第三章扭转工具的设计与计算

3。1材料的选择

3。1。1输出轴材料的选择

在进行输出轴材料的选择时主要考虑所选材料是否能够满足扭转强度。在此基础上还要考虑应用环境的影响，虽然输出轴安装在扭转工具的内部，但是为防止海水渗透到扭转工具内部或者海水在扭转工具内部雾化最终侵蚀轴，输出轴最好选择防腐材料。

列出两种备选材料分别是不锈钢材料以及钛合金。钛合金的优点是不仅密度低而且力学性能优异，最重要的是钛合金作为未来金属能够实现绝对防锈，适合海洋工作环境[7]。但是钛合金属于难加工材料，加工难度大且价格昂贵。不锈钢材料力学性能良好，加工性能优良，价格相对钛合金要便宜许多。但是不锈钢并不能真正实现绝对的防锈，它有一定的含碳量，在海水的长期影响下还是会被腐蚀。为了克服这一缺陷可以采取市场上普遍使用的加镀防腐涂层。

通过两种材料的对比，最终在行星减速器输出轴上选择现阶段普遍使用的不锈钢材料。

不锈钢种类繁多，不同不锈钢的用途和适用范围都不同。通过不同不锈钢钢种性能的研究，选择适用于海洋恶劣工作环境的钢种，最后确定在扭转工具的行星减速器输出轴上采用316不锈钢。下表是316不锈钢主要性能[8]。

表3-1 化学成分

化学成分（％） C Si Mn P S Ni Cr Mo

牌号316 ≤0。08 ≤1 ≤2 ≤0。045 ≤0。03 10-14 16-18 2-3

表3-2 力学性能

牌号 热处理 屈服强度（MPa） 拉伸强度（MPa） 伸长率（%） HBS HRB HV

316 1010-1120 ≥205 ≥520 ≥40 ≤187 ≤90 ≤200

3。1。2 传递轴材料的选择

在传递轴材料的选择上考虑因素与上一小节行星减速器输出轴一致。作为整个扭转工具运动传递的中枢，该轴要求拥有优异的力学性能。同时，因为传递轴上开有内花键，同时该轴的外径不能无限的大（采油树阀门筒内径是一定的，最终扭转工具前端完全插入筒内，而轴的外表面裹挟着外壳），在进行应力校核时使用不锈钢材料完全不能满足强度要求，而钛合金则满足。综上所述，扭转工具的传递轴使用钛合金。

钛合金作为21世纪最有潜力的金属目前已运用到生活的方方面面。钛合金具有一系列其它金属无可比拟的优点，比强度热强度高，密度低，屈服强度高，弹性模量小，泊松比大等。

下表是一些钛合金的主要力学性能：

表3-3 钛合金的主要力学性能

牌号 室温力学性能，不小于