Разработанный метод расчета, основанный на применении метода конечных элементов (МКЭ) и учитывающий реальную геометрию деталей и дискретное расположение лопаток, позволил впервые рассчитать статическую напряженность наиболее опасных периферийных сечений.
Использование в сварных колесах лопаток с меньшей толщиной способствует уменьшению статических напряжений в основном и покрывающем дисках. Особенно резкое снижение напряжений имеет место в периферийных сечениях основного диска (рис. 3, кривая 2). Однако уменьшение толщины лопатки приводит к увеличению напряженности самой лопатки. Максимальные напряжения в лопатке возникают в сечении, прилегающем к основному диску. Существенное уменьшение максимальных напряжений в лопатке достигается путем увеличения радиусов в сечении сопряжения лопатки с основным диском.
Оптимальное распределение напряжений в лопатке и дисках обеспечивает профильная лопатка, имеющая большую толщину входных участков (и поэтому напряжения от осевых нагрузок здесь малы — рис. 3, кривая 7) и утонение вблизи наружного диаметра. Использование таких лопаток в сочетании со сваркой резко повышает фактическую прочность сварных колес, работающих в запыленных средах. В клепаных колесах эрозионный подрез концевых участков лопаток приводит к отрыву кусков лопаток по сечению, ослабленному заклепочным отверстием.
Замена заклепочного соединения сварным приводит к снижению конструктивного демпфирования и, следовательно, при прочих равных условиях уровень переменных напряжений должен повыситься. Поэтому при создании сварных колес особое внимание уделяется отстройке от опасных резонансов и снижению динамической напряженности. Каждое новое колесо испытывается на стенде, при этом переменные напряжения возбуждаются воздушными струями, направленными на периферийные участки дисков. По результатам испытаний строятся частотно-фазовые характеристики, позволяющие выявить опасные резонансы для рабочего диапазона частот вращения и наметить пути отстройки от них х.
Наиболее полную оценку прочностных характеристик колес дают многократные разгонные испытания с динамическим нагружением. При запуске в серийное производство сварных колес были выполнены разгонные испытания (до окружных скоростей и2~300 м/с) 30 колес, изготовленных из стали 14Х2ГМР; максимальная рабочая окружная скорость этих колес составляла у2=240-^260 м/с.
Эффективными способами снижения динамических напряжений в деталях сварных колес является увеличение числа лопаток и толщин периферийных участков дисков, а также вырезы на этих участках. В клепаных колесах увеличение толщины покрывающего диска лимитировалось прочностью заклепок, а увеличение числа лопаток — величиной загромождения на выходе.
