液压舵机设计计算
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。
舵机精度计算公式
舵机精度计算公式舵机是一种常用的控制装置，用于控制机械装置的方向和位置。
舵机的精度是指其能够准确控制位置和方向的能力，通常用角度或者距离来表示。
在设计和选择舵机时，了解其精度是非常重要的。
本文将介绍舵机精度的计算公式，以帮助读者更好地理解和选择舵机。
舵机精度的计算公式通常涉及到几个参数，包括分辨率、误差和工作范围。
下面是舵机精度计算公式的详细介绍：1. 分辨率：舵机的分辨率是指其能够控制的最小单位。
通常用角度或者距离来表示。
分辨率越高，舵机的精度越高。
分辨率的计算公式如下：分辨率 = (最大角度最小角度) / 2^n。
其中，最大角度和最小角度分别表示舵机能够控制的最大角度和最小角度，n 表示舵机的位数。
例如，如果一个舵机能够控制的角度范围是0到180度，而且有12位的分辨率，那么其分辨率就是：分辨率 = (180 0) / 2^12 ≈ 0.088度。
2. 误差：舵机的误差是指其实际控制的位置和方向与期望值之间的偏差。
误差通常分为静态误差和动态误差。
静态误差是指在静止状态下的误差，而动态误差是指在运动状态下的误差。
舵机的总误差可以通过以下公式计算：总误差 = 静态误差 + 动态误差。
静态误差和动态误差通常由制造商提供，可以在舵机的技术规格书中找到。
3. 工作范围，舵机的工作范围是指其能够控制的最大角度或者距离。
工作范围通常由制造商提供，可以在舵机的技术规格书中找到。
有了上述参数，我们可以通过以下公式计算舵机的精度：精度 = 分辨率 + 总误差 + 工作范围。
通过上述公式，我们可以很容易地计算出舵机的精度。
在选择舵机时，我们可以根据具体的应用需求来确定所需的精度。
一般来说，对于需要较高精度的应用，我们可以选择分辨率较高、误差较小、工作范围较大的舵机。
总之，舵机的精度是其控制能力的重要指标，了解舵机精度的计算公式可以帮助我们更好地选择和设计舵机。
希望本文能够帮助读者更好地理解舵机的精度计算方法，为实际应用提供参考。
船舶液压舵机
2.动作原理：
限位开关：限制伺服活塞的最大移动位置，以限 制最大操舵角
3.各阀的作用：
①油路锁闭阀2：换 向阀回中时锁闭油 路；锁闭备用油路
②溢流节流阀4：调 节流量，使伺服活 塞获得合适的移动 速度
（4）检查各摩擦部位润滑情况，并向各油杯和 各运动连接部位注油或加油。
15 14
a
o
2
3
a
＇
o
＇
13
4
11
12
7
10 9
8 接浮动杆控制点A
5 6
图8-14 直流伺服电机式遥控系统原理图 1-舵轮；2-操舵电位计；3-反馈电位计；4-齿轮齿条；5-锥齿轮副；6-丝杆；7-导杆；8-滑块螺母；9-蜗轮；10行星齿轮；11-蜗杆；12-直流伺服电动机；13-直流电动机激磁绕组；14-交流电动机；15-直流发电机；16-直流发 电机激磁绕组；17-放大器
75~0.85；
z——油缸对数
当D、p、R0既定时，α↑→M↑，这种扭矩 特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应。 因此当公称转舵扭矩既定时，滑式转舵 机构的尺寸或最大工作油压较其它转舵 机构小
滑式转舵机构的工作油压不会随α的增大而 急剧增加
滑式转舵机构特点：
①扭矩特性良好，承载能力较大，能可靠平衡撞 杆所受的侧推力，可用于转舵扭矩很大的场合
与十字头式相比，拨叉式的特点：
结构简单（无需导板），加工和拆装方便
公称扭矩较小时可用拨叉式，较大时仍以采用十 字头式为宜
2. 滚轮式转舵机构
滚轮代替滑式机构中的十字头或拨叉 Q=Pcosα=π/4 D2pcosα 转舵扭矩M=zQR0ηm=π/4 D2p zR0ηm cosα
50-63kNm拨叉式液压舵机计算书
50-63kNm拨叉式液压舵机计算书（系统计算）一、 系统计算：为了便于加工生产，我公司将公称扭矩50-63kN ·m 拨叉式液压舵机列为一个系列，柱塞直径Φ150mm ，舵柄半径350mm ，单舵（如使用双舵或三舵，则用户在选用时需要考虑必要的转舵机构相对于单舵所增加的效率损失），只是在公称压力上作调整。
现将液压系统参数计算如下： 1、舵机型号：234ggg2A-63/12（20、28） 234ggg2A-50/12（20、28）1） 计算油缸的压力 根据扭矩公式：M =（ F 0/ Cos35°）×（R / Cos35°）× η×106公式中：M —— ±35°时舵机的公称扭矩 Nm ；F 0 —— 柱塞上的作用力 N ： F = A*△P = 4πD 2*△P R —— 舵柄半径 m ；350 mm A —— 柱塞面积 m 2；A =4πD 2D —— 柱塞直径 m ；150mm△P —— 推舵机构最大工作压差 MPa ；η —— 推舵机构在最大转舵角±35°时的传动效率，取0.85按规定要求，当舵在35°时，油缸受力简图如下：F =350Cos F F 0= 4πD 2△P M = α2Cos P AR ∆η 则对于63kNm 拨叉式推舵机构，其压差为：△P = ηπαR D MCos 224×10－6 = 85.035.015.014.3)35(63000422⨯⨯⨯⨯⨯︒Cos ×10－6≈ 8 Mpa 考虑到管道损失1.6 Mpa则系统公称压力： P H ＝ △P ＋ 1.6 ＝ 9.6 MPa设计压力： P S = 1.25 P H = 1.25×9.6 = 12 Mpa同理也可以得出 50kNm 参数：2)计算油缸的容积油缸的行程S 从一舷35°到另一舷30°为： S = R （tg35°+ tg30°）= 0.447 m 理论体积： V = A × S = 3.14 × 0.152 × 0.447 / 4 = 0.0079 m 3 ＝ 7.9 L 3)油泵的选择（1）、试选用手动变量柱塞泵25SCY14-1B ，转速为1500r/min,额定最高压力31.5Mpa,考虑到配用4极电机，转速为1450r/min 。
拨叉式液压舵机设计
1 引言 (1)1.1 液压舵机发展概况 (1)1.1.1 国内发展概况 (2)1.1.2国外液压舵机发展趋势 (2)1.2 本课题的研究意义 (3)2 拨叉式液压舵机总体方案分析 (3)2．1 拨叉式液压舵机系统组成 (3)2.1.1 拨叉式转舵机构组 (4)2.1.2 电控舵机动力柜 (4)2.1.3 膨胀补给油箱 (4)2.1.4 电控舵机操纵台 (4)2.2 拨叉式液压舵机的设计分析 (5)2.2.1 拨叉式液压舵机主要技术性能参数 (5)2.2.2 电动液压舵机结构、原理 (5)2.2.3 舵机分类 (11)2.2.4 总体方案拟定 (11)3 拨叉式液压舵机结构设计 (13)3.1 转舵机构 (13)3.2 操舵装置动力设备 (13)3.3 液压管路阀件与附件 (13)3.4 随动机构 (14)3.5 报警、润滑及其它 (14)3.6 材料 (14)3.7 强度 (14)4 拨叉式液压舵机参数设计 (15)4.1 受力分析 (15)4.2 柱塞行程和油缸容量....................................................................... 错误!未定义书签。
4．3强度计算.......................................................................................... 错误!未定义书签。
5 实验论证 (20)5.1 主要阀件的作用 (20)5.2 安装与调试 (21)5.3管理与维护 (24)1 引言目前绝大多数船舶都以舵作为保持或者改变航向的设备，稍大一些的船舶，几乎部采用液压舵机。
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。
分析其性能为其他船舶液压舵机系统的仿真及优化提供了参考。
1.1 液压舵机发展概况1.1.1 国内发展概况近年来，我国液压件行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。
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 b)工作舵角 35。
c)转舵时间（一弦 35至另一弦 30），正常航段≤28（s ）。
5.1.3根据GB7185—87《内河船液压舵机》标准。
a)设计压力为1.25倍最大工作压力。
b)受压零部件1.5倍设计压力试验。
5.1.4选择油缸5.1.4.1根据JB2183—77《液压缸内径系列和柱塞杆外径系列》选择液压缸缸孔直径为Φ250mm 。
则柱塞杆直径为Φ250mm 。
当转舵角为 0时柱塞受力分析如图：轴力图 轴应力σ=21A A F n-N F =n F N F =l M 2=57.02720⨯=631.6 KN柱塞面积A 1=π42d =0.049 2m2A ≈0.25⨯0.15=0.0375 2m σ=54.9 MP σ设计=1.25σ=68.7MP σ零件= 1.5σ设计=103.0 MPσ钢45=598 MP 符合式中：N F —舵柄对柱塞的作用力 n F —液压对柱塞的作用力 当转舵角为 35时柱塞受力分析如图：272057.0=⨯N FN F =631.6 KNNx F = 35cos ⋅N F =517.4 KNNy F = 35sin ⋅N F =326.3 KN轴力图M=x F ny ⋅ M max =500⨯ny F mm=90.6 MP弯矩图剪力图σmax =21A A F nx -+1215.025.064234⨯-⨯d d M π=1215.025.06425.0225.06.900375.0049.04.51734⨯-⨯⨯+-π =45.0+93.3 =138.3 MPσmax 零件=1.25⨯⨯5.1σmax =259.3 MP ＜598 MP 符合 τ=21A A F ny -=0375.0049.02.181-=15.8 MPτ零件=1.25⨯⨯5.1τ=29.6 MP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： M=2αηcos 1⨯⨯⨯⨯R p A I720=4 35cos 85.0057.0049.0⨯⨯⨯⨯⨯I P 工作压力I p =18511.62m kN=18.5 MP设计压力P=1.25I p =23.1 MP 式中：1A —缸孔面积2m P —工作压力 R —舵柄半径0.26m η—推舵机构效率0.85 α—转舵角 35± 5.1.4.3油缸所需流量Q 的确定。
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；
液压传动系统设计计算
液压系统的设计步骤与设计要求液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。
着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。
一、设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。
一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。
1）确定液压执行元件的形式；2）进行工况分析，确定系统的主要参数；3）制定基本方案，拟定液压系统原理图；4）选择液压元件；5）液压系统的性能验算；6）绘制工作图，编制技术文件。
1.1 明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。
在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。
1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；4）各动作机构的载荷大小及其性质；5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；6）自动化程序、操作控制方式的要求；7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；8）对效率、成本等方面的要求。
1.2进行工况分析、确定液压系统的主要参数通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。
液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。
压力决定于外载荷。
流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。
1.3制定基本方案和绘制液压系统图3.1制定基本方案（1）制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。
方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。
对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。
液压式船舶舵机控制系统设计与仿真
液压式船舶舵机控制系统设计与仿真液压式船舶舵机控制系统是现代船舶的重要部分之一，其作用是通过电子控制系统对船舶的操纵进行精确调节，以确保船舶行驶和操作的安全性和可靠性。
本文主要探讨液压式船舶舵机控制系统的设计和仿真，包括系统结构、控制方法和参数设置。
首先，液压式船舶舵机控制系统主要由舵机、液压系统、控制器和电源组成。
其中，舵机是实现方向转向的主要装置，液压系统提供油压力来驱动舵机进行动作，控制器负责接收船长的指令并输出控制信号来控制油的流动，电源则为整个系统供电。
其次，液压式船舶舵机控制系统的控制方法一般采用PID控制，即比例、积分、微分控制。
其实质是通过根据实际舵角和期望舵角的误差对控制信号进行反馈和调整，从而实现对舵机的精确定位和控制。
具体来说，将期望舵角和当前舵角的差值作为控制系统的输入，经过PID控制计算得到控制信号输出，控制信号通过控制阀门控制油的流动来控制舵机动作，从而实现舵机的转向。
最后，液压式船舶舵机控制系统的参数设置包括PID参数和液压系统参数两部分。
PID参数设置要根据具体的船舶工况和舵机参数进行调整，比例系数、积分时间和微分时间都需要进行优化，以达到最佳控制效果。
液压系统参数则包括油压力、油箱容积、油缸容积、控制阀门开度等参数，这些参数的设置也需要根据实际情况进行调整，以确保液压系统的工作稳定可靠。
在仿真方面，可以采用MATLAB/Simulink等工具进行模拟，具体步骤包括建立船舶控制系统的数学模型、进行仿真验证、调整参数、再次验证。
通过仿真，可以直观地了解系统的工作流程和控制效果，同时也可以有效地优化系统控制参数，提高系统的性能和稳定性。
总之，液压式船舶舵机控制系统的设计和仿真是现代船舶中非常重要的一环，需要仔细考虑和优化。
在设计和仿真中，需要注意系统结构、控制方法和参数设置等问题，同时还要进行严格的仿真验证和参数调整，以确保系统的工作效果和性能。
数据分析是现代数据科学中的重要一环，通过对数据进行收集、整理、处理和分析，可以从中得出有用的结论和洞察，为决策和应用提供有力的支持和指导。
船用液压舵机系统设计说明书
重庆大学硕士学位论文船舶液压舵机系统设计研究姓名：王月申请学位级别：硕士专业：机械设计与自动化指导教师：陈波2012-06摘要我国改革开放后与国外贸易量逐年增大，尤其是加入WTO后进入了快速发展阶段，海运事业随着世界贸易的增长而快速发展，船舶行业随之迎来了黄金时期。
但我国船舶配套设备制造能力一直滞后船舶主体制造能力，现已成为船舶行业快速发展的瓶颈。
舵机是控制船舶航向的重要设备，其性能的好坏对于船舶运动的控制起着非常关键的作用。
但目前国内对于船舶舵机的研究大多集中于船舶航向及舵迹控制方面，对于舵机本身的运动转换机构、液压传动及电气控制方面研究却相对较少。
因此，研究开发高性能船舶舵机并实现量产，对于我国船舶行业配套能力的加强、竞争力的提高具有重要意义。
本文通过分析研究船舶舵机作用原理及目前常用转舵机构，提出采用滚珠逆螺旋机构作为转舵机构，构建新式舵机。
根据船舶对舵机要求及螺旋作动器实际需要，进行深入分析比较后，设计了舵机液压传动原理图，确定了电气控制方案。
对舵机液压系统进行必要的简化后，分别建立了比例阀环节，阀控缸环节及角度传感器等环节的数学模型，经适当变换最终得到了舵机的数学模型，并对舵机系统的稳定性进行了分析。
由于舵机闭环时域响应缓慢，且船舶在航行过程中受风、海浪等不确定因素影响，所以采用了不依赖对象模型的模糊PID校正，设计了模糊PID控制器。
运用MATLAB软件中的Simulink工具箱建立了系统动态仿真模型，并对系统进行了仿真分析。
根据船舶舵机需远距离传送信号且干扰源多的情况，采取了操作室与舵机室分散控制，通过CAN总线连接通信的控制方式，有效提高了控制及反馈信号传送的速率与质量。
设计了主电路图、CANopen主站控制原理图、CANopen从站控制原理图。
本文设计的船舶舵机系统，采用了新型转舵机构，有效减小了舵机体积及重量；采用了电液比例控制，能有效提高船舶航行时舵角的定位精度，降低航行能耗，减小换向冲击及噪声；将传统的PID校正与先进的模糊控制相结合，提高了舵机的动态性能，增强舵机自适应能力；采用现场总线传输信号，提高了数据传输速度及可靠性。
液压系统设计计算举例
液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例XS-ZY-500注塑机液压系统设计计算⼆、XS-ZY-500注塑机成型设计技术参数公称注射量(L) 0.5螺杆直径(mm) 63螺杆⾏程(mm) 200最⼤注射压⼒(MPa) 110注射容量（理论值）(cm) 665预塑电机(KW) 7.5塑化容量(N/h) 450螺杆转速(r/min) 20—80 料筒加热功率(KW) 14注射座⾏程(mm) 280合模⼒(KN) 3500启模⼒(KN) 135顶出⼒(KN) 30最⼤注射⾯积(cm) 1000模板最⼤开距(mm) 950拉杆间距(mm) 540x440 模具最⼤厚度(mm) 450模具最⼩厚度(mm) 300注射总⼒(KN) 345注射座最⼤推⼒(KN) 73螺杆驱动功率PM(KW) 5KW各油缸运动数值如下：快速合模速度(m/s) 0.12慢速合模速度(m/s) 0.024 快速启模速度(m/s) 0.13慢速启模速度(m/s) 0.028 快速注射速度(m/s) 0.07注射座前移速度(m/s) 0.06注射座后退速度(m/s) 0.08顶出速度(m/s) 0.04三、⼯况分析xxxx塑料注射成型机械液压系统的特点是在整个动作循环过程中，系统负载和速度变化均较⼤，在进⾏⼯况分析时必须加以考虑：(⼀)合模油缸负载xxxx闭模动作的⼯况特点是：模具闭合过程中的负载是轻载，速度有慢—快—慢的变化；模具闭合后的负载为重载，速度为零。
1. 根据合模⼒确定合模缸推⼒:根据连杆受⼒分析可得出合模油缸推⼒为:式中：N1z——合模油缸为保证模具锁紧所需的推⼒，N.ssssss N合————模具锁紧所需的合模⼒，N.ssssss l1/l——有关长度⽐，⼀般取其值为0.7.为保证模具锁紧⼒（3500KN）所需的油缸推⼒为： N1z=223KN2. 空⾏程时油缸推⼒：aaaa空⾏程时油缸推⼒P1q只须克服摩擦⼒的要求，根据设计经验得：N1q=0.14N1z z, 故s N1q=31.22KN3. 启模时油缸的推⼒：ssss启模时油缸的推⼒需满⾜启模⼒和克服油缸摩擦⼒的要求。
液压设计需要哪些计算公式
液压设计需要哪些计算公式液压系统是一种利用液体传递能量的动力传动系统，广泛应用于机械工程、航空航天、船舶、汽车等领域。
在液压系统的设计过程中，需要进行各种计算以确保系统的安全可靠性和性能指标的满足。
本文将介绍液压系统设计中常用的计算公式，包括液压缸的推力计算、液压泵的流量计算、液压阀的压降计算等内容。
1. 液压缸的推力计算。
液压缸是液压系统中常用的执行元件，其推力的计算是设计液压系统时的重要参数。
液压缸的推力计算公式为：F = P × A。
其中，F为液压缸的推力，单位为牛顿（N）；P为液压缸的工作压力，单位为帕斯卡（Pa）；A为液压缸的有效工作面积，单位为平方米（m²）。
2. 液压泵的流量计算。
液压泵是液压系统中的动力源，其流量的计算是设计液压系统时的关键参数。
液压泵的流量计算公式为：Q = V × n。
其中，Q为液压泵的流量，单位为立方米每秒（m³/s）；V为液压泵的排量，单位为立方厘米每转（cm³/r）；n为液压泵的转速，单位为转每分钟（r/min）。
3. 液压阀的压降计算。
液压阀是液压系统中的控制元件，其压降的计算是设计液压系统时的重要参数。
液压阀的压降计算公式为：ΔP = K × Q²。
其中，ΔP为液压阀的压降，单位为帕斯卡（Pa）；K为液压阀的流量系数，是与液压阀的结构和工作原理相关的参数；Q为液压阀的流量，单位为立方米每秒（m³/s）。
4. 液压管路的压力损失计算。
液压管路是液压系统中的传输元件，其压力损失的计算是设计液压系统时的重要参数。
液压管路的压力损失计算公式为：ΔP = f × L × (Q/D)²。
其中，ΔP为液压管路的压力损失，单位为帕斯卡（Pa）；f为液压管路的摩阻系数，是与管路材料和管路形状相关的参数；L为液压管路的长度，单位为米（m）；Q为液压管路的流量，单位为立方米每秒（m³/s）；D为液压管路的直径，单位为米（m）。
液压常用计算公式
液压常用计算公式液压技术是一种利用液体来进行能量传递、控制和传动的技术。
在液压系统设计和计算中，常用的计算公式涉及流量、压力、功率和工作效率等方面。
以下是一些常用的液压计算公式。
1.流量计算公式：流量（Q）是液体在单位时间内通过管道或元件的体积。
流量的计算公式如下：Q=A×V其中，Q表示流量，A表示液体在管道或元件的横截面积，V表示液体的速度。
2.压力计算公式：压力（P）是单位面积上承受的力。
压力的计算公式如下：P=F/A其中，P表示压力，F表示作用在面积A上的力。
3.功率计算公式：功率（P）表示单位时间内完成的工作量。
液压系统中的功率计算公式如下：P=Q×P其中，P表示功率，Q表示流量，P表示压力。
4.转速计算公式：液压泵或涩的转速（n）是指每分钟内的转动次数。
转速的计算公式如下：n=Q/A其中，n表示转速，Q表示流量，A表示泵或涩的元件横截面积。
5.排量计算公式：排量（V）是指液压泵或涩每转动一圈所排出的液体体积。
排量的计算公式如下：V=A×s其中，V表示排量，A表示泵或液压机元件的横截面积，s表示泵或液压机元件的运动距离。
6.液压缸的推力计算公式：液压缸的推力（F）是指液压缸在工作时通过液压力所获得的推力。
液压缸的推力计算公式如下：F=P×A其中，F表示液压缸的推力，P表示液压力，A表示液压缸的有效面积。
7.液压缸的速度计算公式：液压缸的速度（V）是指液压缸活塞的移动速度。
液压缸的速度计算公式如下：V=Q/A其中，V表示液压缸的速度，Q表示流量，A表示液压缸有效面积。
8.泵的效率计算公式：液压泵的效率（η）是指液压泵所提供的功率与所吸收的功率之比。
液压泵的效率计算公式如下：η = Pout / Pin其中，η表示泵的效率，Pout表示泵的输出功率，Pin表示泵的输入功率。
液压系统的设计和计算涉及到更多的因素和公式，如液体的黏度、摩擦力、泄漏量等，上述的公式只是一些常见的计算公式。
拨叉式液压舵机设计
1 引言 (1)1.1 液压舵机发展概况 (1)1.1.1 国内发展概况 (2)1.1.2国外液压舵机发展趋势 (2)1.2 本课题的研究意义 (3)2 拨叉式液压舵机总体方案分析 (3)2．1 拨叉式液压舵机系统组成 (3)2.1.1 拨叉式转舵机构组 (4)2.1.2 电控舵机动力柜 (4)2.1.3 膨胀补给油箱 (4)2.1.4 电控舵机操纵台 (4)2.2 拨叉式液压舵机的设计分析 (5)2.2.1 拨叉式液压舵机主要技术性能参数 (5)2.2.2 电动液压舵机结构、原理 (5)2.2.3 舵机分类 (11)2.2.4 总体方案拟定 (11)3 拨叉式液压舵机结构设计 (13)3.1 转舵机构 (13)3.2 操舵装置动力设备 (13)3.3 液压管路阀件与附件 (13)3.4 随动机构 (14)3.5 报警、润滑及其它 (14)3.6 材料 (14)3.7 强度 (14)4 拨叉式液压舵机参数设计 (15)4.1 受力分析 (15)4.2 柱塞行程和油缸容量....................................................................... 错误!未定义书签。
4．3强度计算.......................................................................................... 错误!未定义书签。
5 实验论证 (20)5.1 主要阀件的作用 (20)5.2 安装与调试 (21)5.3管理与维护 (24)1 引言目前绝大多数船舶都以舵作为保持或者改变航向的设备，稍大一些的船舶，几乎部采用液压舵机。
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。
分析其性能为其他船舶液压舵机系统的仿真及优化提供了参考。
1.1 液压舵机发展概况1.1.1 国内发展概况近年来，我国液压件行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。
【2019年整理】船舶液压舵机
④液控旁通阀8：油 泵工作时截止，以 保证系统工作正常 （ 控 制 油 压 ≮ 0.4~0.8MPa ）； 油泵不工作时旁通， 不防碍其它操纵机 构的工作 ⑤单向阀6：启阀压 力 0.6~0.8MPa ，保 证泵工作时阀8在截 止位置
交流伺服电机式舵机遥控系统
1
17
a
o
2
16
同右
14
15
3
a
＇
1、几个名词：
迎水面、背水面、导边、随边 舵叶展舷比λ=舵叶高度h / 舵叶平均宽度b。 海船＞河船 平衡系数 K= 舵杆中心线前的舵叶面积 A` / 整个舵叶面积A。一般K=0.15~0.35
2. 转船力矩Ms：
舵的水作用力F对船舶重心G形成的转矩 Ms=FL （ L ＋ Xccosα ） ＋ FDXcsinα≈FLL=1/2 CLρA v2L Nm
滚轮代替滑式机构中的十字头或拨叉 Q=Pcosα=π/4 D2pcosα 转舵扭矩M=zQR0ηm=π/4 D2p zR0ηm cosα
特点：
①工作时无侧推力，结构简单，加工容易，拆装 方便 ②每个油缸均与其撞杆自成一组，可采用单列式、 双列式或上下重叠式等 ③滚轮与撞杆间的磨损可自动补偿 ④扭矩特性差，要达到同样的转舵扭矩，须采用 比滑式更大的结构尺寸或工作油压 ⑤在负扭矩下转动时滚轮可能与某侧撞杆脱开而 导致敲击。故有的机构在滚轮与撞杆间设有板 簧拉紧机构
α↑→Ms↑ ，并在某一舵角出现最大值，海船 300~350 ， 河船350~450。
3） 现代船舶多用平衡舵。Xc↓→Ma↓，但Ms几 乎不受影响 4）倒航时Xc↑→Ma↑，但倒航航速≯正航最大航 速的 1/2 。平衡舵倒航时最大 Ma 一般为正航最 大值的60%
第五章舵系统设计(1)介绍
ui 0时，I i1 i2 0
，滑阀左移，高压油进入作动筒左腔，活塞上压差 为 ，推动活塞右移，使舵面转．滑 阀左移的同时，
推动反馈杆顺时针旋转，衔铁以顺时针方向力矩与信 号力矩平衡，此时滑阀左边的开口量与信号成正比， 而进入作动筒的流量又与滑阀开口量成正比．；在活 塞右移的同时，由反馈电位汁输出一个与连杆位移成 正比的反馈信号 ，当 时， I 0 在力反馈的作用下，衔铁回到中立位置，从 而使滑阀回到中立位置，于是活塞就不再移动．舵面 偏转一个与 u 0 相对应的正角度． 同理，当
作动筒采用双向作用的直线位移式作动筒．液体 流量是与作动筒活塞线速度成正比．活塞的直线 往复运动通过操纵机构变成舵面的旋转运动．反 馈电位计装在作动筒内，电刷由舵机的活塞杆(以 下称连杆)带动，与活塞线位移成正比的反馈电位 计输出信号 在综合放大器中与输入信号 进行综合
当
＝0时，综合放大器输出的差动电流
四 舵系统的工作原理
舵系统;
控制导弹舵面或副翼偏转的伺服系统， 舵系统是自动驾驶仪的一个重要环节，
特点是； 惯性大、功率强和非线性因素比较明显的一 个复杂环节．它对自动驾驶仪的性能，有重大影 响．
4.1舵系统原理
不同舵系统的具体结构和控制方法各异， 但工作原理大致相同．现以液压舵系统为例， 说明工作原理．图4—1是液压舵系统原理方框图。
(1) 全负载状态的液压舵机传递函数 全负载； 系指惯性负载、粘性负载和弹性负载同时存在．并 假设液压油不可压缩，泄漏损耗很小，可忽略不 计．全负载状态下液压舵机框图如图4—4所示． 根据图4—4，简化
液压和气压舵机而言，是指包含带活塞的连杆 和带舵面的操纵机构； 对电动舵机而言，应包括电动机的转子和带舵 面的减速机构．在负载状态下，必须把舵机的传动 部分看成一个整体环节研究．根据需要可以折算到 舵轴上分析计算，也可以折算到连杆上(或电动机 转轴上)分析计算． 现以液压舵机为例，直接给出不同类型负载状 态下的舵机传递函数，而略去中间推导过程．
液压系统的设计计算举例[最终定稿]
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液压系统的设计计算举例[最终定稿]第一篇：液压系统的设计计算举例液压系统的设计计算举例设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。
动力滑台的工作循环是：快进—工进—快退—停止。
液压系统的主要参数与性能要求如下：切削力Ft＝20000N；移动部件总重力G＝10000N；快进行程L1＝100mm，工进行程L2＝50mm：快进快退的速度为4m／min；工进速度为0.05m／min；加速、减速时间△t＝0.2s；静摩擦系数f s＝0.2；动摩擦系数f d＝0.1。
该动力滑台采用水平放置的平导轨，动力滑台可在任意位置停止。
一、负载分析负载分析中，哲不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。
因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。
导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为Ffs，动摩擦力为Ffd由式(8—1)可得:二、抉行元件主要参数的确定三、拟定液压系统原理图(一)选择液压基本回路L确定调速方式及供油形式在液压缸的初步计算前已确定了采用调速阀的进口7j流调速统。
这种调速回路具有较好的低速稳定性相速度负载特性。
由表5—5可知，液压系统的工作循环主要由低压大流量祁高压小流量两个阶段组成，显然采用单个定量泵供油，功率损失较大，系统效率低，而选用双泵或限压式变量泵作为油源就比较合理，其中双泵油源的结构简单、噪声小、寿命长、成本低。
经比较选用双泵供油形式。
2．快速运动回路和速度换接回路根据本例的运动方式和要求，采用差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。
即快进时，由大小泵向时供油，液压缸实现差动连接。
本例采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。
与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用被控顺序阀与单向阎来切断差动油路。
因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。
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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 b)工作舵角 35。
c)转舵时间（一弦 35至另一弦 30），正常航段≤28（s ）。
5.1.3根据GB7185—87《内河船液压舵机》标准。
a)设计压力为1.25倍最大工作压力。
b)受压零部件1.5倍设计压力试验。
5.1.4选择油缸5.1.4.1根据JB2183—77《液压缸内径系列和柱塞杆外径系列》选择液压缸缸孔直径为Φ250mm 。
则柱塞杆直径为Φ250mm 。
当转舵角为 0时柱塞受力分析如图：轴力图 轴应力σ=21A A F n-N F =n F N F =l M 2=57.02720⨯=631.6 KN柱塞面积A 1=π42d =0.049 2m2A ≈0.25⨯0.15=0.0375 2m σ=54.9 MP σ设计=1.25σ=68.7MP σ零件= 1.5σ设计=103.0 MPσ钢45=598 MP 符合式中：N F —舵柄对柱塞的作用力 n F —液压对柱塞的作用力 当转舵角为 35时柱塞受力分析如图：272057.0=⨯N FN F =631.6 KNNx F = 35cos ⋅N F =517.4 KNNy F = 35sin ⋅N F =326.3 KN轴力图M=x F ny ⋅ M max =500⨯ny F mm=90.6 MP弯矩图剪力图σmax =21A A F nx -+1215.025.064234⨯-⨯d d M π=1215.025.06425.0225.06.900375.0049.04.51734⨯-⨯⨯+-π =45.0+93.3 =138.3 MPσmax 零件=1.25⨯⨯5.1σmax =259.3 MP ＜598 MP 符合 τ=21A A F ny -=0375.0049.02.181-=15.8 MPτ零件=1.25⨯⨯5.1τ=29.6 MP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： M=2αηcos 1⨯⨯⨯⨯R p A I720=4 35cos 85.0057.0049.0⨯⨯⨯⨯⨯I P 工作压力I p =18511.62m kN=18.5 MP设计压力P=1.25I p =23.1 MP 式中：1A —缸孔面积2m P —工作压力 R —舵柄半径0.26m η—推舵机构效率0.85 α—转舵角 35± 5.1.4.3油缸所需流量Q 的确定。
a)油缸柱塞杆从+35 至 30-时升出长度L 的计算。
R —舵柄半径；L —舵柄从+35 至-30 时油缸柱塞杆升出长度L ≈ 30tan 35tan ⋅+⋅R R ≈0.57 30tan 57.035tan ⨯+⨯ ≈0.728m=0.73mb)油腔容积：L A V ⨯=11=0.04930358.073.0m =⨯ 油缸从一舷35 至另一舷 30总容积：V=21V =0.07163m =71.6升c)油缸所需的流量6028⨯=秒流V Q =4.15360286.71=⨯分升5.1.4.4油缸壁厚的计算。
若16>2.3>δD选中等壁厚，则缸体壁厚：[]C p pD+-=ϕσδ)3.2( （《液压传动设计手册》452P ） 式中：p —油缸内工作压力[]MP ； ϕ—强度系数（取ϕ=1）；C —计入管壁公差及腐蚀的附加厚度（取C=0）；D —油缸内径[mm]。
许用应力[]σ=MP nb5.1494598==σ 式中：b σ—材料抗拉强度[45号钢b σ=598MP]； N —安全系数，取n=4。
则δ=1.235.1493.22501.23-⨯⨯=18.0mm则δD =18250=13.9 符合中等壁厚条件 5.1.4.5主要参数柱塞直径：250mm 柱塞行程：800mm 油缸壁厚：18mm 额定压力：23.5MP 5.1.5舵柄柱销剪切强度的核算。
a)油缸柱塞销孔mm 150φ。
故舵柄柱销直径mm 150φ。
材料为#45钢其剪切模G=8.12510cm kgf⨯。
b)切断mm 150φ柱销所需切断力k g f A G F 525103.15015.714.3105.8⨯=⨯⨯⨯=⋅=销切。
c)柱塞杆推力F=1.5PA 1=231kgf 5.169785.1490=⨯⨯故mm 150φ柱销剪切强度是足够的。
5.1.6舵柄强度的验算 5.1.6.1舵柄结构示意图如下：5.1.6.2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。
考虑到舵柄需焊接，采用3A 甲类普通碳素钢（GB —79），其抗拉强度为[]242mm kgf b =σ最大弯矩M=l F ⨯=16978.5=⨯751273387.5mm kgf ⋅ 危险截面处应力=max σ232.3212787575m m kgf M =⨯⨯<[]242mm kgf b =σ 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m kN M ⋅=720采用双键连接。
舵轴直径取Φ300。
选取键30072⨯ GB1096—79。
许用剪应力[]21200120cm kgfMpa ==τ剪力F=kN l M 240015.027202=⨯= 剪应力bl F⨯⨯⨯=25.15.1τ=208.32cm kgf 〈[]τ式中：l —键的长度。
b —键的宽度。
键的强度是足够的。
5.2操舵系统的设计计算和验算 5.2.1操舵系统液压原理图，见附图 5.2.2液压原理图设计说明。
本设计的液压舵机的操舵系统由主操舵舵装置和应急操舵装置两套机构组成。
5.2.2.1主操舵装置液压系统的组成，由两台齿轮泵组成（一台正常工作，另一台备用），压力控制的液流阀，二位四通电磁或手动换向阀，转向器，一只液控双向锁，装在推舵装置附近的双向安全自锁阀和推舵装置组成。
5.2.2.2应急操舵装置液压系统由与主操舵装置合用的供油和压力控制装置，二位四通电磁或手动换向阀，三位四通电磁或手动换向阀，双向安全自锁组合阀和推舵装置组成。
5.2.2.3液压系统中各元件的作用a)齿轮泵组供油，一套正常使用，另一套备用。
两台泵的动力可以用电动机传动，也可用船用动力主机或辅机传动。
b)液流阀：控制系统的压力。
c)二位四通电磁或手动换向阀：控制主操舵装置液压系统与应急操舵装置液压系统油路的液压流向。
d)三位四通电磁或手动换向阀在应急舵时控制舵的转向。
e)转向器是主操舵系统中控制舵的转向和速度。
f)液压双向锁：主操舵时，当舵任意停止时避免外力作用下窜动，同时应急操舵时将主操舵和应急操舵的油路隔开。
g)双向安全自锁组合阀：主要是稳舵和过载保护的作用，即有风浪或其他外力作用在舵叶上，致使油缸某腔压力超载（背压高于工作压力）时，回油路的液控单向阀关阀，回油液通过缓冲阀进行缓冲。
起到稳舵和过载保护舵叶。
外力消除后，系统正常工作。
5.2.3液压系统中各元件的选择 5.2.3.1油泵的选择a)根据5.1.4.2、5.1.4.3的计算知 油缸所需的压力：缸P =23.1 MP=2312cm kgf油缸所需的流量：流Q =153.4minL油缸的总容积：V=71.6L 则：液压泵的排量：泵流排ηη⋅=V Q QV η—系统的容积效率：V η取0.9 泵η—油泵的容积效率：泵η取0.9 排Q =）（9.09.04.153⨯=189.4minLb)选取1JMD —80曲轴连杆式径向油泵。
（《液压传动设计手册》381P ） 主要参数：额定转速：150rpm理论排量：1.608rl额定压力：2402cm kgf容积效率：0.9c)油泵实际排量：Q=1.608=⨯⨯9.0150217.1minl此时实际的操舵时间：t=)()60(Q V V ⋅⨯η=)1.2179.0()6.7160(⨯⨯=22.0（秒）d)油泵的额定压力24MP ，通过溢流阀的压力调节能满足油缸的工作压力。
溢流阀的调定压力为23.1MP （公称压力）。
5.2.3.2油泵电机功率的确定a)按《船舶设计手册》动力手册公式4—127 电机功率≥γ⋅⨯⋅泵h P Q 60式中：Q —泵的额定排量 m i nlP —系统的设计压力 MP 泵η—泵的容积效率 0.9 γ—过载系数γ=1.4-1.6 取1.5 按1JMD —80曲轴连杆式径向油泵计算： P=)5.19.060()5.51.271(⨯⨯⨯=18.41kWb)电机功率应大于18.41kW ，如用三角皮带传动变速。
电机功率kW P P 66.2185.041.18==≥皮带电η5.2.3.3液压件的选择 根据油缸流量153.4minL ，设计压力23.1MP 选取元件列表如下：5.3管件的选择和计算5.3.1压油管的选用a)液压油在油管中的流速V 按3sm 计算： 泵的排量：Q=189.4min L =31.6s m 3410-⨯压油管的内径d ≥1.127V Q =1.1273106.314-⨯=3.7210-⨯m=37mm 选择管内径d=40mm 的无缝钢管。
b)管壁厚：P Pdσδ2≥ P=23.1MP d=40mm n b P σσ= b σ—管材抗拉强度b σ=420MPn —安全系数，取n=424104201040101.23636⨯⨯⨯⨯⨯≥-δ =631010510924⨯⨯=8.8310-⨯m=8.8mm取mm 10=δ。
c)压油管选用：冷拔无缝钢管1050⨯Φ（YB231-64）5.3.2回油管的选用为方便统一起见选回油管与压油管相同。