武汉理工大学 轮机工程系 wangke
第八章 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
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第八章 舵机
steering gear
第一节 舵的作用原理和对舵机的要求
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
3．平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后一
定的距离。一般在舵叶前缘后的 1／ 3处。
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。
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（三）按舵剖面形状来分
1）平板舵 - 仅用一块平板做成
的最简单的舵；
2）改良形平板舵 - 在平板舵上
以木质板，其外形与流线型舵相似
的舵；
3）流线型舵 - 舵的翼剖面是机
翼型的舵，如果带有固定舵柱的就
称为固定舵柱型流线型舵；
4）反应舵 - 是将流线型平衡舵
以螺旋轴为界，按一定流程进行上
下扭曲后的舵，据说这种舵可以提
高推进效率 4- 6％左右。
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特种舵
为了提高船舶的推进效率和改善操纵性能，特别是提高船在低速航行
时的操纵性，而对普通舵进行开发，或者普通舵与别的设备组合的具有
特种型式的舵叫做特种舵。如主动舵、整流帽舵、襟翼舵、转子舵等。
1、主动舵 - 在普通流线型舵的中部后缘处加装一个带有导流管的小
螺旋桨,此桨由装在舵体内的潜水电机或液压马达驱动，依靠舵、桨产
生的力改变船的航向。该种舵最大的特点是在低速或倒航时仍具有良好
的操纵性，而且能提高船的回转性能。还具有低速推进装置的功能。
2、整流帽舵 - 在普通舵（一般是流型舵）的适当位置加装一个外型
为对称机翼剖面的回转体或近似于椭圆形的整流帽,由于整流帽填充了
通常是涡流低压区的空间，使得螺旋桨后部的乱流得到改善。这样不仅
提高推进效率，还能降低船尾的震动，据称在一般舵上加装整流帽后，
可以增加航速 0,3- 0,5。
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3、襟翼舵 - 将舵叶做成主舵和子舵两部分，子舵即是襟翼舵 。当主舵
转动一个角度时，子舵相对主舵再转动另一个角度。这样一来，就明显
地提高了舵效，改善了操纵性能。此种舵的缺点是结构和制造较为复杂。
4、转子舵 - 是在普通舵的前缘装一高速旋转的圆柱,由于圆柱的高
速旋转，产生了一股侧向流，此流即提高舵的升力，同时增加了绕舵的
环流，又增加了升力，从而明显地提高了船的回转性能，此种舵多被回
转性能要求高的船所采用。
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舵的形状与面积：
舵的外形大都作成方形或倒梯形，后者多用在悬式舵上。如果要求有
较大的舵压力，则可将舵的上端后部提高，与船尾部外形相配合。
舵的高度主要由船尾部吃水和尾部外形来决定。但舵的下端，不应超
过螺旋桨圆盘面的下线。
舵面积的大小，对船的操纵性能影响较大。浸在水中的舵面积，一般
不是根据回转直径来决定的，而是以船体水下侧投影面积的百分率来计
算。其公式如下：
S＝ μ·L·T
式中,S为舵面积
L为船舶水线间长（米）
T为船舶最大吃水（米）
μ为实用系数，其值随船舶类型、尺度、船速而异（见下表）：
各种船舶的舵面（以 L·T的％表示）
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各种船舶的舵面（以 L·T的％表示）
船舶类型 μ
海
轮
单 桨 船
双螺旋桨船
油 轮
巨型客轮
快速客轮
沿海船舶
1.6～ 1.9％
1.5～ 2.1％
1.3～ 1.9％
1.2～ 1.7％
1.8～ 2％
2～ 3.3％
内
河
船
客 轮
内河拖轮
长江拖轮
驳 船
方 舟
4～ 8％
6.5～ 13％
7～ 9％
4.5～ 7％
8％以上
军
用
舰
艇
航空母舰
巡 洋 舰
驱 逐 舰
辅 助 舰
鱼 雷 艇
潜 水 艇
2.3～ 2.85％
2.4～ 2.8％
2.6～ 2.85％
2.11～ 2.45％
2.5～ 3.3％
1.85～ 2.32％
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v
FN
FT
F FL
FD
α
F 水作用力FN 舵叶两侧水压力（舵压力）
FT 摩擦力 ｝
FL 升力
FD 阻力F 水作用力 ｛
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F 水作用力FN 舵叶两侧水压力（舵压力）
FT 摩擦力 ｝
FL 升力
FD 阻力F 水作用力 ｛
舵的作用原理
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221 AvCF LL ρ??
221 AvCF DD ρ??
bCx x?
FL 升力
FD 阻力
Cx 压力中心系数
v 水流速度
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水作用力 F 对船舶运动的影响
1.转船力矩
横向推力
阻力
在船舶重心上加一对大小等于 F，方向相反的力 F1,F2
? ? lAvClFXFXlFM LLCDCLS 221s i nco s ραα ?????
αc o s2FT ?
αs in1FR ?
转舵效应；
（ 1）偏转
（ 2）横移
（ 3）减速
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? ? lAvClFXFXlFM LLCDCLS 221s i nco s ραα ?????
1.转船力矩随舵角而变化；
2.转船力矩有最大值 Mmax
3.海船的转船力矩最大值出
现在 30° ～ 35 ° 之间；
内河船的转船力矩最大值
出现在 35° ～ 45 ° 之间。
Ｃ L升力系数
Ｃ D阻力系数
Ｃ X压力中心系数
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1.转船力矩 MS 水作用力 F 对船舶重心所产生的力矩。
2.舵的 水动力矩 Ma 舵压力 FN对舵柱轴线所产生的力矩。
3.转舵力矩 M 操舵装置对舵杆施加的力矩。
4.磨擦力矩 Mf 舵柱支承处总摩擦力矩。
6.公称转舵扭矩 在规定的最大舵角时所能输出的的最大扭矩。
5.转舵力矩 M=Ma+Mf
各项力矩的定义
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(1)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。
(2)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；只有当舵角增大到某一数值之
后,Ma才会因 O点移到轴线之后而变为正值。 舵杆
轴线之前的舵叶面积 A‘与整个舵叶面积 A之比，称
为平衡系数，用 K表示。 图示出了舵叶具有不同平
衡系数时的水动力矩曲线。由图可见，平衡系数越
大，舵叶的最大水动力矩越小，即舵机所需的公称
转舵扭矩较小。
(3)船舶倒航时，由于舵叶后缘变成了导边，压力
中心离开舵杆轴线的距离因而增大，致使舵压力的
力臂大大增加，故在其它条件相同时,同一舵角下
倒航时的水动力矩就会超过正航时的水动力矩。
转
船
力
矩
水
动
力
矩
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对舵机的要求
舵机是保持或改变船舶航向，保证安全航行的重要设备，一旦
失灵，船即会失去控制，甚至事故。因此，我国, 钢质海船人级与
建造规范, (1996)根据, 国际海上人命安全公约 )(SOLAS公约 )的规
定，对舵机的基本技术要求是：
(1)必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置；或主操舵装置有两
套以上的动力设备。 当其中之一失效时，另一套应能迅速投入工作。
主操舵装置应具有足够的强度并能在船舶处于最深航海吃水并以
最大营运航速前进时将舵自任何一舷 35° 转至另一舷的 35 °,并
且于相同的条件下，自一舷的 35 ° 转至另一舷的 30 ° 所需的时间
不超过 28s。 此外，在船以最大速度后退时应不致损坏。
辅操舵装置应具有足够的强度，且能 在船舶处于最深航海吃水，
并以最大营运航速的一半但不小于 7kn前进时，能在不超过 60s内
将舵自任一舷的 15 ° 转至另一舷的 15 ° 。
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(2)主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器； 当主操舵装置设置
两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，且均能在驾驶室控制。
但如果采用液压遥控系统，除 1万 Gt以上的油轮 (包括化学品船、液化
气船，下同 )外，不必设置第二套独立的控制系统。
(3)对舵柄处舵杆直径大于 230mm(不包括航行冰区加强 )的船应设
有能在 45s内向操舵装置提供的替代动力源。 这种动力源应为应急电
源位于舵机室内的独立动力源，其容量至少应能向符合辅操舵装置要
求的一台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源。此独
立动力源只准专用于上述目的。 对 1万 Gt以上的船舶，它应至少可供
工作 30min，对其它船舶为 10min。
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(4)操舵装置应设有有效的舵角限位器。 以动力转舵的操舵装置，应
装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。
(5)对 1万 Gt以上的油船、化学品船、液化气体运输船尚有如下一些
附加要求：当发生单项故障 (舵柄、舵扇损坏或转舵机构卡住除外 )而
丧失操舵能力时，应能在 45s内重新获得操舵能力。
舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组
成；或至少有两个相同的动力转舵系统，在正常运行时同时能满足主
操舵装置要求，其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷
的系统应能自动隔离，使其余动力转舵系统安全运行。
有的转舵机构虽不能分隔成两部分，但如经过严格的应力分析 (包
括疲劳和断裂分析 )、密封设计、材料选用和试验，则也可 允许用于 1
万 Gt以上,10万 Gt以下的油船、化学品船、液化气体运输船。在这
种情况下，只对管系或动力设备而不对转舵机构提出下列要求：即当
发生单一故障时应能在 45s内恢复操舵能力。
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6)能被隔断的、由于动力源或外力作用能产生压力的液压系统任何
部分均应设置安全阀。 安全阀开启压力应不小于 1.25倍最大工作压
力；安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的 110％，在此情
况下，压力的升高不应超过开启压力的 10％，且不应超过设计压力
值。
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第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
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基本组成,1.远操机构 （转递操舵信号）
2.舵机 （提供转舵动力）
3.转舵机构 （对舵柱产生转舵力矩）
4.舵叶 （产生转船力矩）
分类,1.按远操机构分 机械、电力、液压
2.按舵机能源分 人力、气动、电动、液压
3.按转舵机构分 往复、转叶
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第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
分类,变向变量泵式（变向泵式）
定向定量泵式（换向阀式）
组成,1.操纵系统－转递操舵信号
2.控制元件－控制油液的流向、流量和压力
3.转舵机构－将油液的压力能转变为机械能
4.动力源－提供一定压力和流量的油液
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液压舵机组成框图
变向泵式
换向阀式
反馈机构
发
送
器
受
动
器
变
向
变
量
泵
转
舵
机
构
舵
叶
远操机构
操
纵
阀
三
位
四
通
阀
控
制
油
缸
式
换
向
阀
手
、
液
动
转
舵
机
构
舵
叶
副油泵 主油泵
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一、泵控型液压舵机
受动器 反馈机构
变向泵
转舵机构
舵柱 储能弹簧防浪阀
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追随机构 机械杠杆：三点式、五点式（带副杠杆式）
电子反馈式
1.三点式追随机构
A
B
C
B
C C'
A A' AA'
B B'
A 操纵点，Ｂ追随点，Ｃ控制点
1 1
C C'
A A'
BB' 2
1
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C C'
A A'
BB' 2
1
CC'
AA'
B B'2
1
三点式杠杆特点：
ＡＡ‘一次性位移不能太大，受ＣＣ’
最大可位移量确定，否则会损坏控制
处的机件。（用储能弹簧克服该缺点）
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1.完成一次性操大舵，使ＣＣ‘在最大位置时间长，加快转舵速度；
2.避免控制点机件损坏；
储能弹簧的功能
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2.五点式（带副杠杆式）
A
B
C
D
E
B
C
D
E
A A' A A'
B
C
D
E
C' C'
有位移放大作用，
操小舵角时使控制
点Ｃ有较大的位移，
使变量泵有较大的
排量，使得转舵速
度快。
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第三节 液压舵机的转舵机构
分类,1.往复式转舵机构
2.回转式转舵机构
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1.往复式转舵机构
１）滑式转舵机构
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滑式转舵机构特点
1）扭矩特性良好，承载能力较大；
2）撞杆与油缸的密封采用Ｖ字型，密封可靠，具有
自动补偿能力；
3）油缸精加工面少；
4）尺寸、重量大；
5）安装、检修比较麻烦
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? 资料表明，当往复式舵机最大工作油压由 10MPa提高
到 20MPa时，往复式舵机的长度大约缩短 5％～ 10％，
重量约可减轻 20％，并使工作油液的使用量减少 l／ 2左右。
? 但是，上述各项指标并非随油压的进一步提高按线性
关系减小，当油压从 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％。
? 此外，进一步提高工作油压，还将对液压设备的生产
和管理水平提出更高的要求，故目前液压舵机的最大工作
油压，多不超过 20MPa。
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采用Ｖ字型密封
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２）滚轮式转舵机构
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３）摆缸式转舵机构
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2.回转式转舵机构
AEG型转叶舵机油缸
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第四节 液压舵机的遥控系统
1.伺服油缸式舵机遥控系统
2.交流伺服电机式舵机遥控系统
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1.伺服油缸式舵机遥控系统
由电气遥控和液压伺服两部分组成：
1）将驾驶台发出的信号转到舵机室；
2）将信号转换成伺服油缸活塞的位移
（通过追随机构控制主油泵的变量机构，
实现远距离操舵）。
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2.交流伺服电机式舵机遥控系统
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第五节 舵机液压系统实例
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一、
泵
控
型
舵
机
液
压
系
统
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1.工况选择
单泵四缸工况
双泵四缸工况
单泵两缸工况
2.主油路的锁闭
3.补油、放气和压
力保护
4.辅油泵的作用
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一、阀控型舵机液压系统
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1.工况选择
正常工作
No.2泵带 1,2缸工作
No.1泵带 3,4缸工作
2.自动安全切换装置
自动的使一对油缸与主油路隔断，自动的转换工
作油泵和油缸。
No.1系统 → No.2系统或 No.2系统 → No.1
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第六节 液压舵机的管理
一、舵机充油和调试
1.系统的清洗和充油
2.舵机的试验和调试
3.安全阀的整定
二、舵机管理注意事项
1.油位、油温、油压
2.滤器、润滑
3.泄漏、噪音
4.机械过热
5.联轴节、阀和固定螺帽
三、舵机常见故障
1.舵不能转动
2.只能单向转舵
3.转舵时间打不到规定要求
4.滞舵、冲舵、跑舵
5.舵机有异常声音和振动
6.舵不准
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第六节 液压舵机的管理
?滞舵－舵叶的转动滞后于操舵动作。
?冲舵－舵转到指令舵角后冲转过头。
?跑舵－稳舵期间舵偏离所停舵角。
?舵不准－转舵停止时实际舵角与指令舵角误
差超过 ± 1° 。
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第八章 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
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第八章 舵机
steering gear
第一节 舵的作用原理和对舵机的要求
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
3．平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后一
定的距离。一般在舵叶前缘后的 1／ 3处。
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。
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（三）按舵剖面形状来分
1）平板舵 - 仅用一块平板做成
的最简单的舵；
2）改良形平板舵 - 在平板舵上
以木质板，其外形与流线型舵相似
的舵；
3）流线型舵 - 舵的翼剖面是机
翼型的舵，如果带有固定舵柱的就
称为固定舵柱型流线型舵；
4）反应舵 - 是将流线型平衡舵
以螺旋轴为界，按一定流程进行上
下扭曲后的舵，据说这种舵可以提
高推进效率 4- 6％左右。
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特种舵
为了提高船舶的推进效率和改善操纵性能，特别是提高船在低速航行
时的操纵性，而对普通舵进行开发，或者普通舵与别的设备组合的具有
特种型式的舵叫做特种舵。如主动舵、整流帽舵、襟翼舵、转子舵等。
1、主动舵 - 在普通流线型舵的中部后缘处加装一个带有导流管的小
螺旋桨,此桨由装在舵体内的潜水电机或液压马达驱动，依靠舵、桨产
生的力改变船的航向。该种舵最大的特点是在低速或倒航时仍具有良好
的操纵性，而且能提高船的回转性能。还具有低速推进装置的功能。
2、整流帽舵 - 在普通舵（一般是流型舵）的适当位置加装一个外型
为对称机翼剖面的回转体或近似于椭圆形的整流帽,由于整流帽填充了
通常是涡流低压区的空间，使得螺旋桨后部的乱流得到改善。这样不仅
提高推进效率，还能降低船尾的震动，据称在一般舵上加装整流帽后，
可以增加航速 0,3- 0,5。
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3、襟翼舵 - 将舵叶做成主舵和子舵两部分，子舵即是襟翼舵 。当主舵
转动一个角度时，子舵相对主舵再转动另一个角度。这样一来，就明显
地提高了舵效，改善了操纵性能。此种舵的缺点是结构和制造较为复杂。
4、转子舵 - 是在普通舵的前缘装一高速旋转的圆柱,由于圆柱的高
速旋转，产生了一股侧向流，此流即提高舵的升力，同时增加了绕舵的
环流，又增加了升力，从而明显地提高了船的回转性能，此种舵多被回
转性能要求高的船所采用。
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舵的形状与面积：
舵的外形大都作成方形或倒梯形，后者多用在悬式舵上。如果要求有
较大的舵压力，则可将舵的上端后部提高，与船尾部外形相配合。
舵的高度主要由船尾部吃水和尾部外形来决定。但舵的下端，不应超
过螺旋桨圆盘面的下线。
舵面积的大小，对船的操纵性能影响较大。浸在水中的舵面积，一般
不是根据回转直径来决定的，而是以船体水下侧投影面积的百分率来计
算。其公式如下：
S＝ μ·L·T
式中,S为舵面积
L为船舶水线间长（米）
T为船舶最大吃水（米）
μ为实用系数，其值随船舶类型、尺度、船速而异（见下表）：
各种船舶的舵面（以 L·T的％表示）
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各种船舶的舵面（以 L·T的％表示）
船舶类型 μ
海
轮
单 桨 船
双螺旋桨船
油 轮
巨型客轮
快速客轮
沿海船舶
1.6～ 1.9％
1.5～ 2.1％
1.3～ 1.9％
1.2～ 1.7％
1.8～ 2％
2～ 3.3％
内
河
船
客 轮
内河拖轮
长江拖轮
驳 船
方 舟
4～ 8％
6.5～ 13％
7～ 9％
4.5～ 7％
8％以上
军
用
舰
艇
航空母舰
巡 洋 舰
驱 逐 舰
辅 助 舰
鱼 雷 艇
潜 水 艇
2.3～ 2.85％
2.4～ 2.8％
2.6～ 2.85％
2.11～ 2.45％
2.5～ 3.3％
1.85～ 2.32％
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v
FN
FT
F FL
FD
α
F 水作用力FN 舵叶两侧水压力（舵压力）
FT 摩擦力 ｝
FL 升力
FD 阻力F 水作用力 ｛
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F 水作用力FN 舵叶两侧水压力（舵压力）
FT 摩擦力 ｝
FL 升力
FD 阻力F 水作用力 ｛
舵的作用原理
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221 AvCF LL ρ??
221 AvCF DD ρ??
bCx x?
FL 升力
FD 阻力
Cx 压力中心系数
v 水流速度
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水作用力 F 对船舶运动的影响
1.转船力矩
横向推力
阻力
在船舶重心上加一对大小等于 F，方向相反的力 F1,F2
? ? lAvClFXFXlFM LLCDCLS 221s i nco s ραα ?????
αc o s2FT ?
αs in1FR ?
转舵效应；
（ 1）偏转
（ 2）横移
（ 3）减速
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? ? lAvClFXFXlFM LLCDCLS 221s i nco s ραα ?????
1.转船力矩随舵角而变化；
2.转船力矩有最大值 Mmax
3.海船的转船力矩最大值出
现在 30° ～ 35 ° 之间；
内河船的转船力矩最大值
出现在 35° ～ 45 ° 之间。
Ｃ L升力系数
Ｃ D阻力系数
Ｃ X压力中心系数
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1.转船力矩 MS 水作用力 F 对船舶重心所产生的力矩。
2.舵的 水动力矩 Ma 舵压力 FN对舵柱轴线所产生的力矩。
3.转舵力矩 M 操舵装置对舵杆施加的力矩。
4.磨擦力矩 Mf 舵柱支承处总摩擦力矩。
6.公称转舵扭矩 在规定的最大舵角时所能输出的的最大扭矩。
5.转舵力矩 M=Ma+Mf
各项力矩的定义
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(1)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。
(2)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；只有当舵角增大到某一数值之
后,Ma才会因 O点移到轴线之后而变为正值。 舵杆
轴线之前的舵叶面积 A‘与整个舵叶面积 A之比，称
为平衡系数，用 K表示。 图示出了舵叶具有不同平
衡系数时的水动力矩曲线。由图可见，平衡系数越
大，舵叶的最大水动力矩越小，即舵机所需的公称
转舵扭矩较小。
(3)船舶倒航时，由于舵叶后缘变成了导边，压力
中心离开舵杆轴线的距离因而增大，致使舵压力的
力臂大大增加，故在其它条件相同时,同一舵角下
倒航时的水动力矩就会超过正航时的水动力矩。
转
船
力
矩
水
动
力
矩
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对舵机的要求
舵机是保持或改变船舶航向，保证安全航行的重要设备，一旦
失灵，船即会失去控制，甚至事故。因此，我国, 钢质海船人级与
建造规范, (1996)根据, 国际海上人命安全公约 )(SOLAS公约 )的规
定，对舵机的基本技术要求是：
(1)必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置；或主操舵装置有两
套以上的动力设备。 当其中之一失效时，另一套应能迅速投入工作。
主操舵装置应具有足够的强度并能在船舶处于最深航海吃水并以
最大营运航速前进时将舵自任何一舷 35° 转至另一舷的 35 °,并
且于相同的条件下，自一舷的 35 ° 转至另一舷的 30 ° 所需的时间
不超过 28s。 此外，在船以最大速度后退时应不致损坏。
辅操舵装置应具有足够的强度，且能 在船舶处于最深航海吃水，
并以最大营运航速的一半但不小于 7kn前进时，能在不超过 60s内
将舵自任一舷的 15 ° 转至另一舷的 15 ° 。
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(2)主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器； 当主操舵装置设置
两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，且均能在驾驶室控制。
但如果采用液压遥控系统，除 1万 Gt以上的油轮 (包括化学品船、液化
气船，下同 )外，不必设置第二套独立的控制系统。
(3)对舵柄处舵杆直径大于 230mm(不包括航行冰区加强 )的船应设
有能在 45s内向操舵装置提供的替代动力源。 这种动力源应为应急电
源位于舵机室内的独立动力源，其容量至少应能向符合辅操舵装置要
求的一台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源。此独
立动力源只准专用于上述目的。 对 1万 Gt以上的船舶，它应至少可供
工作 30min，对其它船舶为 10min。
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(4)操舵装置应设有有效的舵角限位器。 以动力转舵的操舵装置，应
装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。
(5)对 1万 Gt以上的油船、化学品船、液化气体运输船尚有如下一些
附加要求：当发生单项故障 (舵柄、舵扇损坏或转舵机构卡住除外 )而
丧失操舵能力时，应能在 45s内重新获得操舵能力。
舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组
成；或至少有两个相同的动力转舵系统，在正常运行时同时能满足主
操舵装置要求，其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷
的系统应能自动隔离，使其余动力转舵系统安全运行。
有的转舵机构虽不能分隔成两部分，但如经过严格的应力分析 (包
括疲劳和断裂分析 )、密封设计、材料选用和试验，则也可 允许用于 1
万 Gt以上,10万 Gt以下的油船、化学品船、液化气体运输船。在这
种情况下，只对管系或动力设备而不对转舵机构提出下列要求：即当
发生单一故障时应能在 45s内恢复操舵能力。
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6)能被隔断的、由于动力源或外力作用能产生压力的液压系统任何
部分均应设置安全阀。 安全阀开启压力应不小于 1.25倍最大工作压
力；安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的 110％，在此情
况下，压力的升高不应超过开启压力的 10％，且不应超过设计压力
值。
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第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
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基本组成,1.远操机构 （转递操舵信号）
2.舵机 （提供转舵动力）
3.转舵机构 （对舵柱产生转舵力矩）
4.舵叶 （产生转船力矩）
分类,1.按远操机构分 机械、电力、液压
2.按舵机能源分 人力、气动、电动、液压
3.按转舵机构分 往复、转叶
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第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
分类,变向变量泵式（变向泵式）
定向定量泵式（换向阀式）
组成,1.操纵系统－转递操舵信号
2.控制元件－控制油液的流向、流量和压力
3.转舵机构－将油液的压力能转变为机械能
4.动力源－提供一定压力和流量的油液
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液压舵机组成框图
变向泵式
换向阀式
反馈机构
发
送
器
受
动
器
变
向
变
量
泵
转
舵
机
构
舵
叶
远操机构
操
纵
阀
三
位
四
通
阀
控
制
油
缸
式
换
向
阀
手
、
液
动
转
舵
机
构
舵
叶
副油泵 主油泵
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一、泵控型液压舵机
受动器 反馈机构
变向泵
转舵机构
舵柱 储能弹簧防浪阀
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追随机构 机械杠杆：三点式、五点式（带副杠杆式）
电子反馈式
1.三点式追随机构
A
B
C
B
C C'
A A' AA'
B B'
A 操纵点，Ｂ追随点，Ｃ控制点
1 1
C C'
A A'
BB' 2
1
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C C'
A A'
BB' 2
1
CC'
AA'
B B'2
1
三点式杠杆特点：
ＡＡ‘一次性位移不能太大，受ＣＣ’
最大可位移量确定，否则会损坏控制
处的机件。（用储能弹簧克服该缺点）
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1.完成一次性操大舵，使ＣＣ‘在最大位置时间长，加快转舵速度；
2.避免控制点机件损坏；
储能弹簧的功能
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2.五点式（带副杠杆式）
A
B
C
D
E
B
C
D
E
A A' A A'
B
C
D
E
C' C'
有位移放大作用，
操小舵角时使控制
点Ｃ有较大的位移，
使变量泵有较大的
排量，使得转舵速
度快。
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第三节 液压舵机的转舵机构
分类,1.往复式转舵机构
2.回转式转舵机构
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1.往复式转舵机构
１）滑式转舵机构
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滑式转舵机构特点
1）扭矩特性良好，承载能力较大；
2）撞杆与油缸的密封采用Ｖ字型，密封可靠，具有
自动补偿能力；
3）油缸精加工面少；
4）尺寸、重量大；
5）安装、检修比较麻烦
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? 资料表明，当往复式舵机最大工作油压由 10MPa提高
到 20MPa时，往复式舵机的长度大约缩短 5％～ 10％，
重量约可减轻 20％，并使工作油液的使用量减少 l／ 2左右。
? 但是，上述各项指标并非随油压的进一步提高按线性
关系减小，当油压从 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％。
? 此外，进一步提高工作油压，还将对液压设备的生产
和管理水平提出更高的要求，故目前液压舵机的最大工作
油压，多不超过 20MPa。
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采用Ｖ字型密封
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２）滚轮式转舵机构
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３）摆缸式转舵机构
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2.回转式转舵机构
AEG型转叶舵机油缸
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第四节 液压舵机的遥控系统
1.伺服油缸式舵机遥控系统
2.交流伺服电机式舵机遥控系统
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1.伺服油缸式舵机遥控系统
由电气遥控和液压伺服两部分组成：
1）将驾驶台发出的信号转到舵机室；
2）将信号转换成伺服油缸活塞的位移
（通过追随机构控制主油泵的变量机构，
实现远距离操舵）。
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2.交流伺服电机式舵机遥控系统
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第五节 舵机液压系统实例
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一、
泵
控
型
舵
机
液
压
系
统
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1.工况选择
单泵四缸工况
双泵四缸工况
单泵两缸工况
2.主油路的锁闭
3.补油、放气和压
力保护
4.辅油泵的作用
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一、阀控型舵机液压系统
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1.工况选择
正常工作
No.2泵带 1,2缸工作
No.1泵带 3,4缸工作
2.自动安全切换装置
自动的使一对油缸与主油路隔断，自动的转换工
作油泵和油缸。
No.1系统 → No.2系统或 No.2系统 → No.1
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第六节 液压舵机的管理
一、舵机充油和调试
1.系统的清洗和充油
2.舵机的试验和调试
3.安全阀的整定
二、舵机管理注意事项
1.油位、油温、油压
2.滤器、润滑
3.泄漏、噪音
4.机械过热
5.联轴节、阀和固定螺帽
三、舵机常见故障
1.舵不能转动
2.只能单向转舵
3.转舵时间打不到规定要求
4.滞舵、冲舵、跑舵
5.舵机有异常声音和振动
6.舵不准
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第六节 液压舵机的管理
?滞舵－舵叶的转动滞后于操舵动作。
?冲舵－舵转到指令舵角后冲转过头。
?跑舵－稳舵期间舵偏离所停舵角。
?舵不准－转舵停止时实际舵角与指令舵角误
差超过 ± 1° 。
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