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钛合金材料在挠性联轴器设备上的应用

发布时间:2020-02-09
通过膜片联轴器的应用可以解决我国船舶发动机与传动装置轴系间连接的技术难题。..

膜片及筒形联轴器具有不需润滑、无需维护、承受偏移能力强、结构简单、质量轻、使用寿命长等优点,同时它还集高速、大功率、大挠度的特点于一身,既能吸收因船体变形在发动机与传动装置间产生的各种位移,又能吸收运行中发动机因热膨胀而产生的轴向变形。通过膜片联轴器的应用可以解决我国船舶发动机与传动装置轴系间连接的技术难题。
  随着我国海军和船舶工业的发展,对膜片及筒形联轴器的需求及要求日益增加,特别是在补偿轴向、角向变形、可靠性及质量方面要求越来越高,如某型气垫船,由于其船体为铝合金材料,因此在运行中(特别是在登陆时)船体会产生很大的变形,而这些变形就需要挠性联轴器来吸收,同时为了提高气垫船的运载能力,需要尽可能减轻设备重量。如何正确的设计、选材和制造联轴器是关系到舰船的重要环节。本文针对国内外舰船联轴器的选材、制造现状和存在的问题进行了讨论,为未来发展提供了一定的建议,具有较高的实际应用价值。
  一、钛合金材料在联轴器上的应用
  现伏钛合金具有耐腐蚀、重量轻、强度高、弹性模量低等诸多优点,成为舰船用膜片及筒形联轴器的主要材料。联轴器是舰船关键传动零部件,不仅要承受较大的扭矩,而且要通过一定的变形,吸收舰船轴系由于震动、传动而产生的角向或径向位移。膜片、挠性筒在补偿轴向和角向变形时所产生的轴向应力和角偏斜应力与材料的抗拉弹性模量(E)和剪切弹性模量(G)成正比。合金结构钢的抗拉弹性模量为:E=210GPa,剪切弹性模量为:G=86GPa,而钛合金的弹性模量为:E=109GPa,剪切弹性模量为:G=44GPa。这意味着在同样工况条件下,钛合金材质膜片、挠性筒所产生应力远远小于合金结构钢材质膜片、挠性筒所产生的应力,或者说在同等应力情况下钛合金材质膜片、挠性筒允许有较大的变形。因此,膜片、挠性筒采用钛合金材料是一种合适的选择。同时,由于钛合金的弹性模量和剪切弹性模量低于合金结构钢,所以在补偿轴向和角向变形时所产生的轴向力和角偏斜弯矩低于合金结构钢,这对整个轴系来说是非常有利的。因此虽然钛合金价格较贵,但其良好的性能是其它合金钢材料所无法替代的,为此舰船用膜片、挠性筒的材料一般都选用钛合金材料。目前,国内外舰船用膜片联轴器及筒形联轴器的关键零件一般都采用钛合金材料,如钛膜片或钛挠性筒等。
  二、膜片、挠性筒常用钛合金材料
  乌克兰一般在膜片和挠性筒选用的材料为BT3-1合金,该材料与我国TC6合金材料牌号相近。
  我国目前较为通用的钛合金材料牌号为TC4合金,该材料应用较为广泛,且相对其他牌号钛合金(如TC6合金、TC11合金等)价格较低。同时,与TC6合金相比,TC4合金只是在室温性能和高温性能上略低,而弹性模量和抗腐蚀性等方面相近,见表l这完全满足我国舰联轴器用膜片和挠性筒的要求,为此我国在设计膜片、挠性筒时,其材料主要TC4合金。
  对挠性筒用锻件一般要求供货态为TC4合金退火状态,而对于膜片用钛合金锻件,为了提高膜片的强度和寿命,一般要求供货状态为“固溶相寸效”态,通过“固溶+时效”处理可以较大提高锻件的强度。目前,国内尚未有大直径薄饼类锻件固溶+时效热处理后的力学性能标准,因此,现行的力学性能数据是在长期使用当中与锻造厂共同积累和整理的数据指标,仅供参考。

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