動平衡
關注創建者：yxp0710 創建時間：2020-08-13
動平衡的實例教程
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本應用說明將通過幾個實例介紹
如何平衡旋轉機械
。比較直接的方法是通過操作簡便的便攜式B＆K儀器測量以額定轉速在自承軸承中運行的旋轉部件。
與更為復雜和昂貴的平衡機相比，此種布置能實現更優的平衡等級。
什么是靜平衡？
基本平衡
描述的是可將由旋轉物體中不平衡的質量分量引起的主力分解在一個平面中并僅通過在該平面中
添加質量以實現平衡
的過程。由于對象在靜態條件下將
達到完全平衡
（但在動態條件下則不一定），因此通常稱為靜平衡。
什么是動平衡？
二次平衡
描述的是可將由旋轉物體中不平衡的質量分量引起的主力和次要力偶分解為兩個（或多個）平面并通過在這些平面中
增加質量增量實現平衡
的過程。這種不平衡僅在對象旋轉時才變得明顯，因此該過程通常稱為
動平衡
。動態平衡后，對象將在靜態和動態條件下完全平衡。
靜平衡和動平衡之間的差異如圖1所示。可以看出，當轉子靜止（靜態）時，端部質量可能會相互平衡。但在旋轉（動態）時不平衡會更強烈。
基礎理論
當對象旋轉時，它的軸承會產生振動，將該對象定義為“不平衡”。
軸承振動
是由于不平衡的質量分量與旋轉引起的徑向加速度相互作用而產生的，它們
共同產生離心力
。
質量分量旋轉時，力也會旋轉，并嘗試沿力的作用線在其軸承中移動對象。因此，軸承上的
任何一點
都將承受波動的力。
在實踐中，軸承上的力將
由主力與次要力組成
，主力由軸承平面內或附近的質量分量不平衡引起，次要力則由其他平面上不平衡的偶合分量引起。
展開 王冠勛 李寧 田倬于 李巖 連美麗
駐馬店中集華駿鑄造有限公司
《金屬加工（冷加工）2018年收錄》
隨著國內外車橋企業的發展，目前部分企業所設計的輪轂要求有動平衡量，實際生產過程中，由于種種原因，即使精度很好的機床也很難保證加工出的輪轂動平衡量完全符合圖樣要求，不可避免地會出現一些因動平衡量超差而報廢的工件。
一、原生產工藝及存在的問題
以我司某輪轂為例，零件號為873，由于鑄造設備及工藝的不穩定性，毛坯鑄造出來后不可避免會存在脹箱和錯箱等鑄造缺陷。該產品的加工工藝為：數控臥車校正加工→數控立車1加工→數控立車2加工→數控立車3加工→加工中心鉆孔→動平衡測量→動平衡去重→動平衡復檢。
根據此工藝加工出的輪轂動平衡合格率為7.5%，而發現輪轂動平衡不合格時，輪轂已全部加工完畢，因動平衡不合格導致報廢，損失嚴重，故研究新加工工藝。
二、新工藝試驗
在制作873輪轂時，安排現場操作人員在數控立車1加工完畢后，將工件下架單獨放置，做標記注明動平衡試驗。以20件為一組，安排加工60件做動平衡試驗。此60件873輪轂加工完畢后，轉運至動平衡區域進行檢測，將動平衡量和位置標注在輪轂不加工面，動平衡位置劃分如附圖所示，測量完畢后轉運至生產線按試驗要求加工。
動平衡位置劃分圖
試驗過程分三組進行，將數控立車1加工后測量動平衡量稱為首檢，將加工完畢后測量動平衡量稱為終檢。
展開 在渦旋壓縮機運轉過程中，周期性離心力會隨主軸轉速的提高而不斷增大，不僅會破壞動渦盤與靜渦盤之間的徑向密封性，而且有可能導致整機系統出現劇烈的振動及噪聲，不利于渦旋壓縮機的穩定運行和高速化發展。長期以來，如何提高渦旋壓縮機的動平衡性能，使其能夠適應更高的主軸轉速，一直是業內人士和工程師研究的重要課題。本文通過結構分析、理論計算、CAD 建模、動力學仿真及誤差分析等一系列研究，成功實現了轉軸系統的動平衡設計，為新型高速渦旋壓縮機的研發提供了有力支持。
1 轉軸結構
根據渦旋壓縮機的功能原理及用途，為了使動渦盤與靜渦盤之間的封閉容積腔按照月牙形規 律變化，一般將其主軸設計為帶有偏心半徑 r 的階梯軸如圖 1 所示，動渦盤安裝于偏心軸之上，當渦旋壓縮機運行時，動渦盤在偏心主軸產生的轉矩驅動下相對靜渦盤作平面運動，由此實現 吸氣、壓縮和排氣的作業過程。
圖1 偏心主軸結構
2 動平衡設計計算
2.1 原理分析
在對轉子進行動平衡設計時，首先應該通過結構分析確定各不同回轉平面內的偏心質量，然后根據偏心質量的分布情況，計算能夠使轉子達到動平衡所需的配重數量、大小及位置，并將其施加于轉子結構之上以達到動平衡的設計目的。
渦旋壓縮機轉子系統的偏心質量主要包括兩部分，即動渦盤和偏心圓柱。由圖 1 所示偏心主軸結構可知，動渦盤與主軸偏心圓柱為同軸心裝配，由于動渦盤的質量遠大于偏心圓柱，且兩者質心位置相距非常近，因此，為簡化動平衡問題分析過程，近似認為動渦盤與偏心圓柱質心重合， 并將其質量和以 m 記之。
展開 圖8 離心力隨著不平衡量和轉速的增加而增加
2）耦合的不平衡（雙面）
當旋轉軸在兩個不同的截面有兩個相等的不平衡量，且相位相差180度時，就會出現耦合的不平衡，如圖9所示。這將導致旋轉軸通過慣性主軸時不平行。
圖9 兩個質量塊增加在兩個截面，且彼此相差180度
為了補償耦合的不平衡，質量塊必須增加在兩個截面。
3）動不平衡（雙面）
動不平衡是不平衡類型中最常用的，它是靜不平衡和耦合不平衡的組合。當慣性主軸與旋轉幾何中心不相交也不平衡時，就會出現動不平衡。
圖10 動不平衡是靜不平衡和耦合不平衡的組合
動不平衡會引起系統晃動或傾斜。為了補償它，必須在兩個截面增加質量。
4）單面和雙面動平衡
平衡包括在軸上的單面或多面增加質量。
圖11 軸上的單面和雙面
單面動平衡只在軸的一個截面上增加質量，因而，它只能補償靜不平衡。
展開 摘要
針對目前150MW容量60Hz機組高中壓轉子的高速動平衡試驗進行了研究，采用基于有限元的轉子軸承動力學軟件DyRoBeS建立了轉子-軸承-擺架系統模型，在進行無阻尼臨界轉速及振型分析的基礎上，結合模態振型平衡和影響系數平衡的特點，根據轉子實測不平衡振動形式，合理選擇平衡校正面和加重形式。最后，通過高速動平衡試驗驗證表明，該方法能有效減少啟停機次數，節約平衡費用，同時可為這類國產小容量60Hz汽輪機組轉子高速動平衡提供技術參考和經驗借鑒。
0．引言
隨著目前我國電力市場的日趨飽和，國內許多大型電力設備制造企業都將目標投向了國外市場，由于各個國家電網頻率的不同，有些國外機組的頻率采用60Hz，其工作轉速為3600r/min，與我國3000r/min工作轉速下的汽輪機轉子完全不同。由于工作轉速的提升，其轉子的動力學特性變得更加復雜，以至于在制造廠內進行高速動平衡時就不能完全照搬以往的平衡工藝和方法，這勢必給轉子高速動平衡工作人員帶來新的挑戰和難度。
本文以國外某電廠容量為150MW的60Hz機組高中壓轉子的高速動平衡為實例進行分析，在采用常規影響系數高速動平衡的過程中，由于國內缺乏平衡該類型轉子可供借鑒的經驗，故在實施高速動平衡的過程中遇到了很多困難，多次啟停機仍然不能把轉子振動降低到合格平衡要求以內。
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比如食品機械，衛生標準是硬約束，那就不能選需要潤滑的類型；高速旋轉設備，動平衡是硬約束，就得排除結構不對稱的萬向節。剩下的才是在性能參數上做比較。
后處理分析：基于加速度或聲壓信號的轉速提取、特征信號處理、模態分析、動平衡分析（單面、雙面、多面）、軸心軌跡與平均軸心位置（軸絕對振動，軸向位移、差脹、斜面差脹、殼脹、閥門位置，極坐標、伯德圖、APHT圖、半頻譜圖、全頻譜圖、趨勢圖、XY圖、動力學剛度圖）、根軌跡分析、故障診斷分析，聲品質分析，基于波束形成法和聲全息方法的噪聲源定位。
深海壓力與潮流環境極具挑戰，制造缺陷可能導致：
艙體破裂
漏水進液
傳感失效
推進系統異常
關鍵加工點：
密封面光潔度與尺寸控制
推進軸動平衡
螺旋推進器加工精度
表面防腐涂層
結構輕量化設計
船艇鋁件加工：行業首選材料
鋁材已成為現代船舶制造主流，優勢包括：
高強度重量比
良好耐海水腐蝕
可精密加工與焊接
圖5 航空發動機TPA測試
2.3 機械制造行業
? 機床精度保障
問題舉例：機床主軸高速旋轉時，振動通過導軌傳遞到工作臺，導致加工件尺寸誤差（如 ±0.02mm超差）；
解決思路：通過結構聲TPA分析“主軸—導軌—工作臺”的傳遞路徑，優化導軌潤滑或主軸動平衡，將振動導致的誤差控制在規定值以內。
核心的滾筒部分經過動平衡校準，在電機驅動下運行平穩、噪音低，有效避免了因設備自身振動對測試結果帶來的干擾，確保了即使在長期高負荷的運行狀態下，數據依然精準可靠。
2、精準智能的測控系統，操作簡便且數據可追溯
慧通測控的核心競爭力在于“測控技術”。設備搭載高性能PLC（可編程邏輯控制器）和人性化的HMI（人機界面）觸摸屏。用戶可直觀地預設總跌落次數、當前計數、轉速等參數。
因此若實際中觀察到非常規相位突變或反轉現象，建議重點檢查：聯軸器動平衡狀態或耦合動力學特性。
圖5 在聯軸器端加反向不平衡量時的伯德圖
圖4 一階X軸臨界轉速振型
3 高速動平衡試驗驗證分析
在汽輪機轉子完成設計、制造后，先對轉子進行低速動平衡試驗，其目的是對轉子的動不平衡量進行粗找正。對高轉速的工業汽輪機而言，其低速動平衡的平衡轉速一般在500～900 r/min, 需要將殘余不平衡量降到10 g以下。
，還需對裝配完成的涵道風扇推進系統整體開展動平衡試驗進行狀態確認。
(8)輪胎在積水路面排水性和動平衡分析，高速列車運行系統動力學分析。高速列車穿隧道的沖擊波響應，高速列車運行中引起的空氣脈動力對聲屏障結構的作用，車輛過橋的動態響應以及其他瞬態高速過程仿真。
從圖中可以看出，在6點19分38秒增壓器的藍色曲線(B側)出現上升趨勢，紅色曲線相對比較穩定，藍色曲線上升到最高點后又逐步下降;因此從時間上可以大致判斷出，在6點19分33秒時，增壓器的葉片首先出現問題，造成增壓器轉子動平衡破壞，動平衡失效后造成轉子運轉不平穩，壓氣機葉片和廢氣端葉片與外側的導流罩發生了接觸摩擦，造成增壓器轉子轉速的快速下降，同時轉子的不平衡進而影響軸承的穩定，軸承的推力軸承和浮動軸承出現了損毀
