Приложение Д (справочное). Пример расчета предела выносливости при изгибе и кручении вала турбины

Приложение Д
(справочное)

Пример
расчета предела выносливости при изгибе и кручении вала турбины

Д.1 Исходные данные:

- диаметр вала в рассчитываемом сечении D = 147 мм;

- материал вала - сталь 13Х12Н2В2МФ (ЭИ961). Механические свойства вала контролируются по 1-й группе контроля от каждой штамповки,   1100 МПа (110 кгс/мм ²);

- параметр шероховатости поверхности Ra = 1,8 мкм;

- наружная и внутренняя поверхности вала наклепаны микрошариками;

- температура вала - 300 °С;

- средние напряжения цикла от крутящего момента и растягивающие напряжения изгиба от газовых и центробежных сил вращения вала равны:

- режим полета 1:  = 324 МПа (32,4 кгс/мм ²),  = 20 МПа (2,0 кгс/мм ²);

- режим полета 2:  = 384 МПа (38,4 кгс/мм ²),  = 44 МПа (4,4 кгс/мм ²).

Д.2 Пределы выносливости вала при изгибе и кручении вычисляют по следующим формулам:

;

(Д.1)

,

(Д.2)

где  =  = ;

 =  = .

В данном случае и - пределы выносливости материала при изгибе и кручении, определенные при температуре 300 °С на образцах, изготовленных из прутка, и приведенные по уровню свойств к нижней границе ТУ на вал.

Д.3 Определение значений величин в формулах (Д.1) и (Д.2) следующее: - по данным испытаний образцов из прутка;  = 485 МПа (48,5 кгс/мм ²). Поправка на свойства материала детали:

.

Таким образом,  = 0,55  =  = 242 МПа (24,2 кгс/мм ²).

Коэффициент влияния масштабного фактора вычислен по формуле (10) при  = 0,02 мм ^-1 и D = 147 мм;  = 0,75.

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений и вычислены по формулам (13) и (14). Для стали 13Х12Н2В2МФ  = 10, поэтому  =  и  = .

Теоретические коэффициенты концентрации и определены приближенно исходя из справочных материалов с учетом формы пустотелого вала.

Значения коэффициентов в формулах (Д.1) и (Д.2) приведены в таблице Д.1.

Д.4 Пределы выносливости вала при симметричном изгибе и кручении по формулам (Д.1) и (Д.2) равны:

МПа (22,8 кгс/мм ²);

МПа (18,0 кгс/мм ²).

Д.5 Амплитуды предельных напряжений вала в рассчитываемом сечении при изгибе  =  и кручении  =  вычисляют по формулам (30) и (32).

Предел прочности для вычисления коэффициента асимметрии определен экспериментально при температуре 300 °С. Значение для вычисления принято равным 0,05.

Значения коэффициентов в формулах (30) и (32) приведены в таблице Д.1.

Таблица Д.1

Коэффициент	Значение
	0,76
	1,14
	1,67
	1,16
	0,23
	0,05

Д.6 Амплитуды предельных напряжений вала при изгибе и кручении равны:

- режим 1: МПа (22,3 кгс/мм ²);

МПа (16,4 кгс/мм ²);

- режим 1: МПа (21,8 кгс/мм ²);

МПа (16,1 кгс/мм ²).