刘 松

（中航南京机电液压工程研究中心，南京 211106）

0 引言

由于振动引发的机械零件共振失效的现象，在机械失效领域常有发生，尤其是旋转类零件，如叶片、轮盘等［1-6］，更是屡见不鲜。对于机械零件共振失效的分析及改进，主要考虑振型、自振频率、振动应力和激振力的来源4个因素［7］，其中确定共振振型及相应自振频率是非常重要的。目前较为常见得出振型及自振频率的方法，主要是物理试验测量（如光弹法等）和有限元计算分析2种，但共振振型确定还是有一定难度的，工程实践过程中往往是通过对比断裂部位与各阶振型振动节线的一致性来实现。笔者应用有限元分析与一些力学理论相结合的手段，对某铝合金叶轮共振振型的确定进行了研究。

某铝合金叶轮，正常工作转速在65 000 r/min左右，设计最高转速达75 000 r/min，设计叶轮进口气体最高温度为140℃，叶轮出口气体最高温度为210℃。该叶轮为离心叶轮，材料为铝合金2A12，T4状态，叶型为直纹圆柱抛物面，采用四坐标数控铣加工。叶轮与轴采用间隙配合，靠螺母与密封环来约束其上、下安装面位移。近年来，随着产品装机使用时间的增加，该型涡轮冷却器出现多起故障。故障原因为叶轮发生共振，引起长叶片根部（靠叶轮进口处）疲劳断裂。

1 共振振型的研究

1.1 有限元模拟分析

该叶轮为整体机械加工成型，失效原因为叶轮发生共振，引起长叶片根部（靠叶轮进口处）疲劳断裂。因而可知叶片工作过程中不仅受到离心力作用，还受到气体力引起的振动应力作用。……