Applikationsdesign av titanlegeringsfjäder för lok

Höghållfast titanlegering är ett av de bästa kandidatmaterialen för framställning av flygfjädrar. Den första användningen av fjädrar av titanlegering började 1970, när McDonnell Douglas använde Ti-13V-11Cr-3Al-legeringsfjädrar i DC-10 bredkroppsflygplan, främst i nos- och huvudlandsatslåsfjädrar, samt hiss- och skevrolfjädrar.

1971 uppfann RMI Beta-C (TB9) metastabil titanlegering. Förutom hög hållfasthet och låg modul har legeringen även utmärkta kallbearbetningsegenskaper och kan enkelt förberedas till fjädertråd. TB9 titanlegering ersatte gradvis den svårbearbetade Ti-13V-11Cr-3Al-legeringen och användes som balansfjäder för kabindörren på Boeing 757 smalkroppsflygplanet , vilket minskar vikten med upp till 66,6 %. Senare användes TB9 titanlegeringsfjädrar även på Boeing 777, Airbus A330, A340 och andra modeller.

Utöver flygområdet har titanlegeringar även många fördelar och tillämpningsexempel i lokomotivfjädrar. För det första har titanlegering utmärkt korrosionsbeständighet, vilket kan minska den komplexa antikorrosionsbehandlingsprocessen, särskilt i tuffa miljöer, och kan säkerställa den långsiktiga stabila driften av fjädrar och minska underhållskostnaderna för fordon. För det andra är densiteten för titanlegering endast cirka 60 % av den för stål, och elasticitetsmodulen och skjuvmodulen för titanlegeringen är ungefär hälften av stålets. Det effektiva antalet spolar som krävs för konstruktion av titanfjädrar är bara hälften av det för stålfjädrar, så den teoretiska viktminskningen kan nå cirka 70 %. Enligt de faktiska belastnings- och monteringskraven för lokomotivfjädrar kan användningen av fjädrar av titanlegering minska vikten med 40% ~ 60%. Reduktion av fjädervikt kan inte bara spara energi och öka fordonets körsträcka, utan också bidra till att förbättra flexibiliteten och hanteringen av fordonet.

Dessutom har fjädrar av titanlegering också goda dämpningsegenskaper. Mindre energi krävs för acceleration och retardation under rörelse. Lägre vikt eller mindre energi kan orsaka elastisk deformation, vilket gör rörelsen under belastning mjukare och mer kontrollerbar. För närvarande använder många motorcyklar och cyklar medelstarka fjädrar av titanlegering (TC4) för att ersätta stålfjädrar, främst på grund av de goda dämpningsegenskaperna hos fjädrar av titanlegering, vilket förbättrar komforten under gropiga vägförhållanden.

Samtidigt finns det många detaljer som måste uppmärksammas vid utformningen av fjädrar av titanlegering. Till exempel är den nuvarande fjäderdesignstandarden GB/T 23935-2009 "Design and Calculation of Cylindrical Helical Springs" huvudsakligen inriktad på stålfjädrar, och fjäderns spiralvinkel sträcker sig från 5 grader till 9 grader . Emellertid har fjädrar av titanlegering låg elasticitetsmodul och skjuvmodul, ett litet antal effektiva spolar och en spiralvinkel som ofta är större än 9 grader. De befintliga standarderna och beräkningsformlerna kan inte uppfylla konstruktionskraven för fjädrar av titanlegering, och styvhetsberäkningsformeln måste ändras.