轮盘自振频率的影响因素

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叶片对盘自振频率的影响

实际的压气机盘（或其他轮盘），除了具有中心孔、变厚度等特点外，外缘还装有叶片、带加强边或其他特殊结构。它们对轮盘的自振频率都有一定的影响，其中以叶片的影响最大。对于带叶片的薄盘的振动，实际是盘和叶片的耦合振动，其振动特性和单个盘的振动特性不同。下表列出了装有10个等厚叶片的中心固定的等厚度铝质薄圆盘结构。用有限元法计算的前几阶自振频率，单位为Hz。

表1

图 对应的振型

可见，当盘片耦合振动时，出现新的频率和振型，它们均不同于单个叶片或盘的振动情况，振动的节圆可能移到轮盘之外，此时盘和叶片作为一个振动体来考虑。

离心力的影响

当发动机旋转时，压气机及涡轮盘承受很大的离心力（叶片和盘本身的惯性力）。轮盘在离心力场中振动时，要克服离心力而做功，因此轮盘上的势能除变形能外，还有离心力场的势能，这样相当于增加了盘的刚性。因此，自振频率随转速的增加而升高。为区别二者，称角速度等于0时的振动频率为静频，盘旋转起来的振动频率为动频。动频的计算，可以采用能量法，如下：

式中，Fd 为动频；F0 为静频；n 为转速；B 为离心力影响系数，对不同的边界和阶次，B值不同。

温度对轮盘自振频率的影响

发动机工作时，由于压气机盘特别是涡轮盘温度很高，而弹性模量E 则随温度的升高而降低。此外，温度沿径向分布不均，而产生内应力。因此，温度的影响可使盘的自振频率改变。通常，对于轮心温度低、轮缘温度更高的盘，其自振频率比常温下温度均布的盘要低。

（原文注：本文来自经典教材，旨在知识分享，惠及工程人员。）

来源：DyRoBeS微信公众号（ID：dyrobes）