?第三节
?液压舵机的转舵机构
8-3 液压舵机的转舵机构
?将油泵供给的液压能变为转动舵杆的机械
能，以推动舵叶偏转
?根据动作方式不同，可分两大类：
? 往复式
? 回转式
8-3-1 滑式转舵机构
?是应用最广的一种传统型式
?它又有十字头式和拨叉式之分
?十字头式转舵机构
? 由转舵油缸、插入油缸中的撞杆以及与舵柄相
连接的十字形滑动接头等所组成
? 当转舵扭矩较小时
? 常用如图 8— 5所示的双向双缸单撞杆的型式
? 而当转舵扭矩较大时
? 多采用四缸、双撞杆的结构
? 如图 8— 6(a)所示
十字头式转舵机构
? 十字形滑动接头
? 将撞杆往复运动转变为舵的摆动
? 两撞杆用螺栓连接，形成两轴承
? 两轴承环抱着十字头两耳轴
? 舵柄横插在十字头轴承中
? 当撞杆在油压下偏移离中位时
? 十字头一面随撞杆移动
? 一面带动舵柄偏转（舵杆转动）
? 随舵角 α增加，十字头在舵柄上向外端
滑移
? 舵柄有效工作长度，随 α增大而增大
? 撞杆极限行程由行程限制器 1l限制
? 在舵角超过最大舵角 1.5° 时限止撞杆
? 在导板一侧还设有机械式舵角指示器 5
? 用以指示撞杆对应舵角
? 每个油缸上部设有放气阀 12
? 以便驱放油缸中空气
滑式转舵机构的受力分析
? 当舵转至任意舵角 α时
? 为克服水动力矩所造成的力
Q,(与舵柄方向垂直 )
? 在十字头上将受到撞杆两端
油压差的作用力 P
? 力 P与 Q’作用方向不在同一直
线上，导板必将产生反作用
力 N
? 以使 P和 N的合力 Q恰与力 Q’
方向相反
? 从而产生转舵扭矩以克服水
动力矩和摩擦扭矩
8-3-1 滑式转舵机构受力分析
? 转舵力矩
? 上式表明
? 在撞杆直径 D,舵柄最小工作长度 R。 和
撞杆两侧油压差 P既定的情况下
? 转舵扭矩 M随舵角 α的增大而增大，如图
所示
? 这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应
? 当公称转舵扭矩既定时，滑式转舵机构尺寸或最大工作油压较其它转舵机构要小
? 实际工作油压随实际需要的转舵扭矩而变
? 由式可知，舵机在实际工作中撞杆两端的油压差
? 可见，随着舵角 α增大，尽管转舵扭矩也在增大，
但 COS2α却相应减小，所以滑式转舵机构的工作油
压也不会因 α的增大而急剧增加
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图 8-9 撞杆油缸的密封
8-3-1-1 十字头式转舵机构特点
? (1)扭矩特性良好
? 承载能力较大
? 能平衡撞杆所受的侧推力，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
? 密封圈由夹有织物的橡胶制成
? 安装时开口应面向压力油腔 (P越高，密封圈撑开越大 )
? 密封可靠，磨损后具有自动补偿能力
? 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，不与撞杆接触，故可不经加
工或仅作粗略加工。
? (4)油缸为单作用
? (5)安装、检修比较麻烦。
? 必须成对工作，故尺寸、重量较大
? 撞杆中心线垂直于船舶首尾线方向，舵机室需要较大的宽度
8-3-1-1 拨叉式转舵机构
? 整根撞杆，撞杆中部有圆柱销，销外套有方形滑块
? 撞杆移动时，滑块一面绕圆柱销转动，一面在舵柄的叉形端部中滑动
? 拨叉式与十字头式转矩特性相同
? 侧推力由撞杆承受而无导板，结构简单，加工及拆装方便
? 以拨叉代替十字头，撞杆轴线至舵杆轴间的距离 R。 可缩减 26%，撞杆的
最大行程也因而得以减小
? 占地面积比十字头式减少 10 %～ 15％，重量减轻 10％左右
? 但当公称扭矩较大时，则仍以采用十字头式为宜
8-3-1-2 滚轮式转舵机构
? 结构特点
? 在舵柄端部的滚轮代替滑式机构中的十字头或拨叉
? 受油压推动的撞杆，以顶部顶动滚轮，使舵柄转动
? 这种机构不论舵角 α如何变化
? 通过撞杆端面与滚轮表面的接触线作用到舵柄上的
推力 P,始终垂直于撞杆端面，而不会产生侧推力
8-3-1-2 滚轮式转舵机构
? 推力 P在垂直于舵柄轴线方向的分力可写为
? 式中,R。 —— 滚轮中心到舵杆轴线的距离
? 上式表明
? 在 D,R。 和 Pmax既定时，滚轮式转舵机构所能产生的
转舵扭矩将随 α。 的增大而减小
? 扭矩特性在坐标图上是一条向下弯的曲线
? 在最大舵角时，水动力矩较大，而滚轮式这时所产生的
扭矩反而最小，只达到滑式机构的 55%左右
? 在实际中，随着 α的增大，该机构 P比滑式增加快
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8-3-1-2 滚轮式转舵机构的特点
? (1)撞杆与舵柄之间没有约束，无侧推力
? 结构简单，加工容易，安装、拆修都较方便
? (2)每个油缸均与其撞杆自成一组
? 可根据实际需要，分别采用单列式、双列式或上下重迭式等 不同的布置形式，提高了布置上的灵活性
? (3)滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补偿
? (4)扭矩特性差
? 要达到同样的 M,须用比滑式更大的结构尺寸或 P
? 限制了它在大扭矩舵机中的应用
? (5)当舵叶在负扭矩作用下转动时
? 如果系统有泄漏；或在稳舵时油路锁闭不严，则滚轮就有可
能与某侧撞杆脱开而导致敲击
? 在某些机构中，滚轮与撞杆之间增设板簧拉紧机构
8-3-1-3 摆缸式转舵机构
? 结构特点,
? 采用两个摆动式油缸 1和双作用的活塞 2 (也可单作用 )
? 转舵时
? 活塞在油压下往复运动，两油缸相应摆动
? 通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转
? 由于转舵时缸体必须作相应摆动
? 必须采用有挠性的高压软管
8-3-1-3 摆缸式转舵机构
? 摆缸式机构转舵时
? 油缸摆角 β将随油缸的安装角 (中舵时油缸摆角 )和舵
转角 α而变
? 一般使中舵时 β最大
? 最大舵角时 β为零或接近于零
? 但不论舵角 α如何,β角总是很小
? 如果忽略 β,摆缸式与滚轮式扭矩特性相同
8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（ 1）
? (1)用双作用活塞代替了单作用的撞杆
? 提高了油缸的利用率
? 其外形尺寸和重量可大大减小
? (2)各油缸与其活塞均自成一组
? 而且油缸与支架、活塞杆与舵柄均采用铰接
? 结构简单，安装也较方便
? (3)由于采用了双作用活塞
? 对油缸内表面的加工精度、活塞杆与油缸的同轴度、以及活塞与油缸间的密封等都有较高的要求
8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（ 2）
? (4)当活塞的密封性因使用日久而变差时
? 转舵速度就会变慢，运行的经济性也将降低
? 而检查和更换密封件又不如撞杆式方便
? 当铰接处磨损较大时，工作中也会出现撞击
? (5)系统工作时
? 理论排油量和进油量严格说来并不完全相等
? 如果使用奇数的双作用活塞式油缸 (在应急情况下 )
则相差更为明显，所以在油路中必须采取容积补偿
措施
? (6)扭矩特性不佳 (与滚轮式类同 )
? 除个别采用四缸结构者公称扭矩较大外，一般大多
见诸于功率不大的舵机中
8-3-2 回转式转舵机构
? 图示为三转叶式转舵机构
? 油缸内部装有三个定叶
? 通过橡皮缓冲器安装在船体上
? 三个转叶与舵杆相固接
? 由于转叶与缸体内壁和上、下端盖之间
? 及定叶与转毂外缘和上、下端盖之间，均设法保持密封
? 故借转叶和定叶将油缸内部分隔
成为六个小室
? 当经油管 6从三个小室吸油，
并排油人另外三个小室
? 转叶就会在液压作用下通过轮毂带动舵杆和舵叶偏转
8-3-2 转叶式机构的转舵扭矩
? 可用下式表示,
式中,z — 转叶数目
P—— 转叶两侧油压差,Pa；
A— 每个转叶的单侧面积,m’；
Ro—— 转叶压力中心至舵杆轴线间的距离,m；
ηm—— 机械效率，一般为 0.75～ 0.85。
? 上式表明
? 转叶式机构所能产生的转舵扭矩与舵角无关
? 扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线
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8-3-2 转叶式转舵机构的特点
? (1)占地面积小，重量轻，安装方便。
? (2)无须外部润滑
? 管理简便；舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损
? (3)扭矩特性不如滑式，但比滚轮式和摆缸式好
? (4)内泄漏部位较多
? 密封不如往复式容易解决
? 容积效率低，油压较高时更为突出
? (5)内部密封问题是其薄弱环节
? 工作油压不超过 4MPa左右，限制了它在大功率舵
机中的应用
? 近年来，随着密封材料和密封形式的不断改进，
Pmax已可达 10～ 15MPa,转舵扭矩也提高到 3000
kN·m 左右
AEG型转叶式油缸
8-3-2 AEG型转叶油缸特点
? 翻边端盖与空心的轮毂 3制成一体，然后用 V形密封圈 9和
压盖 8防止油外漏。这种结构的端盖能够承受较高的油压
而不易变形，同时又可避免转叶和端盖间的泄漏。而用球
墨铸铁制造的转叶 4和定叶 5，则用由高强度钢制成的定位
销和内六角螺钉分别固定在铸钢的转子 3和缸体 2上，并用
在背后装有 O形橡胶条的钢制密封条 7来保证各工作腔室
间的密封。所以，该型结构的耐压能力较强，工作油压一
般可用到 10MPa或更高，同时可保持 96％～ 98％的容积效
率。
? 整个转子的重量完全由舵杆轴承来承担，而油缸本体 2则
通过螺栓 12和 橡皮缓冲器 13支撑于两缓冲架 10上，同时
在上、下主油路，缸体凸缘的内侧与固定支架的顶部与底
部之间预留一定的间隙 (一般上下共约 38mm左右 )，以便
吸收油缸在工作中可能产生的微量窜动和横向振动。
?液压舵机的转舵机构
8-3 液压舵机的转舵机构
?将油泵供给的液压能变为转动舵杆的机械
能，以推动舵叶偏转
?根据动作方式不同，可分两大类：
? 往复式
? 回转式
8-3-1 滑式转舵机构
?是应用最广的一种传统型式
?它又有十字头式和拨叉式之分
?十字头式转舵机构
? 由转舵油缸、插入油缸中的撞杆以及与舵柄相
连接的十字形滑动接头等所组成
? 当转舵扭矩较小时
? 常用如图 8— 5所示的双向双缸单撞杆的型式
? 而当转舵扭矩较大时
? 多采用四缸、双撞杆的结构
? 如图 8— 6(a)所示
十字头式转舵机构
? 十字形滑动接头
? 将撞杆往复运动转变为舵的摆动
? 两撞杆用螺栓连接，形成两轴承
? 两轴承环抱着十字头两耳轴
? 舵柄横插在十字头轴承中
? 当撞杆在油压下偏移离中位时
? 十字头一面随撞杆移动
? 一面带动舵柄偏转（舵杆转动）
? 随舵角 α增加，十字头在舵柄上向外端
滑移
? 舵柄有效工作长度，随 α增大而增大
? 撞杆极限行程由行程限制器 1l限制
? 在舵角超过最大舵角 1.5° 时限止撞杆
? 在导板一侧还设有机械式舵角指示器 5
? 用以指示撞杆对应舵角
? 每个油缸上部设有放气阀 12
? 以便驱放油缸中空气
滑式转舵机构的受力分析
? 当舵转至任意舵角 α时
? 为克服水动力矩所造成的力
Q,(与舵柄方向垂直 )
? 在十字头上将受到撞杆两端
油压差的作用力 P
? 力 P与 Q’作用方向不在同一直
线上，导板必将产生反作用
力 N
? 以使 P和 N的合力 Q恰与力 Q’
方向相反
? 从而产生转舵扭矩以克服水
动力矩和摩擦扭矩
8-3-1 滑式转舵机构受力分析
? 转舵力矩
? 上式表明
? 在撞杆直径 D,舵柄最小工作长度 R。 和
撞杆两侧油压差 P既定的情况下
? 转舵扭矩 M随舵角 α的增大而增大，如图
所示
? 这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应
? 当公称转舵扭矩既定时，滑式转舵机构尺寸或最大工作油压较其它转舵机构要小
? 实际工作油压随实际需要的转舵扭矩而变
? 由式可知，舵机在实际工作中撞杆两端的油压差
? 可见，随着舵角 α增大，尽管转舵扭矩也在增大，
但 COS2α却相应减小，所以滑式转舵机构的工作油
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图 8-9 撞杆油缸的密封
8-3-1-1 十字头式转舵机构特点
? (1)扭矩特性良好
? 承载能力较大
? 能平衡撞杆所受的侧推力，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
? 密封圈由夹有织物的橡胶制成
? 安装时开口应面向压力油腔 (P越高，密封圈撑开越大 )
? 密封可靠，磨损后具有自动补偿能力
? 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，不与撞杆接触，故可不经加
工或仅作粗略加工。
? (4)油缸为单作用
? (5)安装、检修比较麻烦。
? 必须成对工作，故尺寸、重量较大
? 撞杆中心线垂直于船舶首尾线方向，舵机室需要较大的宽度
8-3-1-1 拨叉式转舵机构
? 整根撞杆，撞杆中部有圆柱销，销外套有方形滑块
? 撞杆移动时，滑块一面绕圆柱销转动，一面在舵柄的叉形端部中滑动
? 拨叉式与十字头式转矩特性相同
? 侧推力由撞杆承受而无导板，结构简单，加工及拆装方便
? 以拨叉代替十字头，撞杆轴线至舵杆轴间的距离 R。 可缩减 26%，撞杆的
最大行程也因而得以减小
? 占地面积比十字头式减少 10 %～ 15％，重量减轻 10％左右
? 但当公称扭矩较大时，则仍以采用十字头式为宜
8-3-1-2 滚轮式转舵机构
? 结构特点
? 在舵柄端部的滚轮代替滑式机构中的十字头或拨叉
? 受油压推动的撞杆，以顶部顶动滚轮，使舵柄转动
? 这种机构不论舵角 α如何变化
? 通过撞杆端面与滚轮表面的接触线作用到舵柄上的
推力 P,始终垂直于撞杆端面，而不会产生侧推力
8-3-1-2 滚轮式转舵机构
? 推力 P在垂直于舵柄轴线方向的分力可写为
? 式中,R。 —— 滚轮中心到舵杆轴线的距离
? 上式表明
? 在 D,R。 和 Pmax既定时，滚轮式转舵机构所能产生的
转舵扭矩将随 α。 的增大而减小
? 扭矩特性在坐标图上是一条向下弯的曲线
? 在最大舵角时，水动力矩较大，而滚轮式这时所产生的
扭矩反而最小，只达到滑式机构的 55%左右
? 在实际中，随着 α的增大，该机构 P比滑式增加快
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8-3-1-2 滚轮式转舵机构的特点
? (1)撞杆与舵柄之间没有约束，无侧推力
? 结构简单，加工容易，安装、拆修都较方便
? (2)每个油缸均与其撞杆自成一组
? 可根据实际需要，分别采用单列式、双列式或上下重迭式等 不同的布置形式，提高了布置上的灵活性
? (3)滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补偿
? (4)扭矩特性差
? 要达到同样的 M,须用比滑式更大的结构尺寸或 P
? 限制了它在大扭矩舵机中的应用
? (5)当舵叶在负扭矩作用下转动时
? 如果系统有泄漏；或在稳舵时油路锁闭不严，则滚轮就有可
能与某侧撞杆脱开而导致敲击
? 在某些机构中，滚轮与撞杆之间增设板簧拉紧机构
8-3-1-3 摆缸式转舵机构
? 结构特点,
? 采用两个摆动式油缸 1和双作用的活塞 2 (也可单作用 )
? 转舵时
? 活塞在油压下往复运动，两油缸相应摆动
? 通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转
? 由于转舵时缸体必须作相应摆动
? 必须采用有挠性的高压软管
8-3-1-3 摆缸式转舵机构
? 摆缸式机构转舵时
? 油缸摆角 β将随油缸的安装角 (中舵时油缸摆角 )和舵
转角 α而变
? 一般使中舵时 β最大
? 最大舵角时 β为零或接近于零
? 但不论舵角 α如何,β角总是很小
? 如果忽略 β,摆缸式与滚轮式扭矩特性相同
8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（ 1）
? (1)用双作用活塞代替了单作用的撞杆
? 提高了油缸的利用率
? 其外形尺寸和重量可大大减小
? (2)各油缸与其活塞均自成一组
? 而且油缸与支架、活塞杆与舵柄均采用铰接
? 结构简单，安装也较方便
? (3)由于采用了双作用活塞
? 对油缸内表面的加工精度、活塞杆与油缸的同轴度、以及活塞与油缸间的密封等都有较高的要求
8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（ 2）
? (4)当活塞的密封性因使用日久而变差时
? 转舵速度就会变慢，运行的经济性也将降低
? 而检查和更换密封件又不如撞杆式方便
? 当铰接处磨损较大时，工作中也会出现撞击
? (5)系统工作时
? 理论排油量和进油量严格说来并不完全相等
? 如果使用奇数的双作用活塞式油缸 (在应急情况下 )
则相差更为明显，所以在油路中必须采取容积补偿
措施
? (6)扭矩特性不佳 (与滚轮式类同 )
? 除个别采用四缸结构者公称扭矩较大外，一般大多
见诸于功率不大的舵机中
8-3-2 回转式转舵机构
? 图示为三转叶式转舵机构
? 油缸内部装有三个定叶
? 通过橡皮缓冲器安装在船体上
? 三个转叶与舵杆相固接
? 由于转叶与缸体内壁和上、下端盖之间
? 及定叶与转毂外缘和上、下端盖之间，均设法保持密封
? 故借转叶和定叶将油缸内部分隔
成为六个小室
? 当经油管 6从三个小室吸油，
并排油人另外三个小室
? 转叶就会在液压作用下通过轮毂带动舵杆和舵叶偏转
8-3-2 转叶式机构的转舵扭矩
? 可用下式表示,
式中,z — 转叶数目
P—— 转叶两侧油压差,Pa；
A— 每个转叶的单侧面积,m’；
Ro—— 转叶压力中心至舵杆轴线间的距离,m；
ηm—— 机械效率，一般为 0.75～ 0.85。
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? 转叶式机构所能产生的转舵扭矩与舵角无关
? 扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线
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8-3-2 转叶式转舵机构的特点
? (1)占地面积小，重量轻，安装方便。
? (2)无须外部润滑
? 管理简便；舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损
? (3)扭矩特性不如滑式，但比滚轮式和摆缸式好
? (4)内泄漏部位较多
? 密封不如往复式容易解决
? 容积效率低，油压较高时更为突出
? (5)内部密封问题是其薄弱环节
? 工作油压不超过 4MPa左右，限制了它在大功率舵
机中的应用
? 近年来，随着密封材料和密封形式的不断改进，
Pmax已可达 10～ 15MPa,转舵扭矩也提高到 3000
kN·m 左右
AEG型转叶式油缸
8-3-2 AEG型转叶油缸特点
? 翻边端盖与空心的轮毂 3制成一体，然后用 V形密封圈 9和
压盖 8防止油外漏。这种结构的端盖能够承受较高的油压
而不易变形，同时又可避免转叶和端盖间的泄漏。而用球
墨铸铁制造的转叶 4和定叶 5，则用由高强度钢制成的定位
销和内六角螺钉分别固定在铸钢的转子 3和缸体 2上，并用
在背后装有 O形橡胶条的钢制密封条 7来保证各工作腔室
间的密封。所以，该型结构的耐压能力较强，工作油压一
般可用到 10MPa或更高，同时可保持 96％～ 98％的容积效
率。
? 整个转子的重量完全由舵杆轴承来承担，而油缸本体 2则
通过螺栓 12和 橡皮缓冲器 13支撑于两缓冲架 10上，同时
在上、下主油路，缸体凸缘的内侧与固定支架的顶部与底
部之间预留一定的间隙 (一般上下共约 38mm左右 )，以便
吸收油缸在工作中可能产生的微量窜动和横向振动。
