线的正确选择
2018-05舵设计
襟翼舵
转柱舵
船海系：邱磊
按支承情况可分为
《船舶操纵性与耐波性》课件
多支承的舵
半悬挂舵
双支承舵
与船体尾柱连 接有三个以上 的舵钮，
下支承的位置在舵 的半高处，
悬挂舵
整个舵叶挂 在舵杄上
除上支承外，只有 一个生在舵根的下 支承
船海系：邱磊
舵的类型(Rudder types)
《船舶操纵性与耐波性》课件
空泡现象：当舵的背流面压力下降至该温度下
的汽化压力时，在舵的背流面产生空泡现象， 使升力减小。 空气吸入现象：在舵叶表面吸入空气、产生涡 流而使舵力下降。
船海系：邱磊
影响舵力大小的因素
《船舶操纵性与耐波性》课件
6、舵的尺度、形状等因素对舵力的影响
临界舵角的大小与舵的展舷比（即高宽比、纵横比） 密切相关。展弦比越大，提高了小舵角的航向保持性。 但过大，将导致临界舵角变小，从而引起过早失速。 展弦比一般选择在1.4~1.9之间。
舵的鳍效应改善了船舶直线稳定性，也提高了操 舵后船舶进入新航向的跟从性。
船海系：邱磊
对舵力的简单分析
《船舶操纵性与耐波性》课件
δ——舵角（°）
PN PR PL
PL——升力（N） PD——阻力（N） PR——舵力（N）
PD
（ -）
PT
δ
（+）
PN——正压力（N） PT——摩擦力（N）
PN 576 .2 AR V sin
船海系：邱磊
舵的鳍效应(the stabilizer fin effect of rudder)
《船舶操纵性与耐波性》课件
舵作为附体，产生阻力，当船舶回转时，舵产生 回转阻尼力矩。若舵角为零，舵与呆木一样，起 固定式尾鳍的作用，对直线稳定性有利；当操了 一定的舵角，船舶进行回转运动时，随着水流的 偏转，舵的有效攻角小于实际舵角，减少了舵力 和转船力矩，这部分差额相当于被舵的回转阻尼 力矩抵消，该回转阻尼作用是舵阻尼，也可称为 舵的鳍效应。
自动舵教学演示台设计
自动舵教学演示台设计根据某航海院校的定制要求，设计应用于自动舵教学的演示台。
自动舵教学演示台主要由自动舵系统、船用液压舵机模拟装置、船舶航向模拟装置、安装固定台、笔记本电脑和船舶航行模拟软件等组成。
自动舵教学演示台已交付某航海院校，应用于教学实践，收到了非常好的教学效果。
自动舵；演示台；船舶；舵机引言系统是改变和保持船舶在水中运动方向的控制系统，对船舶航行的操纵性、经济性和安全性起着至关重要的作用。
该系统主要由自动舵、舵机和舵三部分组成，其中核心控制设备是自动舵。
因此，自动舵教学已经成为航海院校的一门重要课程。
航海院校的师生在教学实践中，都希望有一套能够演示船舶操纵系统工作过程的教学设备。
在教学中，能够在讲课的同时实际操作自动舵，并能够演示自动舵操舵过程中船用液压舵机的工作情况和船舶的操舵效果。
因此，根据某航海院校关于自动舵教学的要求，设计了自动舵教学演示台。
自动舵教学演示台的总体设计自动舵教学演示台主要由自动舵系统、船用液压舵机模拟装置、船舶航向模拟装置、安装固定台、笔记本电脑和船舶航行模拟软件等组成。
自动舵系统包括1台主仪器、2台启动箱、1台报警箱和1台反馈发送器，用于进行自动舵的实操教学。
船用液压舵机模拟装置根据船用液压舵机的工作状态进行设计，用于演示自动舵系统发出打舵命令后，船用液压舵机的工作状态。
船舶航向模拟装置用于模拟船舶当前航向，为自动舵系统提供船舶的实时航向数据。
笔记本电脑用于运行船舶航行模拟软件。
船舶航行模拟软件用于模拟自动舵的操舵效果和演示船舶的航向变化。
安装固定台用于安装固定自动舵系统、船用液压舵机模拟装置、船舶航向模拟装置和笔记本电脑。
自动舵教学演示台的关键技术解决方案自动舵教学演示台的关键技术是如何演示船用液压舵机在自动舵控制和改变船舶航向过程中的工作状态，也就是如何设计船用液压舵机模拟装置。
设计船用液压舵机模拟装置的关键是使自动舵的反馈发送器与舵角指示杆实现实时同步运动。
船舶结构与设备舵设备
船舶结构与设备舵设备船舶的舵设备是船舶操纵和控制航向的重要部分。
舵设备包括舵柄、舵轮、舵机和舵链等组成。
舵设备的稳定性和可靠性对船舶的操纵和安全具有非常重要的意义。
船舶的舵设备通常由舵柄和舵轮组成。
舵柄一般位于船舶驾驶室内，由驾驶员通过操纵舵柄来控制舵机的动作。
而舵轮则是舵机的输出部分，驾驶员通过转动舵轮来改变舵机的工作位置，进而改变船舶的航向。
舵柄和舵轮之间通过舵链或者舵机缸来连接，起到传递动力的作用。
舵设备中的舵机是控制舵盘的关键部件。
舵机一般由电动机、减速器和舵盘组成。
当驾驶员操纵舵柄或舵轮时，通过电动机驱动减速器来改变舵盘的角度，从而实现船舶的舵向变化。
舵机需要具备较快的响应速度和良好的承受力，以满足各种情况下的操纵需求。
舵设备中的舵链是连接舵柄和舵机的重要组成部分。
舵链通常由钢制链条组成，具有抗拉强度和耐磨性能。
舵链的作用是传递驾驶员操纵舵柄或舵轮的动作到舵机，并保持舵机和舵柄之间的同步性。
舵链经常处于高压和高摩擦的工作环境中，因此需要定期检查和维护，以确保其可靠性和正常运行。
舵设备的稳定性和可靠性是保证船舶操纵的重要因素。
不同类型和大小的船舶需要不同规格和质量的舵设备。
为了确保舵设备的性能和安全性，船舶设计和制造需要严格按照相关规范和标准进行，如IMO（国际海事组织）制定的国际公约、ISO（国际标准化组织）制定的国际标准等。
总之，舵设备是船舶结构与设备中的重要组成部分。
舵设备包括舵柄、舵轮、舵机和舵链等组成，用于控制船舶的航向变化。
舵设备的稳定性和可靠性对船舶的操纵和安全具有重要意义。
船舶设计和制造需要按照相关规范和标准进行，以确保舵设备的性能和安全性。
中空船舶舵设计的考虑和分析
中空船舶舵设计的考虑和分析导言中空船舶舵是一种具有特殊双壳结构的尾舵，其内壳和外壳之间的中空空间十分重要，不仅可以降低舵叶所受的水动力荷载，还可以提高舵的可靠性和船舶的安全性能。
因此，中空船舶舵的设计、制造和安装工艺都应该得到严密的考虑和分析。
一、中空船舶舵的基本结构中空船舶舵由内、外壳两部分组成，内壳采用金属材料制造，外壳则通常是用玻璃钢制成，并由金属骨架支撑。
内壳和外壳之间的中空空间主要用来降低舵叶所受的水动力荷载，从而减小舵的尺寸。
此外，中空船舶舵还可以通过中空空间来增加舵的刚度和强度，提高舵的可靠性和安全性能。
二、中空船舶舵的设计要点1.内外壳的布局中空船舶舵的内外壳应该有良好的布局，以利于舵的安装、拆卸、维护和检修。
内壳的布局应该满足舵的功能要求和舵叶的形式，同时要考虑到制造和安装的容易程度。
外壳的布局则应该尽可能地减小水动力阻力和降低风险系数，保障船舶的操作安全。
2.舵叶的设计舵叶是中空船舶舵的核心部分，其设计应该满足船舶的操纵要求和水动力要求。
舵叶的厚度、截面形状、倾角和转动角度等参数都需要经过仔细计算和模拟，以确保舵叶的性能和可靠性。
3.中空空间的设计中空空间是中空船舶舵设计中的关键考虑因素，它的大小和形状会直接影响到舵的水动力性能和可靠性。
中空空间的设计应该考虑到舵叶的大小、形状和位置，并通过数值模拟和实验验证来优化设计方案。
4.安装和支撑结构的设计中空船舶舵的安装和支撑结构也需要得到充分考虑，以确保舵的牢固和可靠。
特别是在大型船舶上安装中空船舶舵时，需要采用合适的支撑结构来增加舵的刚度和强度，并通过模拟和实验验证来验证结构的可靠性和安全性。
三、中空船舶舵的制造工艺中空船舶舵的制造工艺相对比较复杂，需要进行材料选择、锻造成形、切割、钢板焊接、喷涂等工序。
在制造过程中，需要严格按照设计要求进行操作，并定期进行质量检测和监控。
同时，中空船舶舵的外壳通常是用玻璃钢制成，需要采用特殊的压克力颜料和钢模具来制造，以确保外观质量和水动力性能。
舵设备的组成
舵设备的组成
舵是船舶、飞机、车辆等交通工具上的重要控制装置，用于改变其方向。
舵设备通常由以下几个主要组成部分构成：
●舵轴（Rudder Post）：
舵轴是舵的主要支撑结构，连接舵叶和操纵机构，使舵能够旋转。
●舵叶（Rudder Blade）：
舵叶是舵的可动部分，负责改变流体（水、空气）的方向，从而影响交通工具的转向。
舵叶的形状和大小根据船舶或飞机的设计而异。
●舵头（Rudder Head）：
舵头是舵叶连接舵轴的部分，通常包括舵轴与舵叶的连接机构。
●舵机（Rudder Actuator）：
舵机是负责控制舵叶运动的执行器。
对于船舶，舵机通常是液压或电动系统。
对于飞机，舵机则由飞行控制系统控制。
●操纵机构（Steering Gear）：
操纵机构是用于操控舵叶的装置。
在船舶上，操纵机构通常包括操舵台、操舵机和操纵系统。
在飞机上，操纵机构通常是由飞行员通过操纵杆或操纵轮进行控制。
●舵柄（Tiller）：
舵柄是一种直接连接到舵轴的手动操纵装置，通常在小型船舶或飞机上使用。
这些组成部分协同工作，使得舵能够被有效地操纵，以实现交通工具的转向和方向控制。
不同类型的船舶和飞机可能会使用不同的舵设备，但基本原理类似。
舵设备1
舵设备(一)舵设备的组成和转船原理舵设备是操纵船舶的主要设备，其作用是使在航船舶保持所需航向、改变原来航向或进行旋回运动。
舵设备主要由以下几个部分组成：1.舵：通常安置在船尾，承受水流的作用，以产生较大的转船力矩使船回转。
2.舵机及其转舵装置：安置在尾尖舱甲板平台上的舵机舱内。
舵机为转舵的动力源，通过转舵装置(也称传动机构)将力矩传给舵杆，以带动舵叶转动。
舵机和转舵装置统称为操舵装置。
3.操舵装置控制系统：主要部件设于驾驶室内，将舵令通过电力或液压控制系统由驾驶室传递给舵机，以控制其动作。
转船的基本原理船舶前进中，当舵中与船的纵中剖面相重合时，作用在舵上的水流是对称的，此时，如无其它外力作用，船舶应作直线运动。
当把舵叶向右转动，舵船纵中剖面成一交角(称为舵角)δ时，由于两侧水流的对称性被破坏，舵迎流面和背流面出现流速不等，舵上便产生一水压力P 。
水压力P 与r 的合力即构成舵压力R ，将舵力R 按船首和横向进行分解，则可得到转船力A 和对航行产生的阻力W 。
转船力矩舵力的大小与舵角δ、舵叶面积、舵的前进速度和舵的断面形状等因素有关。
假设船舶重心位于船中，舵力作用中心距尾垂线的距离与船长相比很小，因此，可以近似地认为舵力作用中心位于尾垂线，则转船力矩为：δδδδcos )2/(•=•=R L d R M)()sin 305.0195.0(2sin 23.1072m N L com V A M R R •+=δδδδ式中：L—船长，m；d—转船力臂，m。
理论和实验证明：舵的进速增大，舵力也就明显增大；当舵速V R一定时，转船力矩Mδ随舵角δ而变，一般船舶的最大有效舵角为32º～35º左右，若再增大舵角δ，则Mδ开始开降。
因此，把舵角32º～35º称为使用极限舵角。
(二)舵的种类和结构●按剖面形状分类1.平板舵：又称单板舵，舵叶为一块平板。
这种舵因强度低、阻力大，仅用于非自航船、帆船或小艇上。
船舶设备 2. 舵设备
5)升力曲线相对于α斜率dcL/dα
随λ减小而减小,有限翼展:
dcL/dα= π/(0.5+1/λ)
影响舵水动力特性的因素
2.厚度比t
λ＞1.8后,t对CL影响不大,但一 般船舶λ在0.8左右,故影响较大;
α＜θ时, CL随厚度比增大而减 小;
一般船舶,t=15～17%时,CL最大, t＞25%不适合
五、舵设计
舵设备
d c
D
设计内容与步骤
1.确定舵的形式、数量、相对于桨的位置；
2.选择舵面积AR；
3.根据水动力影响规律和
船体线型，确定有关要素（λ、
a
剖面形状、外形、t、e），绘
船、桨、舵综合体关系图；
4.计算水动力；
5.舵主要零件强度计算；
6.确定操舵系统及舵机功率。
舵形式、数量选择、位置的确定
进桨速度: 轴向诱导速度:
VVapp==VVsp((1(-1ω+σ) p)1/2-1)
则射向舵的流速：Vx=Vp+Vap
Tp:桨推力
Dp:桨径
ρ:水密度
σp=8Tp/πρVp2Dp2
在桨尾流影响下，水动力：
PL实
1 2
ARCLVx2
1 2
Vap Vp ( 1 p 1) (
ARCLVs2 (1)2 (1 p )
p
Vp
8Tp
V
2 p
D
2 p
)
影响船后舵水动力的因素
倘若舵部分浸于桨尾流中，其余部分则视为舵伴流中，故
PL实
1 2
ApCLVx2
1 2
( AR
Ap )CLV2
令：
kp
XXX舵机简要设计方案(20220319)-1
XXX型舵机系统简要方案设计报告2022年3月19日XXX型舵机系统简要方案设计报告1 概述XXX型四通道舵机系统（以下简称为舵机）作为飞行器的动作执行机构，可满足飞行器飞行过程中对滚转、俯仰、偏航姿态的控制，电动四通道可独立工作、也可成对差分工作，模块化的设计可方便科研、生产过程中的装配、调试，也可保证产品后期装备使用过程中日常勤务处理等要求，其具备负载能力适中、可靠性高、量产成本低的特点。
2 技术指标及性能要求详见总体研制任务书。
3 研制依据和标准详见总体研制任务书中引用文件。
4 总体设计根据总体给定的设计任务要求，该型舵机采用谐波齿轮减速器为主要传动机构的技术路线，其由本体、传动机构组件、舵机驱动控制组件三大部分组成，舵翼由总体提供。
其中，本体基于总体提供的壳体外形及舵轴位置尺寸进行内部结构适配性设计；传动机构组件由谐波齿轮减速器、直流有刷电机、高精度导电塑料电位器组成；舵机驱动控制组件由MCU核心控制器、匹配调理电路和专用驱动模块组成。
其三维结构和组成见下图1、图2。
图 1 舵机三维结构布局图图 2 舵机组成框图舵机采用电动、四通道、数字控制式舵机，其中驱动电、控制电分别为+24V、+48V热电池为驱动模块、控制模块供电。
产品在使用前未上电前，直流有刷电机锁制器处于锁定状态，确保舵翼位于零位；使用上电时，舵机控制板执行复位、锁制器通电解锁、输出电零位锁零指令，将舵翼保持在电气零位等待接收产品控制指令；在接收到控制指令后，舵机控制电路根据指令形成PWM指令，通过舵机驱动模块实现舵翼的偏转，产生控制力矩完成对产品的姿态控制。
其特点是控制精度高、结构紧凑、可靠性好。
4.1 传动机构传动机构由谐波减速器、直流电动机、电位器组成，减速机构采用扁平式谐波齿轮减速器，将电机的转速、转向和力矩变换为舵面所需的转速、转向和力矩；传感器采用高精度导电塑料电位器，实现舵面角度的精确测量。
传动机构组成三维图见下图3。
舵的设计 1 船舶设备
2.1 舵面积 Ak
3．常用的方法
❖母型法：
选择在使用 中证明具有
与设计船形状、尺寸相近
优良操纵性能的母型船的舵面 积比估算设计船所需的舵面积
再根据设计船与母型船在船型、舵型、航速 及航区等方面的差异，加以修正。
❖采用一些经验公式来估算
2.1 舵面积 Ak
❖利用船型统计资料选择舵面积
如P26表1-2所提供的各种类型船的 值
④按各部位受力的不同分两种情况：
仅承受扭矩作用
弯矩
同时承受
作用
扭矩
4.1舵杆直径的计算
1．对仅承受扭矩作用的舵杆
= M t [ ]
Wp
对圆形截面，其抗扭剖面模数
Wp
d3
16
舵杆直径：
d 3 16Mt
[ ]
[ ] [ ]
1.3
4.1舵杆直径的计算
弯矩M b
2．对同时承受弯弯矩矩M 按第三强度理论扭矩M
➢国际海上人命安全公约规定
2.5转舵速度与最大舵角
3．最大有效舵角的确定 ➢当操舵角超过此值时，不再使这一操纵特性 有明显的改善
最大有效舵角 0 0 max
➢要区分： 最大转舵角 max
舵叶的临界攻角 k
最大转舵角 max 与舵叶临界攻角k 的关系
转舵角＞位于船尾处舵叶上水流的实际攻角
2.5转舵速度与最大舵角
轴线与舵压力中心的间距，能在不降低 舵压力的情况下，减小舵杆扭矩，节省 舵机功率。
3．舵压力中心位置随水流的攻角而变化。 在正航时，有三种情况，P32图1-18
2.4平衡比e —影响舵机功率大小
1) 欠平衡状态——稳定状态 ＞ 临 ✓舵杆轴线位于水压力中心之前， xP a 0 ，M 为“+” ✓在舵压力矩作用下有舵角减小 的趋势
舵机转向结构设计 -回复
舵机转向结构设计 -回复
舵机转向结构设计需要考虑如下因素：
1.机身结构：首先需要确定舵机安装的位置，然后设计机身结构
来固定舵机。
最好将舵机安装到机身的重心位置，以达到平衡和稳定
的效果。
2.旋转机构：舵机需要旋转才能实现转向，因此需要设计旋转机构。
旋转机构应当与机身结构相连接，并且具备良好的扭转刚度和稳
定性。
3.支持结构：舵机旋转时需要受到支持，所以需要设计支持结构。
支持结构应当尽可能地刚固定，以保证舵机旋转时不会发生过多变形。
4.调整机构：在实际应用中，调整舵机的位置和角度非常重要。
设计调整机构时需要考虑方便性和精确性。
在进行设计时，还需要考虑舵机和其他机构之间的匹配性和相互
作用。
通过以上要素的设计和匹配，可以实现一个高效、稳定、精确
的舵机转向结构。
步进电机舵轮设计
步进电机舵轮设计步进电机舵轮是一种常用于机器人、智能车辆等设备上的驱动装置，能够根据控制信号进行精准的旋转，并且具有高扭矩、低噪音、高速度等特点。
在设计步进电机舵轮时，需要考虑电机选型、机械结构设计和控制电路设计等几个方面。
1.电机选型电机的选型是设计步进电机舵轮的第一步，需要根据具体应用需求选择合适的电机参数。
首先要确定所需的转速范围，选择步进电机的步距角度，一般常用的步距角度包括1.8度和0.9度。
其次要确定所需的扭矩和功率，根据负载的大小和工作环境的特点来选择电机的阻抗和电流大小。
最后要考虑产品的尺寸和重量限制，选择合适的外形尺寸和重量的电机。
2.机械结构设计步进电机舵轮的机械结构设计主要包括舵轮的外形设计、装配结构设计和轴承选型等。
首先要确定舵轮的外形尺寸，包括直径和宽度，以及表面的纹路设计，可以采用软胶材料或金属材料制作。
其次要考虑轴承的选型，选择合适的轴承能够提高舵轮的扭矩传递效率和转动平稳度。
最后要考虑舵轮的装配结构设计，包括轴承安装、装配孔设计和固定螺栓设计等。
3.控制电路设计步进电机舵轮的控制电路设计需要考虑电机的驱动和控制信号。
步进电机通常需要使用专门的驱动芯片来控制，常用的驱动芯片有L298N、A4988等。
驱动电路包括控制信号的输入、电机相序的切换和电机电流的控制等。
控制信号可以通过单片机或者其他控制器产生，控制信号的频率和占空比可以控制电机的旋转速度和方向。
另外还需要考虑到电机的供电电源设计和保护电路设计，以防止电机过流、过压等情况。
综上所述，设计步进电机舵轮需要考虑电机选型、机械结构设计和控制电路设计等多个方面。
通过合理的电机选型，合理的机械结构设计和高性能的控制电路设计，可以实现步进电机舵轮的高效稳定工作，满足各种应用需求。
舵机关键机构设计
舵的示意图：
课题设计的目的、意义：
了解船用舵机，知道船用舵机对船舶航行的作用，了 解船用舵机的组成和结构，主要由舵、舵叶、舵杆、 推舵机构等组成。对船用舵机的主要参数有足够了解 ，学会设计舵机，能对主要结构部件进行布置设计。 在学习和设计中了解船舶及舵机的基本知识，熟悉复 习了以前所学知识，锻炼了我们综合运用理论知识用 于实践的能力。加强了自我解决困难和问题能力，这 对我们以后学习和工作有着重要帮助。
2.根据船只的参数进行水动力特性计算，计算船只需 要的转船力矩、舵叶面积参数。
3.根据舵叶参数和转船力矩设计校核舵杆。 4.确定推舵机构形式，由转船力矩大小，计算推舵力 大小。然后设计确定柱塞式液压缸的参数、压力，选择 与之匹配的液压泵和电机。 5.选择设计舵机的控制机构，使之满足舵机设计要求 。
设计船只参数：
推舵机构的选择：
推舵机构可大致分为回转式和往复式两大类，而往复 式推舵机构中的滑式推舵机构是目前在船舶舵机中应用 最广的一种传统型结构，故本设计选用滑式推舵机构。 本设计选用的是应用比较广的十字头式推舵机构，它主 要由转舵液压缸、液压缸中的撞杆（柱塞）以及与舵柄 相连接的十字形框架滑动接头等所组成。在柱塞往复运 动时十字耳轴能够转动，而不改变柱塞的直线往复运动 。
舵的剖面、形状示意图
舵杆设计：
考虑到舵杆的加工装配问题是用圆柱形舵杆，
由于 M W ，考虑到在自然情况下有风浪颠
簸，以及搁碰等额外负载，并且材料质地还存 在一定的不稳定性和不均匀性，这些因素，都 必须在强度校核时，要求一定的安全系数才能 保证航行安全。计算得到舵杆直径为160毫米 ，其他需要安装销、轴承处适当放大。
舵设计小结
舵设计小结舵作为一门重要的机械工程手段，广泛应用于各种交通运输工具中，其设计与制造直接关系到运输工具的操纵性能和安全性。
本次舵设计小结将从舵的基本原理、设计过程和注意事项三个方面进行总结。
舵的基本原理是利用固定在操纵机构上的金属叶片或舵瓣，通过双向运动的转台进行操纵，控制运输工具方向的变化。
其基本结构包括转台、舵瓣、操纵机构等。
转台通过连接杆与操纵机构相连，操纵机构通过推拉杆、转台等将操纵力传递到舵瓣上，实现对舵的控制。
舵瓣可以分为单片式和双片式两种，根据舵的尺寸和作用力大小选择合适的设计形式。
舵的设计过程可以大致分为四个步骤：选定设计参数、进行舵叶强度计算、进行舵的液力特性计算和进行舵的动力特性计算。
首先，根据运输工具的类型和使用条件，确定舵的设计参数包括尺寸、材料和作用力大小。
其次，根据舵的设计参数和舵叶受力情况，进行舵叶的强度计算，确保舵叶在不同工况下不会发生破裂或变形。
接着，根据流体力学原理，进行舵的液力特性计算，包括阻力系数、升力系数和流动力矩等。
最后，根据舵的液力特性和运输工具的运动特性，进行舵的动力特性计算，确定舵的滚转角、转速和响应时间等。
在舵的设计中，需要注意以下几点：舵的结构应当简单、合理，便于制造和维修。
舵的舵瓣应当具有良好的液力特性和动力特性，使得舵能够快速、稳定地响应操纵指令。
舵的舵叶应当具有足够的强度和刚度，以承受来自水流和操纵力的作用。
舵的转台应当具有足够的可靠性和耐用性，能够承受来自舵瓣和操纵机构的作用力。
舵的操纵机构应当灵活、精确，能够传递操纵力到舵瓣上。
综上所述，舵的设计是一项复杂的工程，需要考虑很多因素并进行多个步骤的计算和分析。
只有合理设计和制造的舵才能够确保运输工具的操纵性能和安全性。
因此，在舵的设计过程中，需要充分了解舵的基本原理，按照设计过程进行设计，同时关注设计细节和注意事项，以提高舵的性能和可靠性。
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T T T 55189 6955 62144 N .m
c fi
舵机的输出扭矩取：70kN.m
液压舵机的规格为5~设备
船型： 某4000吨级多用途货船，为改装船，上甲 板为全通甲板，艏部有艏楼，艉部有四层甲板室。 现根据CCS《钢质海船入级和建造规范》进行舾装 数计算和停泊设备选用。
1、舵参数确定
舵面积： A=χ．LT=0.019*86*4.5=7.35m2 舵高：H=2.80m（根据螺旋浆高度和尾部形 状确定） 舵宽：B=A/H=2.62m 展弦比：λ=H/B=1.07 平衡系数：β=0.2 厚度比：t=0.15
2-1舵力计算
序号
1 2 3 4
F=132K1K2K3AVd2
β 力臂
R=bm（α-β）
5 6
舵力F 舵杆扭矩T
N N.m
28500 34343
2-3弯矩及舵承支撑力计算
下舵承处舵杆弯矩 Mb=237089N.m 公式1-52,l1=2.8m,l2=0.4m,l3=2m 上舵承支撑力： P1=Mb/l3=118544N 下舵承支撑力： P2=F+Mb/l3=250260N
单位
m2 kn
项目
面接A 设计航速Vd K1 K2
正车
7.35 11 1.02 1.1
倒车
7.35 6 1.02 0.8
5
6
K3
舵力F N
1.0
131716
1.0
28500
2-2扭矩计算
序号 1 2 3 4 项目 舵叶平均宽度 bm
α
T=FR
单位 m 正车 2.62 0.33 0.2 m 0.13bm< 0.16bm. 实取0.419 131716 55189 倒车 2.62 0.66 0.2 1.205
一、舵设备设计
某载货3000t的液货船，单桨单舵，螺旋 桨直径2.6m。舵位于螺旋桨正后方，采用 悬挂式平衡舵，矩形舵，选用NACA剖面。 根据CCS《钢制海船入级与建造规范》进 行舵系设计
船型参数： 垂线间长：L=86M 型 宽：B=14.2M 型 深：D=6.2M 设计吃水：T=4.5M 设计航速：V=11kn
舵杆、舵销、键及螺栓的材料 选用G25,其最小屈服应力为： σs=215MPa,其抗拉强度为： σb=370MPa
计算步骤：
1、表1-4选取舵面积比，确定舵面积和其他参数 2、舵系计算 2-1：舵力计算 2-2：舵杆扭矩计算 2-3：弯矩计算 2-4：舵杆尺寸确定 2-5：舵叶尺寸确定 2-6：法兰尺寸确定 2-7：舵机功率确定
拖索和系泊索
拖索 长度：190m 破断负荷：441.3kN 系泊索 数量：4根 每根长度：170m 破断负荷：171.6kN
2-6舵杆和舵叶采用法兰连接
连接法兰的螺栓直径db
由公式1-62确定。螺栓总数n=8，螺栓中心与螺栓 系中心的平均距离Eb=0.9Dc=261mm
计算db=54mm，实取φ60mm 连接法兰的厚度： 由公式1-63确定 t=76mm
2-7 舵机功率的确定
舵机输出扭矩见公式1-76
T 0.5 0.15 (d p d p ) 6955N .m fi 1 1 2 2
参数： 垂线间长 型 宽 型 深 设计吃水 满载排水
说明： L=94.6m 水线以上的舷侧高为1.9m，粗 B=15.0m 估水线以上甲板长为99m；甲板 D=6.8m 以上的上层建筑分别为高2.5m、 2.4m，2.4m，3.6m,长42m、 d=4.9m T=5616t 38m、36m、22m，且每层甲 板室宽均超过船宽的四分之一。
2-4 舵杆尺寸确定
舵柄处舵杆直径Dt
T D t 4 .2 3 164 mm KS
舵柄处舵杆直径实取：φ170mm 下舵承处舵杆直径Dc
4 Mb 2 D D 61 ( ) 281mm c t 3 T
下舵承处舵杆直径实取： φ290mm
2-5舵叶
舵旁板、顶板和底板的厚度t由公式1-61计 算，式中s=0.603，β=0.86 t=9.66mm 舵旁板厚度实取：t=10mm 舵顶板和舵底板厚度：12mm 舵叶内垂直隔板和水平隔板厚度：8mm 舵叶导边板厚度：14mm
舾装数计算
N= △2/3 +2Bh+A/10
h=a+Σhi=1.9+2.5+2.4+2.4+3.6 =12.8 A=99*1.9+42*2.5+38*2.4+36* 2.4 +22*3.6=550 N=755
锚设备
现根据CCS《钢质海船入级和建造规范》进行查 表,本船选3只斯贝克锚,其中两只作为主锚,一只为 备用锚。 （1）每一锚的质量不小于2280kg （2） 锚链的总长17节，右舷9节，左舷8节 （3）锚链直径 （A型锚链） 一级锚链：48mm 二级锚链：42mm 三级锚链：36mm