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鈦合金材料在撓性聯軸器設備上的應用

發布時間:2020-02-09
通過膜片聯軸器的應用可以解決我國船舶發動機與傳動裝置軸系間連接的技術難題。..

膜片及筒形聯軸器具有不需潤滑、無需維護、承受偏移能力強、結構簡單、質量輕、使用壽命長等優點,同時它還集高速、大功率、大撓度的特點于一身,既能吸收因船體變形在發動機與傳動裝置間產生的各種位移,又能吸收運行中發動機因熱膨脹而產生的軸向變形。通過膜片聯軸器的應用可以解決我國船舶發動機與傳動裝置軸系間連接的技術難題。
  隨著我國海軍和船舶工業的發展,對膜片及筒形聯軸器的需求及要求日益增加,特別是在補償軸向、角向變形、可靠性及質量方面要求越來越高,如某型氣墊船,由于其船體為鋁合金材料,因此在運行中(特別是在登陸時)船體會產生很大的變形,而這些變形就需要撓性聯軸器來吸收,同時為了提高氣墊船的運載能力,需要盡可能減輕設備重量。如何正確的設計、選材和制造聯軸器是關系到艦船的重要環節。本文針對國內外艦船聯軸器的選材、制造現狀和存在的問題進行了討論,為未來發展提供了一定的建議,具有較高的實際應用價值。
  一、鈦合金材料在聯軸器上的應用
  現伏鈦合金具有耐腐蝕、重量輕、強度高、彈性模量低等諸多優點,成為艦船用膜片及筒形聯軸器的主要材料。聯軸器是艦船關鍵傳動零部件,不僅要承受較大的扭矩,而且要通過一定的變形,吸收艦船軸系由于震動、傳動而產生的角向或徑向位移。膜片、撓性筒在補償軸向和角向變形時所產生的軸向應力和角偏斜應力與材料的抗拉彈性模量(E)和剪切彈性模量(G)成正比。合金結構鋼的抗拉彈性模量為:E=210GPa,剪切彈性模量為:G=86GPa,而鈦合金的彈性模量為:E=109GPa,剪切彈性模量為:G=44GPa。這意味著在同樣工況條件下,鈦合金材質膜片、撓性筒所產生應力遠遠小于合金結構鋼材質膜片、撓性筒所產生的應力,或者說在同等應力情況下鈦合金材質膜片、撓性筒允許有較大的變形。因此,膜片、撓性筒采用鈦合金材料是一種合適的選擇。同時,由于鈦合金的彈性模量和剪切彈性模量低于合金結構鋼,所以在補償軸向和角向變形時所產生的軸向力和角偏斜彎矩低于合金結構鋼,這對整個軸系來說是非常有利的。因此雖然鈦合金價格較貴,但其良好的性能是其它合金鋼材料所無法替代的,為此艦船用膜片、撓性筒的材料一般都選用鈦合金材料。目前,國內外艦船用膜片聯軸器及筒形聯軸器的關鍵零件一般都采用鈦合金材料,如鈦膜片或鈦撓性筒等。
  二、膜片、撓性筒常用鈦合金材料
  烏克蘭一般在膜片和撓性筒選用的材料為BT3-1合金,該材料與我國TC6合金材料牌號相近。
  我國目前較為通用的鈦合金材料牌號為TC4合金,該材料應用較為廣泛,且相對其他牌號鈦合金(如TC6合金、TC11合金等)價格較低。同時,與TC6合金相比,TC4合金只是在室溫性能和高溫性能上略低,而彈性模量和抗腐蝕性等方面相近,見表l這完全滿足我國艦聯軸器用膜片和撓性筒的要求,為此我國在設計膜片、撓性筒時,其材料主要TC4合金。
  對撓性筒用鍛件一般要求供貨態為TC4合金退火狀態,而對于膜片用鈦合金鍛件,為了提高膜片的強度和壽命,一般要求供貨狀態為“固溶相寸效”態,通過“固溶+時效”處理可以較大提高鍛件的強度。目前,國內尚未有大直徑薄餅類鍛件固溶+時效熱處理后的力學性能標準,因此,現行的力學性能數據是在長期使用當中與鍛造廠共同積累和整理的數據指標,僅供參考。

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