“如果你想找到宇宙的秘密，請考慮能量，頻率和振動。” - 尼古拉·特斯拉

特斯拉的秘密可能是由于轉子不平衡導致的振動頻率等于軸速度而浪費的能量嗎？

平衡轉子對于實現生產和利潤目標至關重要。不平衡會產生***振動，從而導致其他故障，從而導致機器壽命縮短，能源浪費和效率降低。生產符合客戶要求的產品需要平穩(wěn)運行的機器。IOSR機械和土木工程雜志指出轉子不平衡是振動問題的主要原因。良好的平衡過程對于成功的物理資產管理至關重要。

什么是剛性轉子？

以低于其臨界速度的70％的轉速運轉的轉子被認為是剛性轉子。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子是剛性的。

什么是不平衡？

轉子不平衡可以定義為當幾何中心和質心（也稱為重心）不重合時存在的條件。實際上，這些中心并不完全一致，但轉子平衡的目標是將不平衡減少到機器壽命不會受到殘余不平衡的負面影響。平衡技術人員試圖將質心和幾何中心帶到相同的點或足夠接近以滿足預定的平衡標準。總會有一些殘余不平衡。

平衡標準

一些標準組織已經開發(fā)出用于各種機器的平衡標準。ISO和API是幾個例子。一些公司制定自己的標準。你應該使用哪種標準？選擇標準，使您可以實現所需的機器壽命，并將設備功能保持在您的過程所需的水平。這聽起來像是一個政治答案，但實際上，標準可能會根據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/毫米為單位測量。但是，當您在現場平衡時，通常會平衡振動標準，因為更容易確定機器振動水平而不是確定殘余不平衡。

不平衡引起的振動與不平衡量成正比。如果由于不平衡引起的振動水平降低到可接受的水平，則不平衡量也達到可接受的標準。

由不平衡引起的力量

• 不平衡會產生轉子振動。
• 雙倍的不平衡量，以及由于不平衡引起的力量加倍。
• 轉子轉速加倍，力量翻兩番。

不平衡的類型

• 靜態(tài)或力量
• 一對
• 動態(tài)或力與夫妻的結合

轉子不平衡的原因

• 鑄件中的氣孔
• 怪癖
• 密鑰長度不正確
• 應力消除失真
• 熱變形
• 腐蝕或不均勻磨損
• 存款累積和組件轉移
• 不對稱的設計和裝配錯誤
• 轉子損壞
• 修復工作錯誤，例如使用錯誤的連接螺栓或墊圈

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

在嘗試對轉子進行現場平衡之前，請遵循以下基本步驟：

• 在機器上執(zhí)行振動分析。
• 獲取徑向和軸向振動讀數。
• 確保轉子清潔。
• 確認轉子上沒有松動的部件。
• 在嘗試平衡之前，請務必糾正其他問題。
• 使用百分表檢查總指示跳動（TIR）。
• 刪除以前的平衡修正重量。

數據采集??器/分析儀可用于執(zhí)行識別不平衡所需的振動分析。

不平衡是徑向力并產生等于軸速的振動頻率。徑向力有時會在軸向上產生振動，特別是在懸臂或懸臂轉子中。在這些轉子中，軸向振動甚至可以大于徑向振動。徑向力導致軸偏轉，在軸承中產生軸向振動。

通常，不平衡會產生1倍或軸速度的振動，即總振動的80％或更多。如果1×振動小于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不應超過總振動的20％相同。在轉子可以適當平衡之前，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在所有方向上幾乎不會相等。水平振動通常是幅度***大的，因為大多數機器在該方向上的剛度較小。小心，因為軸承松動和垂直共振等例外情況。

如果徑向位置的振動幅度相差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。在嘗試平衡轉子之前，應該糾正所有其他問題。下圖顯示了相應的測量和重量校正平面。

轉子不平衡的相位指示

在診斷不平衡時，相位是一個非常重要的工具，因為其他幾個問題可能會產生1倍的振動。下面顯示的相數可能會有15度的變化。

力不平衡相位差：比較兩個軸承上相同的徑向位置時為0度。

耦合不平衡相位差： 180度時比較兩個軸承上相同的徑向位置。

動態(tài)不平衡相位差：當比較兩個軸承上的相同徑向位置時，0到180度。

對于所有類型的轉子不平衡，在同一軸承上測量時，從水平到垂直的相移應約為90度。在嘗試平衡時，該階段應該是穩(wěn)定且可重復的。（在調整平衡后它可能會變得不穩(wěn)定，因為其他問題往往變得更占優(yōu)勢。）不平衡的良好指示是內側水平（IBH）和外側水平（OBH）之間的相位差應該等于內側垂直之間的相位差（ 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生8：1的減振。
• 15度的相位誤差可以產生4：1的減振。
• 30度的相位誤差可以產生2：1的減振。
• 60度或更大的相位誤差可以不會減少振動。

平衡規(guī)則

所有轉子，無論其直徑/寬度（D / W）比如何，都應在兩個平面內平衡。

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

此外，有時狹窄的懸臂轉子對雙平面平衡反應不佳。在懸臂狹窄的轉子上，將兩個配重平面的影響分開在兩個測量平面上變得更加困難。這僅僅是因為窄轉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)，請設置并進行四次測量，但只輸入一個校正平面（單個平面）。詢問程序估計的減少量。如果估計值在公差范圍內，則繼續(xù)使用單平面平衡。如果估計的減少量超出公差范圍，請將設置更改為兩個校正平面并繼續(xù)。

其他轉子不平衡指示

時間波形應包含強正弦波分量。加速度測量會使時間波形失真，因為更***的頻率會被放大。

穩(wěn)定的相位和穩(wěn)定的振幅也是平衡的要求。如果其中任何一個不穩(wěn)定，請不要將問題診斷為不平衡。有時進行振動測量然后關閉機器可能是明智之舉。再次啟動機器，查看振動和相位測量是否可以重復。

選擇適當的試驗重量

適當的試驗重量（TW）選擇很重要，因為太輕的重量可能無法為計算校正砝碼和放置提供足夠的響應。試驗重量太大可能會破壞機器。試驗重量應符合30/30規(guī)則：將相位改變30度或將振幅改變至少30％。

計算試驗權重

F =轉子重量×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重量，R =以英寸為單位的半徑

示例：轉子重量為5,400磅，轉速為1,800轉，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. 按照天平設備制造商的說明在轉子上設置設備。
2. 進行“參考運行”或“校準運行”，測量振動和相位。
3. 添加試驗重量。
4. 試運行。
5. 去除試驗重量。
6. 添加修正重量。
7. 修剪運行。
8. 如果需要，添加修剪重量。
9. 不超過兩次修剪運行。如果需要兩次以上的修剪運行才能達到標準，請保留所有重量，刪除此平衡作業(yè)上收集的數據并重新開始此過程。

典型的雙平面程序

1. 按照天平設備制造商的說明在轉子上設置設備。
2. 進行“參考運行”或“校準運行”，測量振動和相位。
3. 將試驗重量加到1號飛機上。
4. 試運行＃1。
5. 從1號飛機上卸下試驗重量并放在2號飛機上。
6. 試運行＃2。
7. 從2號飛機上卸下試驗重量。
8. 向平面＃1和＃2添加校正權重。
9. 如果需要，進行修剪運行并添加修剪重量。
10. 不超過兩次修剪運行。
11. 如果在兩次修剪運行后余額作業(yè)不在規(guī)格范圍內，請將權重保留在原位，刪除此余額作業(yè)中收集的數據并重新開始此過程。

當轉子不能保持平衡時，應懷疑以下問題：

• 熱靈敏度
• 在共振附近操作
• 轉子腐蝕
• 材料堆積
• 速度變化使機器進入共振狀態(tài)
• 轉子部件松動

“這是一個粉絲，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。

• 時間信號不應太偏離正弦曲線。
• 軸速振動幅度應穩(wěn)定且可重復。
• 階段應該穩(wěn)定且可重復。
• 頻譜中應存在不超過三次的軸速諧波。（滑動軸承可能是個例外。）
• 應該沒有提***噪聲基底。
• 不應存在??次諧波。
• 轉子應清潔且無積垢。
• 平衡應該是***后的糾正措施（***先糾正明顯的問題）。

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

以位移，速度和加速度測量振動。速度和加速度通常是***常用的單位，但是當平衡轉子時，通常使用以密耳為單位測量的位移。這是因為位移在低頻時提供***佳指示，并且您在平衡時處理1倍軸速。技術人員需要意識到，以900轉/分鐘運行的機器上的1密耳振動與在3,600轉/分鐘下運行的機器上的1密耳振動不相上下。在3,600轉/分鐘的機器上施加了相當大的力。

為什么平衡工作出錯了

平衡時未能達到所需標準的主要原因包括：

1. 設置數據采集器/分析器時出錯
2. 未能移除試驗重量
3. 一個不平衡的問題（通常是松散的）
4. 將試驗重量位置錯誤地輸入平衡儀器
5. 懸臂負載需要雙平面平衡
6. 重量放置不是相對于轉子方向的正確方向
7. 現有的共振條件

精通轉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知識對于成功也是至關重要的。掌握振動分析將有助于確保技術人員僅在問題不平衡時執(zhí)行平衡。由于存在許多變數，仍有一些平衡的藝術。憑借更好的工具和更好的知識，基礎平衡已經不再是一門藝術，而是更多的應用科學。