液壓舵機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算

液壓舵機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算目的通過對(duì)液壓舵機(jī)各組成部分的設(shè)計(jì)、計(jì)算和驗(yàn)算確保本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的液壓舵機(jī)能滿足船舶航行時(shí)轉(zhuǎn)舵及安全的需要。適用范圍本設(shè)計(jì)計(jì)算中的有關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和內(nèi)容，只適用于本設(shè)計(jì)中的液壓舵機(jī)。引用標(biāo)準(zhǔn)本設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)用：a） GB7185—87《內(nèi)河船液壓舵機(jī)》b） GB11636—89《柱塞式液壓舵機(jī)安裝技術(shù)條件》c） 《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》d） 《船舶材料手冊(cè)》e） 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》f） 《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》之第三、十三章《操舵裝置與錨機(jī)裝置》g） JB2183—77《液壓缸內(nèi)徑系列和柱塞桿外徑系列》標(biāo)準(zhǔn)h） GB3004—85《船用往復(fù)式液壓缸基本參數(shù)》標(biāo)準(zhǔn)i） 《液壓舵機(jī)與液壓起重機(jī)》相關(guān)內(nèi)容液壓舵機(jī)的組成4.1轉(zhuǎn)舵（推舵）機(jī)構(gòu)；即液壓能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)舵機(jī)械能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4.2操舵系統(tǒng)：即對(duì)液壓流向和液體壓力控制并能控制舵葉轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)計(jì)算5.1推舵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和驗(yàn)算。5.1.1根據(jù)GB7185—87《內(nèi)河船液壓舵機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)采用：四缸兩柱塞撥叉式液壓舵機(jī)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。5.1.2根據(jù)GB7185—87《內(nèi)河船液壓舵機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)。a）公稱扭轉(zhuǎn)為72t?m?35。工作舵角b）3035。）s（28,正常航段W）至另一弦轉(zhuǎn)舵時(shí)間（一弦c）.???87《內(nèi)河船液壓舵機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)GB7185—5.1.31.25倍最大工作壓力。a）設(shè)計(jì)壓力為1.5倍設(shè)計(jì)壓力試驗(yàn)。b）受壓零部件選擇油缸5.1.4《液壓缸內(nèi)徑系列和柱塞桿外徑系列》選擇液壓缸缸孔直77根據(jù)JB2183—5.1.4.1。250mm。貝V柱塞桿直徑為①250mm徑為①當(dāng)轉(zhuǎn)舵角為時(shí)柱塞受力分析如圖： 0?■軸力圖Fn 0=軸應(yīng)力A?A21FF =nNM720F==631-6=KN“212?0.57.

dmA=n=0.049柱塞面積4Am~0.250.15=0.0375?o=54.9MP22122o=1.25o=68.7MPo= 1.5o=103.0MPo符合=598MP45式中：—舵柄對(duì)柱塞的作用力 —液壓對(duì)柱塞的作用力FF時(shí)柱塞受力nN?分析如圖：當(dāng)轉(zhuǎn)舵角為35門frr FL72057??0.FF=631.6KNNNyNNNx?KN=F=326.3NyNNNx?KN=F=326.3KN=35sinF?N?F35?cosF=517.4軸力圖F?xF?500MPmm=90.6=M= M彎矩圖mm=90.6=M= M彎矩圖.nynyaxm剪力圖25d0.M90?.6?F4.51722onx+==25d0.M90?.6?F4.51722onxaxm3344d0.?0.15?0.250??12646412=45.0+93.321=138.3MPo=1.25o=259.3MPV598MP 符合？5?1. 皿F181.2=15.8MPaxmaxm ny

=T=0?049?0.0375空1t=1?25t=29.6MP?5?1?推舵機(jī)構(gòu)示意圖1、2—油缸 3—舵柄 4—舵軸5—舵柄柱銷 6—油缸柱銷 舵柄半徑R5.1.4.2油缸工作壓力計(jì)算：??cos?p?R??AM=235?.?.?P0490?.?0057085cos720=4I1? IkN=18.5MP=18511.6工作壓力pm=23.1MP設(shè)計(jì)壓力P=1.25p式中：—缸孔面積AmP2I I2 1—工作壓力0.26mR—舵柄半徑?0.85—推舵機(jī)構(gòu)效率—轉(zhuǎn)舵角35?Q的確定。5.1.4.3油缸所需流量+35的計(jì)算。至?xí)r升出長??度L a）度L a）油缸柱塞桿從30?至-30時(shí)油缸柱塞桿升出長度一舵柄從R—舵柄半徑；L+3530tanRR?tan35??L~????30tan.?tan5735??00.57??~0.728m=0.73mii?3?Vm30=71?6升總?cè)莘e：V=ii?3?Vm30=71?6升總?cè)莘e：V=2=0.0716 油缸從一舷35至另一舷］升V6.7160Q??4.??60153油缸所需的流量c） =28分秒28流．油缸壁厚的計(jì)算。5.1.4.4D16＞選中等壁厚， 若2.?3 ?pD?則缸體壁厚：）（《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P?C??? 452??）p3?（2??？式中：P—油缸內(nèi)工作壓力；MP??）一強(qiáng)度系數(shù)（取；=1）;C—計(jì)入管壁公差及腐蝕的附加厚度（取C=0[mm]。D一油缸內(nèi)徑?598??b?許用應(yīng)力=MP.?149?5 4n??號(hào)鋼；式中：=598MP]—材料抗拉強(qiáng)度[45 。N—安全系數(shù)，取n=4bb250?.123?=18.0mm則= l.?233?149.52.250D則符合中等壁厚條件=13.9 =.?185.1.4.5主要參數(shù)250mm柱塞直徑：800mm柱塞行程：18mm油缸壁厚：23.5MP額定壓力：舵柄柱銷剪切強(qiáng)度的核算。5.1.5??鋼其剪切模。故舵柄柱銷直徑a）油缸柱塞銷#孔。材料為45mm150mm150kgf10?°G=8.12cm?柱銷所需切斷力b）切斷mm150525kgf?1053?1501.?5??FG?A8.?10?3.147.o c）柱塞桿推力F=1.5PA=231kgf5..15?16978??4901?柱銷剪切強(qiáng)度是足夠的。故mm150舵柄強(qiáng)度的驗(yàn)算5.1.6．舵柄結(jié)構(gòu)示意圖如下：5.1.6.1從圖中可以看出舵柄的危險(xiǎn)截面在舵柄柱銷處。按抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算。5.1.6.2a，其抗拉強(qiáng)度為甲類普通碳素鋼（GB—79考慮到舵柄需焊接，采用）3kgf???42?mm 最大彎矩M=1273387.5=16978.5mmkgf???75?Fl75?Mkgfkgf??42??危險(xiǎn)截面處應(yīng)力＜ 232.? mmmm7875?12 單邊強(qiáng)度足夠。5.1.7舵軸22baxm 3鍵的強(qiáng)度計(jì)算和尺寸確定 舵軸扭矩采用雙鍵連接。m720kN?M??舵軸直徑取。30079?！x取鍵 GB109630072?kgf???1200??120Mpa 許用剪應(yīng)力cm720MkN?2400?F= 剪力15.l22?0F.25?51.?1kgf???〈 剪應(yīng)力=208.3cmb?l2式中：l—鍵的長度。b—鍵的寬度。鍵的強(qiáng)度是足夠的。5.2操舵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和驗(yàn)算5.2.1操舵系統(tǒng)液壓原理圖，見附圖5.2.2液壓原理圖設(shè)計(jì)說明。本設(shè)計(jì)的液壓舵機(jī)的操舵系統(tǒng)由主操舵舵裝置和應(yīng)急操舵裝置兩套機(jī)構(gòu)組成。5.2.2.1主操舵裝置液壓系統(tǒng)的組成，由兩臺(tái)齒輪泵組成（一臺(tái)正常工作，另一臺(tái)備用），壓力控制的液流閥，二位四通電磁或手動(dòng)換向閥，轉(zhuǎn)向器，一只液控雙向鎖，裝在推舵裝置附近的雙向安全自鎖閥和推舵裝置組成。5.2.2.2應(yīng)急操舵裝置液壓系統(tǒng)由與主操舵裝置合用的供油和壓力控制裝置，二位四通電磁或手動(dòng)換向閥，三位四通電磁或手動(dòng)換向閥，雙向安全自鎖組合閥和推舵裝置組成。5.2.2.3液壓系統(tǒng)中各元件的作用a） 齒輪泵組供油，一套正常使用，另一套備用。兩臺(tái)泵的動(dòng)力可以用電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，也可用船用動(dòng)力主機(jī)或輔機(jī)傳動(dòng)。b） 液流閥：控制系統(tǒng)的壓力。c） 二位四通電磁或手動(dòng)換向閥：控制主操舵裝置液壓系統(tǒng)與應(yīng)急操舵裝置液壓系統(tǒng)油路的液壓流向。d） 三位四通電磁或手動(dòng)換向閥在應(yīng)急舵時(shí)控制舵的轉(zhuǎn)向。e） 轉(zhuǎn)向器是主操舵系統(tǒng)中控制舵的轉(zhuǎn)向和速度。f） 液壓雙向鎖：主操舵時(shí)，當(dāng)舵任意停止時(shí)避免外力作用下竄動(dòng)，同時(shí)應(yīng)急操舵時(shí)將主操舵和應(yīng)急操舵的油路隔開。g） 雙向安全自鎖組合閥：主要是穩(wěn)舵和過載保護(hù)的作用，即有風(fēng)浪或其他外力作用在舵葉上，致使油缸某腔壓力超載（背壓高于工作壓力）時(shí)，回油路的液控單向閥關(guān)閥，回油液通過緩沖閥進(jìn)行緩沖。起到穩(wěn)舵和過載保護(hù)舵葉。外力消除后，系統(tǒng)正常工作。5.2.3液壓系統(tǒng)中各元件的選擇5.2.3.1油泵的選擇的計(jì)算知5.1.4.3、5.1.4.2根據(jù)a）.kgf=23.1MP=231油缸所需的壓力： PcmL=153.4油缸所需的流量：Qmin2V=71.6L油缸的總?cè)莘e：Q貝V：液壓泵的排量：?Q?????0.9—系統(tǒng)的容積效率： 取？?0.9—油泵VVV的容積效率： 取4153.LQ==189.4min0.9.9?）（0P《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》）—80曲軸連桿式徑向油泵。（lb）選取JMD150rpm381主要參數(shù)：額定轉(zhuǎn)速：l理論排量：1.608rkgf額定壓力：2402cm0.9容積效率：lQ=1.608217.1c）油泵實(shí)際排量：？?1509?0.min）?V（60t=此時(shí)實(shí)際的操舵時(shí)間：?）（?Q）660?71.（= ）19?217.（0.=22.0（秒）油泵的額定壓力24MP,通過溢流閥的壓力調(diào)節(jié)能滿足油缸的工作壓力。d)(公稱壓力)。溢流閥的調(diào)定壓力為23.1MP523.2油泵電機(jī)功率的確定1274—a)按《船舶設(shè)計(jì)手冊(cè)》動(dòng)力手冊(cè)公式PQ?電機(jī)功率三？?60?h1Q—泵的額定排泵量式中：min P—系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力MP?—泵的容積效率 0.9 ??1.5取=1.4-1.6—過載系數(shù)曲軸連桿式徑向油泵計(jì)算：一80按1JMD)?5.5(271.1=18.41kWP=)51.(60?0.9?,如用三角皮帶傳動(dòng)變速。電機(jī)功率應(yīng)大于18.41kWb)41.18P電機(jī)功率kW?P??21.66?85.0 液壓件的選擇5.2.3.3l23.1MP153.4選取元件列表如下：根據(jù)油缸流量，設(shè)計(jì)壓力min接口尺備注元件名稱序排量流量型號(hào)壓力數(shù)量寸號(hào)l241曲軸連桿式MP1JMD-80250mm?1.608r(內(nèi)徑)徑向油泵1DF-L32K135MP單向閥2322mm板式連接？250min1YF-H32B32mm最小調(diào)定35MP31溢流閥？250min壓力l24E(S)I1-H32B35MP132mm4二位四通？250min-T(W)(手動(dòng)電磁換向閥)134E(S)M-H32B35MP132三位四通mm5?250min-T(手動(dòng)電換向閥BZZ-750A3M16m6轉(zhuǎn)向25miSO-H32B-FD液控雙向M3713m25miZY/AY-E23.1/雙向安全33m18M25mi10L鎖組合M1壓力961MP5.3管件的選擇和計(jì)算5.3.1壓油管的選用m計(jì)算：3Va)液壓油在油管中的流速按smL189.4=31.6泵的排量：Q=10?sminQ10?31.6m=37mm34? 4? 2?=1.1271.127壓油管的內(nèi)徑d±=3.710?V3的無縫鋼管。選擇管內(nèi)徑d=40mmPd??d=40mmP=23.1MP b）管壁厚： ？2p?????=420MP—管材抗拉強(qiáng)度—安全系數(shù)，取nn=4bPbbn101?10?40?23.??36?2420?10?410924?m=8.8mm6 3 3?==8.810?10105??。6取mm?10YB231-64）c）壓油管選用：冷拔無縫鋼管（1050??5.3.2回油管的選用為方便統(tǒng)一起見選回油管與壓油管相同。油箱容積的計(jì)算5.4章，油箱的有效容355.4.1根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)分冊(cè)第Q積V=3。LQ=189.41根據(jù)前面計(jì)算JMD-80實(shí)際排量min油箱的有效容積V=3l2568?189.4?.l?682v?1.2?V油箱的體積“L800800?高1000??寬本設(shè)計(jì)的油箱尺寸為：長1000滿足要求。？銅網(wǎng)濾油器。?505.4.2油箱設(shè)有油溫測(cè)量計(jì)，濾油器采用過濾精度W25m6?液壓油的選用以及船舶航行于江河四24MP，采用徑向柱塞泵，本設(shè)計(jì)的液壓舵機(jī)工作壓力為《液壓油類產(chǎn)品的分組、命名和代號(hào)》選用一81季溫