如何选择动平衡方法及控制？国家标准+工程经验告诉

weixin

01、转子类型是如何决定动平衡方法的？
由于刚性转子和挠性转子在动平衡时的原理不同，所以选用的平衡方法也不同。因此平衡前需要首先确认转子类型，选择合适的平衡方法进行，降低平衡难度，节约花费——高速动平衡试验设备价格远远高于低速动平衡试验设备，不是所有企业都有财力负担。

低速动平衡一般用于刚性转子，高速动平衡一般用于挠性转子。在某些情况下，采用适当的方法，也可以在低速下平衡挠性转子，并保证其安装在最终环境时能满意地运行。否则，挠性转子要求使用高速动平衡方法。那么问题来了，此刚/挠性转子是否与我们常说的一致呢？

我们根据工程上的常见的工作转速与一阶临界转速的关系，定义转子类型，即工作转速低于一阶临界转速的转子，称为刚性转子；工作转速高于一阶临界转速的转子，称为挠（柔）性转子。这种定义简单实用，常用于各旋转机械转子方案论证及设计。

然而在选择动平衡方法、进行转子动平衡时，转子类型的这种定义就显得粗糙。小编根据国家标准，给出另外两种定义方法，在动平衡选择时更为有效。

  · 国家标准GB/T 6444-2008《机械振动 平衡词汇》中规定：可以在任意的两个校正平面上进行平衡校正，并且校正之后，在直到最高工作转速的任何转速以及接近实际工作转速的支承条件下，其剩余不平衡量（相对轴线）无明显改变的转子，称为刚性转子；由于弹性挠曲而不满足刚性转子定义的转子，称为挠性转子。

  · 国家标准GB/T 6557-2009《挠性转子机械平衡的方法和准则》中规定：如果转子在高速下工作，它在靠近或者超越临界转速时，转子发生明显弯曲，那么就要求进行高速平衡。如果转子最高工作转速与第一阶挠曲临界转速之比小于0.7，对平衡而言认为转子是刚性的。这也就意味着可以采用刚性转子动平衡的办法来处理此类挠性转子的动平衡。这点，小编在一些工程项目实施时也有切身体会。

有人可能问，第一阶挠曲临界转速，跟第一阶临界转速有啥区别？

  · 按照GB6557-86《挠性转子的机械平衡》第1.2条挠性转子的振型中，如果（转子的）支承刚度很小，还可能出现转子刚体振型。此时，转子本身并无明显挠曲，转子轴线绕轴承中心线旋转的轨迹是圆柱面或圆锥面，有人也称之为平动或摆动振型，总之都是刚体振型。

因此，第一阶临界转速有可能是刚体型临界转速，也可能是挠曲型临界转速，需要根据该阶临界转速对应的振型结果来判断。

做过转子临界转速计算及振型分析的朋友都知道，可以看看转子过临界转速时的振型，只是定性的看，转子是属于偏直线的刚体振型还是偏弯曲的挠曲振型。那么小编问大家，1）能不能定量的看振型形式？2）怎么看呢？3）振型要求需遵守什么准则么？转子应变能指标有那么重要么？

答案是：

1）当然能定量的看啦！

2）用DyRoBeS软件中的应变能分析功能实现！转子弯曲应变能的数据指标，是振型偏刚体振型还是偏挠曲振型的直接证据！

DyRoBeS软件中某压缩机转子临界转速与转子应变能计算结果（图中转子弯曲应变能为15.68%）

3）在进行转子动力学分析和设计阶段，转子弯曲应变能尽可能不要超过转子-轴承系统总应变能的25%。该准则来源于《航空发动机设计手册第19分册，转子动力学及整机振动》。所谓弯曲应变能，简单理解就是转子由于发生弯曲变形而使得转子产生或不得不承受的势能。一般来讲，转子弯曲应变能越小越好，该值越小，就意味着振型越接近于刚体振型，这样的话，即使转子工作于刚体振型对应的临界转速之上，但是如果工作在第一阶挠曲临界转速之下，并且如果转子最高工作转速与第一阶挠曲临界转速之比小于0.7，根据国家标准GB/T 6557-2009《挠性转子机械平衡的方法和准则》，这类转子对于动平衡而言就可以参照刚性转子动平衡进行——有没有觉得这件事特别棒？！！！

挠性转子的弯曲应变能越小，转子发生失稳（或不稳定）等现象的可能性就越小。

很明显，对动平衡而言，国家标准GB/T 6557-2009中刚性和挠性转子的定义更容易操作，也是小编推荐给大家使用的方法。

从动平衡角度与大家分享了国家标准中的刚性及挠性转子的定义，这有别于工程上常用的定义。如果有条件，也可以对所有高于一阶临界转速（管它一阶振型是刚体型还是挠曲型）运行的转子都进行高速动平衡，那也是好事情——代价高了点，但是心里更踏实嘛。

02、动平衡等级选取及控制的工程经验
判断好了转子是刚性还是挠性之后，就可以根据对应的平衡等级进行选取了。下表是综合了GB/T 9239.1-2006《机械振动 恒态（刚性）转子平衡品质要求 第1部分》以及其他教材中典型刚性转子的平衡精度等级表。表中e 为不平衡度，单位为m，更实用的单位为um，w 为转速。可以看出，平衡精度等级G彼此之间以系数2.5来划分。在平衡精度要求较高时，可以再细分，但是系数不宜小于1.6。

表 典型刚性转子的平衡精度等级

表格中的转子并非单一转子，而是结合了轮盘、套筒、轴等几个部件组合而成，称这类转子为组装转子，也有人称组合转子。组装转子的不平衡量由各部件自身的剩余不平衡量以及轮盘径向跳动、安装间隙等因素引起的装配误差叠加而来，具体可以参见国家标准GB/T 9239.2-2006《机械振动 恒态（刚性）转子平衡品质要求 第2部分》。

这里想跟大家分享一点转子动平衡选取及控制的工程经验，希望大家多多指正。

  · 动平衡等级选取，要兼顾平衡精度和经济性，根据旋转机械形式、转速大小等参数，结合表中转子类型，选择合适的等级。在低速动平衡试验设备能力许可的情况下，可要求动平衡等级适当加严；

  · 对于转子上的零组件，在产品设计、出图及加工阶段，在考虑经济性的基础上，尽量控制好加工尺寸公差，比如同轴度，端面跳动量等，尽量减小加工产生较大的不平衡量；

  · 对于轮盘类产品，建议首先进行单个零组件的低速动平衡，再进行组装转子的低速动平衡。而轮盘根据结构形式，采取单面动平衡或双面动平衡方式；精度等级与组装转子等级一致为宜，不可低于组装转子动平衡精度等级；如有条件，在考虑经济性的基础上，也可适当提高轮盘类产品的动平衡精度等级；图纸中技术要求需按照相应的精度等级进行剩余不平衡量的计算；

  · 安装配合方式很重要！在产品设计阶段，如有条件，可将轮盘与轴采用过盈配合；如果条件不具备，那么一定要控制好轮盘等与轴的配合间隙，尤其是轮盘自身质量较大时，轮盘微小的偏心也会产生很大的不平衡量，原因很简单，不平衡量=质量m×偏心距e。如果只是为了方便装配，而把间隙取得偏大，那么会带来让人头疼的后果，每次转子组装完毕后产生的不平衡量的大小和相位可能都将不同！而这，完全是由间隙偏大引起的装配不平衡！

  · 在低速动平衡机进行动平衡试验时，要注意转子中心线调水平；注意支承位置要尽可能与转子在产品上实际支承位置相一致；注意低速动平衡时平衡转速选取尽可能高些；

  · 如果转子实际工作转速较高，离心载荷可能会引起轴孔配合间隙的进一步增大，在产品设计阶段需认真考虑，最好进行一下结构计算。

以上低速动平衡措施都是尽可能降低转子不平衡，对于刚性转子以及转子最高工作转速高于刚体型临界转速，但与第一阶挠曲临界转速之比小于0.7的挠性转子均适用。而工作于一阶挠曲临界转速以上的真正的挠性转子，除了要满足上文中相应等级的低速动平衡限值外，还要满足多速平衡的限值要求。

来源：DyRoBeS微信公众号（ID：dyrobes），作者：石磊。