“如果你想找到宇宙的秘密，請(qǐng)考慮能量，頻率和振動(dòng)。” - 尼古拉·特斯拉

特斯拉的秘密可能是由于轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)頻率等于軸速度而浪費(fèi)的能量嗎？

平衡轉(zhuǎn)子對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和利潤目標(biāo)至關(guān)重要。不平衡會(huì)產(chǎn)生***振動(dòng)，從而導(dǎo)致其他故障，從而導(dǎo)致機(jī)器壽命縮短，能源浪費(fèi)和效率降低。生產(chǎn)符合客戶要求的產(chǎn)品需要平穩(wěn)運(yùn)行的機(jī)器。IOSR機(jī)械和土木工程雜志指出轉(zhuǎn)子不平衡是振動(dòng)問題的主要原因。良好的平衡過程對(duì)于成功的物理資產(chǎn)管理至關(guān)重要。

什么是剛性轉(zhuǎn)子？

以低于其臨界速度的70％的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子被認(rèn)為是剛性轉(zhuǎn)子。臨界速度是通過激發(fā)其固有頻率而發(fā)生共振的速度。百分之九十或更多的轉(zhuǎn)子是剛性的。

什么是不平衡？

轉(zhuǎn)子不平衡可以定義為當(dāng)幾何中心和質(zhì)心（也稱為重心）不重合時(shí)存在的條件。實(shí)際上，這些中心并不完全一致，但轉(zhuǎn)子平衡的目標(biāo)是將不平衡減少到機(jī)器壽命不會(huì)受到殘余不平衡的負(fù)面影響。平衡技術(shù)人員試圖將質(zhì)心和幾何中心帶到相同的點(diǎn)或足夠接近以滿足預(yù)定的平衡標(biāo)準(zhǔn)。總會(huì)有一些殘余不平衡。

平衡標(biāo)準(zhǔn)

一些標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)開發(fā)出用于各種機(jī)器的平衡標(biāo)準(zhǔn)。ISO和API是幾個(gè)例子。一些公司制定自己的標(biāo)準(zhǔn)。你應(yīng)該使用哪種標(biāo)準(zhǔn)？選擇標(biāo)準(zhǔn)，使您可以實(shí)現(xiàn)所需的機(jī)器壽命，并將設(shè)備功能保持在您的過程所需的水平。這聽起來像是一個(gè)政治答案，但實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)根據(jù)您工廠的要求而有所不同。如果您使用定義明確的物理資產(chǎn)管理流程，則已知要求。

不平衡以盎司/英寸或克/毫米為單位測(cè)量。但是，當(dāng)您在現(xiàn)場(chǎng)平衡時(shí)，通常會(huì)平衡振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)楦菀状_定機(jī)器振動(dòng)水平而不是確定殘余不平衡。

不平衡引起的振動(dòng)與不平衡量成正比。如果由于不平衡引起的振動(dòng)水平降低到可接受的水平，則不平衡量也達(dá)到可接受的標(biāo)準(zhǔn)。

由不平衡引起的力量

• 不平衡會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子振動(dòng)。
• 雙倍的不平衡量，以及由于不平衡引起的力量加倍。
• 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加倍，力量翻兩番。

不平衡的類型

• 靜態(tài)或力量
• 一對(duì)
• 動(dòng)態(tài)或力與夫妻的結(jié)合

轉(zhuǎn)子不平衡的原因

• 鑄件中的氣孔
• 怪癖
• 密鑰長度不正確
• 應(yīng)力消除失真
• 熱變形
• 腐蝕或不均勻磨損
• 存款累積和組件轉(zhuǎn)移
• 不對(duì)稱的設(shè)計(jì)和裝配錯(cuò)誤
• 轉(zhuǎn)子損壞
• 修復(fù)工作錯(cuò)誤，例如使用錯(cuò)誤的連接螺栓或墊圈

在獲得振動(dòng)和相位測(cè)量之后執(zhí)行平衡。平衡有三個(gè)要求：穩(wěn)定振動(dòng)，穩(wěn)定階段，以及測(cè)量的振動(dòng)和相位必須歸因于轉(zhuǎn)子不平衡。

在嘗試對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平衡之前，請(qǐng)遵循以下基本步驟：

• 在機(jī)器上執(zhí)行振動(dòng)分析。
• 獲取徑向和軸向振動(dòng)讀數(shù)。
• 確保轉(zhuǎn)子清潔。
• 確認(rèn)轉(zhuǎn)子上沒有松動(dòng)的部件。
• 在嘗試平衡之前，請(qǐng)務(wù)必糾正其他問題。
• 使用百分表檢查總指示跳動(dòng)（TIR）。
• 刪除以前的平衡修正重量。

數(shù)據(jù)采集??器/分析儀可用于執(zhí)行識(shí)別不平衡所需的振動(dòng)分析。

不平衡是徑向力并產(chǎn)生等于軸速的振動(dòng)頻率。徑向力有時(shí)會(huì)在軸向上產(chǎn)生振動(dòng)，特別是在懸臂或懸臂轉(zhuǎn)子中。在這些轉(zhuǎn)子中，軸向振動(dòng)甚至可以大于徑向振動(dòng)。徑向力導(dǎo)致軸偏轉(zhuǎn)，在軸承中產(chǎn)生軸向振動(dòng)。

通常，不平衡會(huì)產(chǎn)生1倍或軸速度的振動(dòng)，即總振動(dòng)的80％或更多。如果1×振動(dòng)小于80％，則除了不平衡外還懷疑其他問題。這與說明其他頻率的振動(dòng)不應(yīng)超過總振動(dòng)的20％相同。在轉(zhuǎn)子可以適當(dāng)平衡之前，可能需要糾正其他問題。

不平衡總是在所有徑向方向上施加相等的力，但是由于不平衡引起的振動(dòng)在所有方向上幾乎不會(huì)相等。水平振動(dòng)通常是幅度***大的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)機(jī)器在該方向上的剛度較小。小心，因?yàn)檩S承松動(dòng)和垂直共振等例外情況。

如果徑向位置的振動(dòng)幅度相差5：1或更大，則通常存在其他問題。如果在光譜中可以看到三倍以上的軸速度諧波，則可能存在其他問題，***可能是松動(dòng)。在嘗試平衡轉(zhuǎn)子之前，應(yīng)該糾正所有其他問題。下圖顯示了相應(yīng)的測(cè)量和重量校正平面。

轉(zhuǎn)子不平衡的相位指示

在診斷不平衡時(shí)，相位是一個(gè)非常重要的工具，因?yàn)槠渌麕讉€(gè)問題可能會(huì)產(chǎn)生1倍的振動(dòng)。下面顯示的相數(shù)可能會(huì)有15度的變化。

力不平衡相位差：比較兩個(gè)軸承上相同的徑向位置時(shí)為0度。

耦合不平衡相位差： 180度時(shí)比較兩個(gè)軸承上相同的徑向位置。

動(dòng)態(tài)不平衡相位差：當(dāng)比較兩個(gè)軸承上的相同徑向位置時(shí)，0到180度。

對(duì)于所有類型的轉(zhuǎn)子不平衡，在同一軸承上測(cè)量時(shí)，從水平到垂直的相移應(yīng)約為90度。在嘗試平衡時(shí)，該階段應(yīng)該是穩(wěn)定且可重復(fù)的。（在調(diào)整平衡后它可能會(huì)變得不穩(wěn)定，因?yàn)槠渌麊栴}往往變得更占優(yōu)勢(shì)。）不平衡的良好指示是內(nèi)側(cè)水平（IBH）和外側(cè)水平（OBH）之間的相位差應(yīng)該等于內(nèi)側(cè)垂直之間的相位差（ IBV）和舷外垂直（OBV）。

相位誤差極大地影響平衡。例如，

• 7.5度的相位誤差可以產(chǎn)生8：1的減振。
• 15度的相位誤差可以產(chǎn)生4：1的減振。
• 30度的相位誤差可以產(chǎn)生2：1的減振。
• 60度或更大的相位誤差可以不會(huì)減少振動(dòng)。

平衡規(guī)則

所有轉(zhuǎn)子，無論其直徑/寬度（D / W）比如何，都應(yīng)在兩個(gè)平面內(nèi)平衡。

然而，在懸臂轉(zhuǎn)子上，如果***靠近懸臂質(zhì)量的軸承中的振動(dòng)的振幅大約是另一個(gè)軸承中振動(dòng)的四倍，則單平面平衡可能起作用。D / W比為4：1或更大的懸臂轉(zhuǎn)子有時(shí)可以通過單平面平衡在公差范圍內(nèi)平衡。

此外，有時(shí)狹窄的懸臂轉(zhuǎn)子對(duì)雙平面平衡反應(yīng)不佳。在懸臂狹窄的轉(zhuǎn)子上，將兩個(gè)配重平面的影響分開在兩個(gè)測(cè)量平面上變得更加困難。這僅僅是因?yàn)檎D(zhuǎn)子重量平面彼此非常接近。

要確定是否需要雙平面平衡作業(yè)，請(qǐng)?jiān)O(shè)置并進(jìn)行四次測(cè)量，但只輸入一個(gè)校正平面（單個(gè)平面）。詢問程序估計(jì)的減少量。如果估計(jì)值在公差范圍內(nèi)，則繼續(xù)使用單平面平衡。如果估計(jì)的減少量超出公差范圍，請(qǐng)將設(shè)置更改為兩個(gè)校正平面并繼續(xù)。

其他轉(zhuǎn)子不平衡指示

時(shí)間波形應(yīng)包含強(qiáng)正弦波分量。加速度測(cè)量會(huì)使時(shí)間波形失真，因?yàn)楦?**的頻率會(huì)被放大。

穩(wěn)定的相位和穩(wěn)定的振幅也是平衡的要求。如果其中任何一個(gè)不穩(wěn)定，請(qǐng)不要將問題診斷為不平衡。有時(shí)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量然后關(guān)閉機(jī)器可能是明智之舉。再次啟動(dòng)機(jī)器，查看振動(dòng)和相位測(cè)量是否可以重復(fù)。

選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)重量

適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)重量（TW）選擇很重要，因?yàn)樘p的重量可能無法為計(jì)算校正砝碼和放置提供足夠的響應(yīng)。試驗(yàn)重量太大可能會(huì)破壞機(jī)器。試驗(yàn)重量應(yīng)符合30/30規(guī)則：將相位改變30度或?qū)⒄穹淖冎辽?0％。

計(jì)算試驗(yàn)權(quán)重

F =轉(zhuǎn)子重量×10％

F =（1.77）×（TW）×（R）×（rpm÷1,000）2

其中：F =以磅為單位的力，TW =以盎司為單位的試驗(yàn)重量，R =以英寸為單位的半徑

示例：轉(zhuǎn)子重量為5,400磅，轉(zhuǎn)速為1,800轉(zhuǎn)，半徑為13.5英寸

F = 5,400×10％; F = 540

540 =（1.77）x（TW）x（13.5）x（3.24）

540 = 77.4 TW

TW = 6.98盎司

典型的單平面程序

1. 按照天平設(shè)備制造商的說明在轉(zhuǎn)子上設(shè)置設(shè)備。
2. 進(jìn)行“參考運(yùn)行”或“校準(zhǔn)運(yùn)行”，測(cè)量振動(dòng)和相位。
3. 添加試驗(yàn)重量。
4. 試運(yùn)行。
5. 去除試驗(yàn)重量。
6. 添加修正重量。
7. 修剪運(yùn)行。
8. 如果需要，添加修剪重量。
9. 不超過兩次修剪運(yùn)行。如果需要兩次以上的修剪運(yùn)行才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，請(qǐng)保留所有重量，刪除此平衡作業(yè)上收集的數(shù)據(jù)并重新開始此過程。

典型的雙平面程序

1. 按照天平設(shè)備制造商的說明在轉(zhuǎn)子上設(shè)置設(shè)備。
2. 進(jìn)行“參考運(yùn)行”或“校準(zhǔn)運(yùn)行”，測(cè)量振動(dòng)和相位。
3. 將試驗(yàn)重量加到1號(hào)飛機(jī)上。
4. 試運(yùn)行＃1。
5. 從1號(hào)飛機(jī)上卸下試驗(yàn)重量并放在2號(hào)飛機(jī)上。
6. 試運(yùn)行＃2。
7. 從2號(hào)飛機(jī)上卸下試驗(yàn)重量。
8. 向平面＃1和＃2添加校正權(quán)重。
9. 如果需要，進(jìn)行修剪運(yùn)行并添加修剪重量。
10. 不超過兩次修剪運(yùn)行。
11. 如果在兩次修剪運(yùn)行后余額作業(yè)不在規(guī)格范圍內(nèi)，請(qǐng)將權(quán)重保留在原位，刪除此余額作業(yè)中收集的數(shù)據(jù)并重新開始此過程。

當(dāng)轉(zhuǎn)子不能保持平衡時(shí)，應(yīng)懷疑以下問題：

• 熱靈敏度
• 在共振附近操作
• 轉(zhuǎn)子腐蝕
• 材料堆積
• 速度變化使機(jī)器進(jìn)入共振狀態(tài)
• 轉(zhuǎn)子部件松動(dòng)

“這是一個(gè)粉絲，它搖晃所以它必須需要平衡”的心態(tài)被稱為平衡綜合癥，可以讓你陷入困境。這里有一些技巧可以幫助您避免這些陷阱。

• 時(shí)間信號(hào)不應(yīng)太偏離正弦曲線。
• 軸速振動(dòng)幅度應(yīng)穩(wěn)定且可重復(fù)。
• 階段應(yīng)該穩(wěn)定且可重復(fù)。
• 頻譜中應(yīng)存在不超過三次的軸速諧波。（滑動(dòng)軸承可能是個(gè)例外。）
• 應(yīng)該沒有提***噪聲基底。
• 不應(yīng)存在??次諧波。
• 轉(zhuǎn)子應(yīng)清潔且無積垢。
• 平衡應(yīng)該是***后的糾正措施（***先糾正明顯的問題）。

沒有原因，轉(zhuǎn)子不會(huì)失去平衡。如果轉(zhuǎn)子已經(jīng)可接受地平衡并且變得不平衡，則總是試圖檢測(cè)并糾正不平衡的根本原因。有時(shí)轉(zhuǎn)子加強(qiáng)角撐板可能會(huì)破裂，使轉(zhuǎn)子變形并導(dǎo)致突然的不平衡。如果在不修復(fù)裂縫的情況下重新平衡轉(zhuǎn)子，則如果角撐板完全失效，則可能發(fā)生突然和災(zāi)難性的機(jī)器故障。通常可以通過徹底的清潔和檢查來避免這些問題。

以位移，速度和加速度測(cè)量振動(dòng)。速度和加速度通常是***常用的單位，但是當(dāng)平衡轉(zhuǎn)子時(shí)，通常使用以密耳為單位測(cè)量的位移。這是因?yàn)槲灰圃诘皖l時(shí)提供***佳指示，并且您在平衡時(shí)處理1倍軸速。技術(shù)人員需要意識(shí)到，以900轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行的機(jī)器上的1密耳振動(dòng)與在3,600轉(zhuǎn)/分鐘下運(yùn)行的機(jī)器上的1密耳振動(dòng)不相上下。在3,600轉(zhuǎn)/分鐘的機(jī)器上施加了相當(dāng)大的力。

為什么平衡工作出錯(cuò)了

平衡時(shí)未能達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)的主要原因包括：

1. 設(shè)置數(shù)據(jù)采集器/分析器時(shí)出錯(cuò)
2. 未能移除試驗(yàn)重量
3. 一個(gè)不平衡的問題（通常是松散的）
4. 將試驗(yàn)重量位置錯(cuò)誤地輸入平衡儀器
5. 懸臂負(fù)載需要雙平面平衡
6. 重量放置不是相對(duì)于轉(zhuǎn)子方向的正確方向
7. 現(xiàn)有的共振條件

精通轉(zhuǎn)子平衡需要有良好的工具并且熟悉其使用。平衡理論和平衡程序的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于成功也是至關(guān)重要的。掌握振動(dòng)分析將有助于確保技術(shù)人員僅在問題不平衡時(shí)執(zhí)行平衡。由于存在許多變數(shù)，仍有一些平衡的藝術(shù)。憑借更好的工具和更好的知識(shí)，基礎(chǔ)平衡已經(jīng)不再是一門藝術(shù)，而是更多的應(yīng)用科學(xué)。