[精品]液压舵机设计盘算

[精品]液压舵机设计盘算 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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 》 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 ,35b)工作舵角。 , ,,3530c)转舵时间(一弦至另一弦)，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。 ,0 当转舵角为时柱塞受力分析如图: 轴力图 Fn 轴应力σ= A,A12 = FFnN M720===631.6 KN FN2l2，0.57 22dm柱塞面积A=π=0.049 14 2m?0.250.15=0.0375 A，2 σ=54.9 MP σ=1.25σ=68.7MP 设计 σ= 1.5σ=103.0 MP 零件设计 σ=598 MP 符合 45钢 式中:—舵柄对柱塞的作用力 —液压对柱塞的作用力FFnN ,35当转舵角为时柱塞受力分析如图: 2 F，0.57,720N =631.6 KN FN ,==517.4 KN F,cos35FNNx ,F==326.3 KN F,sin35NyN 轴力图 F,xF，500 M= M=mm=90.6 MPnynymax 弯矩图 剪力图 0.25d90.6M，，F517.4nx22σ=+=，max4343A,A0.0490.0375,0.250.150.250.250.15πd，π，，12,,64126412 =45.0+93.3 =138.3 MP ，1.5，σ=1.25σ=259.3 MP,598 MP 符合 max零件max F181.2nyτ===15.8 MP 0.049,0.0375A,A12 ，1.5，τ=1.25τ=29.6 MP 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: M=2 A，p，R，,，cos,1I ,720=4 ，0.049，P，0.057，0.85，cos35I kN工作压力=18511.6=18.5 MP p2Im 设计压力P=1.25=23.1 MP pI 2m式中:—缸孔面积 A1 P—工作压力 R—舵柄半径0.26m —推舵机构效率0.85 , ,,35 —转舵角 , 5.1.4.3油缸所需流量Q的确定。 ,,,30 a)油缸柱塞杆从+35至时升出长度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 ,,R,tan35，R,tan30 L? ,,，tan35，0.57，tan30 ?0.57 ?0.728m=0.73m 3，0.73,0.0358m b)油腔容积:=0.049 V,A，L11 ,3,30m 油缸从一舷35至另一舷总容积:V=2=0.0716=71.6升V1 升V71.6 c)油缸所需的流量=,，60Q，60,153.4流分2828秒 5.1.4.4油缸壁厚的计算。 D 若16>选中等壁厚， ,3.2, pD,则缸体壁厚: (《液压传动设计手册》),，CP452(2.3,,,),,p 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); D—油缸内径[mm]。 ,598b许用应力= ,,149.5MP,,,n4 式中:—材料抗拉强度[45号钢=598MP]; ,,bb N—安全系数，取n=4。 23.1，250,则==18.0mm 2.3，149.5,23.1 D250则==13.9 符合中等壁厚条件 ,18 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。 #45,150mm,150mma)油缸柱塞销孔。故舵柄柱销直径。材料为钢其剪切模 kgf5，10G=8.1。 2cm ,150mmb)切断柱销所需切断力 525 。 F,G,A,8.5，10，3.14，7.5,1501.3，10kgf切销 ，490，1.5,16978.5kgfc)柱塞杆推力F=1.5PA=231 1 ,150mm故柱销剪切强度是足够的。 强度的验算 5.1.6舵柄 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，采用甲类普通碳素钢(GB—79)，其抗拉强度为A3 kgf,,,,42 2bmm kgf,mmF，l，75, 最大弯矩M==16978.51273387.5 M，75kgfkgf,,,,42 危险截面处应力,32.2<,,22bmax3mmmm75，78 12 单边强度足够。 5.1.7舵轴键的强度计算和 尺寸 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 确定 M,720kN,m 舵轴扭矩采用双键连接。 舵轴直径取300。 , 72，300 选取键 GB1096—79。 kgf,,,,120Mpa,1200 许用剪应力 2cm M720 剪力F= ,,2400kN2l2，0.15 1.5，1.25，Fkgf, 剪应力=208.3〈 ,,,,2cml，b 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 kgf 油缸所需的压力:=23.1 MP=231 P2缸cm L 油缸所需的流量:=153.4 Q流min 油缸的总容积:V=71.6L Q流, 则:液压泵的排量: Q排,,,V泵 —系统的容积效率:取0.9 ,,VV —油泵的容积效率:取0.9 ,,泵泵 153.4L ==189.4 Q排(0.9，0.9)min b)选取1JMD—80曲轴连杆式径向油泵。(《液压传动设计手册》)P381 主要参数:额定转速:150rpm l理论排量:1.608 r kgf 额定压力:240 2cm 容积效率:0.9 l，150，0.9,c)油泵实际排量:Q=1.608217.1 min (60，V) 此时实际的操舵时间:t= (,,Q)V (60，71.6) = (0.9，217.1) =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 Q,P 电机功率? 60，h,,泵 l 式中:Q—泵的额定排量 min P—系统的设计压力 MP —泵的容积效率 0.9 ,泵 —过载系数=1.4-1.6 取1.5 ,, 按1JMD—80曲轴连杆式径向油泵计算: (271.1，5.5) P==18.41kW (60，0.9，1.5) b)电机功率应大于18.41kW，如用三角皮带传动变速。 18.41PP,,,21.66kW 电机功率 电,0.85皮带 5.2.3.3液压件的选择 L根据油缸流量153.4，设计压力23.1MP选取元件列表如下:min 序元件名称 排量流量 型号 压力 数接口尺备注 号 量 寸 l1 曲轴连杆式50mm 1JMD-80 24MP 2 ,1.608 r 径向油泵 (内径) lDF-L32K1 2 单向阀 32mm 板式连接 35MP 2 ,250 min lYF-H32B 3 溢流阀 32mm 最小调定35MP 1 ,250 min 压力 l4 二位四通32mm 24E(S)I1-H32B 35MP 1 ,250 min -T(W) (手动电磁 换向阀) l34E(S)M-H32B 5 三位四通32mm 35MP 1 ,250 min -T (手动电磁 换向阀) lBZZ-750A 6 转向器 60mm 30MP 1 ,250 min lSO-H32B-FD 7 液控双向锁 32mm 35MP 1 ,250 min lZY/AY-E23.1/ 8 双向安全自32mm 35MP 1 ,250 min 10L 锁组合阀 ，1.5M14 9 压力表 0,60 1 MP 5.3管件的选择和计算 5.3.1压油管的选用 ma)液压油在油管中的流速V按3计算: s 3,4mL 泵的排量:Q=189.4=31.6 ，10smin ,4Q,231.610，，10 压油管的内径d?1.127=1.127=3.7m=37mmV3 选择管内径d=40mm的无缝钢管。 Pd,,b)管壁厚: P=23.1MP d=40mm 2,P ,b, —管材抗拉强度=420MP ,,,Pbbn n—安全系数，取n=4 63,23.1，10，40，10, ,6420，104，2 3,3924，10，10==8.8m=8.8mm 6105，10 ,,10mm 取。 ,50，10c)压油管选用:冷拔无缝钢管(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。 5.4油箱容积的计算 5.4.1根据《机械零件设计手册》液压传动和气压传动分册第35章，油箱的有效容 积V=3。 Q泵 L根据前面计算1JMD-80实际排量=189.4 Q泵min ，189.4,568.2L油箱的有效容积V=3 油箱的体积 V,V，1.2,682L箱 ，宽800，高1000,800L本设计的油箱尺寸为:长1000 满足要求。 5.4.2油箱设有油温测量计，滤油器采用过滤精度?25,50铜网滤油器。,m 6.液压油的选用 本设计的液压舵机工作压力为24MP，采用径向柱塞泵，以及船舶航行于江河四季温差大的特点，根据GB2512—81《液压油类产品的分组、命名和代号》选用YN—N32(原20号)低凝液压油，其主要指标如下: 2,mm 运动粘度v(50C)时:17—23 s 粘度指数 ? 120 ,C 闪点 ? 150 ,C 凝点 ? -35 抗氧化安定性 ? 1000h 7.密封件的选用 根据HG4—329—66《橡胶制品技术条件》本设计液压舵机橡胶密封件选用Q—II切槽式高硬度耐油橡胶密封件。 E 其适用于: 一般工作压力:70MP ,C 工作温度:-20,80 “O”形橡胶密封圈