转子不平衡问题

转子不平衡问题不平衡问题不平衡：转子质量中心线与转轴中心线不重合时便产生不平衡。图1.1力不平衡图1.2力偶不平衡图1.3动不平衡图1.4悬臂转子不平衡第2页,共23页，2024年2月25日，星期天不平衡问题不平衡类型：原始不平衡渐变不平衡突发不平衡刚性转子不衡挠性转子不衡动不平衡静不平衡悬臂转子不平衡简支转子不平衡第3页,共23页，2024年2月25日，星期天不平衡产生的原因第4页,共23页，2024年2月25日，星期天不平衡转子呈现的特征不平衡转子呈现如下特征：不平衡振动总是显示出不平衡部件转速频率的一倍频率的振动（但是1x转速频率的并不总是不平衡)。通常，这个1X转速频率的振动尖峰在频谱中占优势。当故障仅限于不平衡时，1X转速频率的振动尖峰的幅值通常大于或等于振动总量幅值的80％(如果除了不平衡之外还有其他故障，则可能仅为振动总量幅值的5％到80％)。当转子转速低于转子第一阶临界转速运转时，振动幅值将随转速的平方成比例变化。即：转速升高3倍，将导致不平衡振动增大9倍。第5页,共23页，2024年2月25日，星期天质量不平衡产生一个均匀的旋转力，此力的方向连续变化，但是始终作用在径向方向上。因此，轴和支承轴承趋向于以某圆周轨道运动，然而由于轴承的垂直方向刚性比水平方向刚性强，所以通常振动响应是一定程度的椭圆轨迹。因此，水平方向振动通常略大于垂直方向振动，一般范围在2至3倍左右。当水平方向与垂直方向振动之比大于6比1时，通常说明是其他故障，尤其是共振。5.当不平衡超过其他故障成为主要振动原因时，则轴承上水平方向与垂直方向振动相位差约为90度（+/-30度），因此，如果存在1X转速频率较大的振动，但是，水平方向与垂直方向振动相位差为0度或接近180度，通常这说明是其他故障源，例如偏心。不平衡转子呈现的特征第6页,共23页，2024年2月25日，星期天不平衡转子呈现的特征

6．如果存在明显的不平衡，则内侧轴承与外侧轴承的水平方向振动的相位差应该接近垂真方向振动的相位差。即，不是比较同一轴承座上水平方向与垂直方向的相位差，而是比较内侧轴承与外侧轴承水平方向振动相位差与垂直方向振动相位差。7．当不平衡占优势时，径向方向(水平方向和垂直方向)振动通常比轴向方向振动大许多(除了悬臂转子之外，这将在后面章节中讨论)。8．不平衡转子通常在径向方向呈现稳定的、可重复的振动相位。9．共振有时可能受不平衡的影响较大。10.不平衡对转子产生过大振动的影响可能很大。事实上，在有些刚度较低的轴承座上，不平衡的转子，尽管很小的残余不平衡量，也还会出现不平衡振动，但是，动平衡还是可明显减小松动引起的振动。但是，往往无法平衡有松动的转子。第7页,共23页，2024年2月25日，星期天力不平衡（静不平衡）力不平衡也称为“静不平衡”：力不平衡就是质量中心线离开且平行于轴中心线的一种转子不平衡状态。可采用静平衡法修正之。力不平衡有两种情况：只存在一个重点，它位于靠近转子重心(CG)的位置。存在两个重点，分别作用在内侧和外侧径向平面上，且在同一纵向平面的同一方向上。图1.5力不平衡图1.6力不平衡第8页,共23页，2024年2月25日，星期天力不平衡特征力不平衡特征概括如下：1．以1X转速频率旋转的相同的不平衡力通常都差不多同时出现在内侧和外侧转子轴承座上(然而，根据每个方向的支承刚性，水平和垂直方向的响应可能略不同。2．在纯的力不平衡情况下，外侧水平方向振动相位等于同一轴上内侧水平方向振动相位。3．同样，同一轴上外侧轴承的垂直方向振动相位也近似等于内侧轴承的垂直方向振动相位。4．力不平衡只需在通过转子重心(CG)的单一平面内加一个反作用的重量便可修正之。5．内侧和外侧轴承水平方向振动相位差应该大致等于内侧和外侧轴承垂直方向振动相位差。

第9页,共23页，2024年2月25日，星期天力偶不平衡质量中心线轴线与轴几何中心线轴线相交于转子的重心处的一种不平衡状态。在转子的每一端彼此相差180度处，有两个质量相等的重点产生一力偶。第10页,共23页，2024年2月25日，星期天力偶不平衡呈现的特征1．在单纯的力偶不平衡中，转子是静平衡的。但是力偶不平衡的转子还是会产生1X转速频率的明显的振动。2．力偶不平衡在外侧轴承座和内侧轴承座上产生1X转速频率的大的振动（可能一个轴承座上振动略大于另一外轴承座上的振动）。3．明显的力偶不平衡有时可能产生大的轴向振动。4．内侧和外侧轴承座上水平方向振动相位差将近似为180度，因为两端的摇动运动彼此方向相反。5．同样地，外侧和内侧轴承座垂直方向相位差约为180度。6．如果故障是力偶不平衡（不是不对中)，则同一轴承的水平和垂直方向的相位差应该彼此相差90度。第11页,共23页，2024年2月25日，星期天动不平衡动不平衡定义为：质量中心线与轴几何中心线轴线既不平行也不相交的不平衡状态。动不平衡基本上是力不平衡和力偶不平衡两者的组合。它至少需要在垂直于轴中心线的两个平面上才能修正平衡。第12页,共23页，2024年2月25日，星期天动不平衡呈现的特征

1．动不平衡产生1X转速频率较大的振动，但是，在外侧轴承座上的振动幅值与在内侧轴承座上的振动幅值略不相同。假定没有其他明显的故障的话，它们仍然在相同的幅值量级或者小于3比1的比例。2．与力不平衡和力偶不平衡一样，当动不平衡为主时，振动相位还是稳定的和可重复的。3．虽然外侧轴承与内侧轴承之间的水平方向振动相位差可能是0度至180度的任一角度，这个相位差还是近似等于垂直方向振动相位差。动不平衡至少需要两个平衡面才能修正之。4.不管力不平衡或力偶不平衡谁占优势轴承1和2处水平方向振动相位差应该近似等于这两个轴承处垂直方向振动相位差（如果水平方向振动相位差约150度，表示大的力偶不平衡，则垂直方向振动相位差也约为150度）。第13页,共23页，2024年2月25日，星期天动不平衡的典型相位测量

表A力不平衡典型相位测量表C动不平衡典型相位测量表B力偶不平衡典型相位测量

测点分布第14页,共23页，2024年2月25日，星期天悬臂转子不平衡被驱动转子位于轴承1和2的外侧(如果转子位于两个轴承之间，称这种转子为简支转子)。

第15页,共23页，2024年2月25日，星期天悬臂转子呈现的不平衡特征

悬臂转子呈现如下特征：1．悬臂转子可产生1X转速频率的轴向力，引起轴向振动，这种轴向振动等于或者大于径向振动幅值。2．悬臂转子往往除了产生力不平衡之外，还产生大的力偶不平衡，这两种不平衡必须都要修正之。3．对于单纯悬臂转子不平衡，在轴承1处的轴向方向振动相位将近似等于轴承2处的轴向方向振动相位(士30度)。这里的振动相位差还是取决于与其他的诸如不对中。共振等故障相比较不平衡故障占优势的程度。4．通常，首先处理力不平衡分量，然后再处理剩下的相位差接近180度的力偶不平衡分量，最终修正悬臂转子的不平衡。因此力偶分量需要在两个平面内彼此相差约180度处加修正重量来修正之。第16页,共23页，2024年2月25日，星期天诊断转子动不平衡需要注意的问题动不平衡是线性问题，在时间波形中，有相同大小的振动幅值，近似为正弦曲线。对于滑动轴承中，在频谱图上前四个或五个转频振动的谐频其幅值一般较低。下面的几种情况一般不会是单纯的动不平衡问题：在基频振动成分处存在噪声裙。存在半轴转频振动成分。在滚动轴承中存在转频的谐频，或在滑动轴承中存在较高幅值的转频谐频振动。存在较宽频带的噪声。存在拍振或振幅调制。第17页,共23页，2024年2月25日，星期天转子动平衡的精度

转子许用不平衡量U，实际上是允许的残余不平衡质量矩：U＝M﹒e单位是[g﹒mm] 式中：e是质量偏心距或称单位转子质量许用不平衡量： e＝U/M，单位是[g.mm/kg]，而不是[um]其考虑了转子自身质量大小对动平衡的影响；M是转子自身质量，单位为g；动平衡精度G＝eω/1000,单位是[mm/s]， 实际上是质量偏心的线速度，其考虑了转子运行转速高低对动平衡的影响。IS01940标准——刚性转子组的动平衡质量标准

精度愈高的设备，G值愈小(平衡要求越高)，在同一平衡等级下，设备转速愈高，容许残留偏心距越小。刚性转子动平衡的精度等级由高到低依次为G0.4级、G1级、G2.5级、G6.3级、G16级、G40级、…；

第18页,共23页，2024年2月25日，星期天平衡面的选择：转子的宽径比及转速决定了采用单平面、双平面还是多平面进行动平衡操作。第19页,共23页，2024年2月25日，星期天刚性转子与挠性转子对于刚性转子：任何类型的不平衡问题都可以通过任选的二个平面得以平衡。对于挠性转子：当在一个转速下平衡好后，在另一个转速下又会出现不平衡问题。

为了能在一定的转速范围内，确保转子都能处在平衡的工作状态下，唯一的解决办法是采用多平面平衡法。第20页,共23页，2024年2月25日，星期天幅值相位法单面动平衡原理第21页,共23页，2024年2月25日，星期天转子动平衡分类制造厂或修理厂转子平衡机上进行动平衡现场动平衡（在线动平衡）刚性转子动平衡挠性转子动平衡（轴糸动平衡）第22页,共23页，2024年2月25日，星期天现场动平衡的一般