鈦合金材料在撓性聯(lián)軸器設(shè)備上的應(yīng)用

發(fā)布時間：2020-02-09

膜片及筒形聯(lián)軸器具有不需潤滑、無需維護、承受偏移、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、使用壽命長等優(yōu)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(fā)動機與傳動裝置間產(chǎn)生的各種位移，又能吸收運行中發(fā)動機因熱膨脹而產(chǎn)生的軸向變形。通過膜片聯(lián)軸器的應(yīng)用可以解決我國船舶發(fā)動機與傳動裝置軸系間連接的技術(shù)難題。
　　隨著我國海軍和船舶工業(yè)的發(fā)展，對膜片及筒形聯(lián)軸器的需求及要求日益增加，特別是在補償軸向、角向變形、性及質(zhì)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(chǎn)生很大的變形，而這些變形就需要撓性聯(lián)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(shè)備重量。如何正確的設(shè)計、選材和制造聯(lián)軸器是關(guān)系到艦船的重要環(huán)節(jié)。本文針對艦船聯(lián)軸器的選材、制造現(xiàn)狀和存在的問題進行了討論，為未來發(fā)展提供了的建議，具有較高的實際應(yīng)用價值。
　　一、鈦合金材料在聯(lián)軸器上的應(yīng)用
　　現(xiàn)伏鈦合金具有蝕、重量輕、、彈性模量低等諸多優(yōu)點，成為艦船用膜片及筒形聯(lián)軸器的主要材料。聯(lián)軸器是艦船關(guān)鍵傳動零部件，不僅要承受較大的扭矩，而且要通過的變形，吸收艦船軸系由于震動、傳動而產(chǎn)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(chǎn)生的軸向應(yīng)力和角偏斜應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)膜片、撓性筒所產(chǎn)生應(yīng)力遠遠小于合金結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì)膜片、撓性筒所產(chǎn)生的應(yīng)力，或者說在同等應(yīng)力情況下鈦合金材質(zhì)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(jié)構(gòu)鋼，所以在補償軸向和角向變形時所產(chǎn)生的軸向力和角偏斜彎矩低于合金結(jié)構(gòu)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，艦船用膜片聯(lián)軸器及筒形聯(lián)軸器的關(guān)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(yīng)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，而彈性模量和性等方面相近，見表l這滿足我國艦聯(lián)軸器用膜片和撓性筒的要求，為此我國在設(shè)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(tài)為TC4合金退火狀態(tài)，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(tài)為“固溶相寸效”態(tài)，通過“固溶+時效”處理可以較大提高鍛件的強度。目前，國內(nèi)尚未有大直徑薄餅類鍛件固溶+時效熱處理后的力學(xué)性能標準，因此，現(xiàn)行的力學(xué)性能數(shù)據(jù)是在長期使用當(dāng)中與鍛造廠共同積累和整理的數(shù)據(jù)指標，僅供參考。