液压舵机设计计算

液压舵机设计计算

1.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。

2.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。

3.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

4.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。

5.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≤）至另一弦转舵时间（一弦c)．87《内河船液压舵机》标准。根据GB7185—5.1.3 1.25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。则柱塞杆直径为Φ250mm径为Φ?当转舵角为时柱塞受力分析如图：0

轴力图

F nσ= 轴应力A?A21FF =nN M720F==631.6 =KN N2l2?0.57

2d2m A=π=0.049 柱塞面积412Am≈0.250.15=0.0375 ?2σ=54.9 MP

σ=1.25σ=68.7MP 设计σ= 1.5σ=103.0 MP 设计零件σ符合

=598 MP 钢45．

式中：—舵柄对柱塞的作用力—液压对柱塞的作用力FF nN?时柱塞受力分析如图：当转舵角为35

2 72057??0.F N F=631.6 KN

N?F35?cos F=517.4 KN =NNx?F=326.3 KN= 35sin F?NyN

轴力图

F?xF?500 MP

mm=90.6= M= M nyny axm

弯矩图

剪力图

25d0.M90?.6?F4.51722nxσ +==?axm3344AA?0375..049?0015..25?0π25π

d0.?0.15?0.25021??12646412=45.0+93.3

=138.3 MP

σ=1.25σ=259.3 MP＜598 MP 符合?5?1.axmax零件m F181.2ny=15.8 MP

=τ=0.049?0.0375AA?21τ=1.25τ=29.6 MP?5?1.零件

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R

5.1.4.2油缸工作压力计算：

??cos?p?R??A M=2I1?35?.?.?P0490?.?0057085cos 720=4I．

kN=18.5 MP

=18511.6工作压力p2I m=23.1 MP 设计压力P=1.25p I2式中：—缸孔面积Am1P —工作压力

0.26m R—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)油缸柱塞杆从30?

??至-30时油缸柱塞杆升出长度—舵柄从R—舵柄半径；L+35??30tan RR?tan35?? L≈

??30tan.?tan5735??0 0.57 ≈

≈0.728m=0.73m

3L??AVm.0358.73?00? b)油腔容积：=0.049 11?3?Vm30=71.6升总容积：V=2

=0.0716 油缸从一舷35至另一舷1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。5.1.4.4D 16>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??）—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—油缸内径

?598??b?许用应力=MP.?149?54n??号钢；式中：=598MP]—材料抗拉强度[45bb。N—安全系数，取n=4

250?.123?=18.0mm

则= 1.?233?149.52.250D则符合中等壁厚条件=13.9 = ?18 5.1.4.5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45mm150mm150kgf510?。G=8.1 2cm?柱销所需切断力b)切断

mm150525kgf?1053?1501.?5??FG?A8.?10?3.147.。切销c)柱塞杆推力F=1.5PA=231

kgf5..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?

????42??危2b mm最大弯矩M=1273387.5=16978.5mmkgf???75?Fl75?Mkgfkgf

险截面处应力< 232.?22b axm mmmm37875?12单边强度足够。 5.1.7舵轴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。300

79。—选取键 GB109630072?kgf???1200??120Mpa许用剪应力

?????〈剪应力

2cm720MkN?2400? F= 剪力15.l22?0F.25?51.?1kgf

=208.32cmb?l