動平衡的案例
什么是靜平衡/動平衡？如何使用便攜式測量設備進行靜平衡/動平衡？
?
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 輪轂動平衡工藝優化
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 渦旋壓縮機轉軸系統動平衡設計與仿真驗證
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 『分享』多功能軸系動平衡及振動分析系統
摘 要 本文詳細介紹了作者研制的多功能軸系動平衡振動分析系統。本系統具有振動測試、信號分析、故障診
斷、振動數據庫、動平衡數據準備、動平衡計算和優化、動平衡資料管理、試重參考、分重計算、結果輸出等功能,并采用了
去除偏擺影響、多目標配重優化等代表最新進展的技術,為振動測試分析和動平衡試驗提供了完整的工作平臺。
多功能軸系動平衡及振動分析系統.PDF
某60Hz汽輪機轉子高速動平衡試驗研究
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。
展開 什么是動平衡？??
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 變排量斜盤式汽車空調壓縮機的 在MSC.ADAMS中的動平衡仿真分析
摘 要：變排量斜盤式壓縮機的斜盤傾角會隨著汽車環境熱負荷的變化而在一定范圍變化，此外汽車行駛中發動機轉速也是變化的，這使得壓縮機的動不平衡量不斷地改變。因而壓縮機新產品的開發離不開數字樣機的仿真分析，本文利用MSC.ADAMS動力學仿真軟件建立了6Sxx變排量斜盤式汽車空調壓縮機的力學仿真模型，在理論分析的基礎上，仿真了6Sxx變排量壓縮機的動平衡特性，分析了在低、中、高不同主軸轉速下和多種斜盤擺角下的動不平衡量，并得出了一些規律性的結論，為產品開發提供了依據
ADAMS中的動平衡仿真分析.pdf
展開 混動車型平衡軸齒輪敲擊噪聲優化
本文中深入闡述了平衡軸齒輪敲擊產生和傳播機理，通過開發雙級TVD降低齒輪外部激勵和開發雙消隙平衡軸減小嚙合過程中輪齒雙側受力沖擊的兩種方法，達到優化齒輪敲擊噪聲的目的，對平衡軸齒輪設計和敲擊問題優化具有重要的工程意義。
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混動車型平衡軸齒輪敲擊問題介紹
某款2.0T發動機為橫/縱置混動SUV車型共平臺生產，其搭載7DCT自動擋橫置變速器后NVH性能市場表現良好，而搭載縱置9HAT自動擋變速器時，車內外在中高轉速全油門及半油門工況下可明顯感知存在類似嘩啦音的金屬敲擊聲，特別是在2500-5200r/min轉速區間，表現出頻率成分為3000-5000Hz的寬頻段激發特性。同步測試整車各零部件振動發現，油底殼本體振動與油底殼近場噪聲對應性明顯，橫/縱置油底殼近場噪聲和油底殼排氣側振動對比如圖1所示。
圖1 整車油底殼近場噪聲和振動對比
油底殼在2500-5200r/min范圍存在寬頻振動，而其周圍布置旋轉零部件主要激勵源為曲軸或者平衡軸齒輪，在去除平衡軸總成進行整車測試后，敲擊振動噪聲消失，由此判斷該敲擊噪聲來自平衡軸齒輪。
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橫/縱置平衡軸系統差異性分析
橫置發動機NVH性能市場表現良好，而縱置發動機NVH表現出敲齒振動噪聲，須分析其結構主要變化點，進而分析導致齒輪敲擊變化的影響因素，平衡軸驅動形式如圖2所示。平衡軸驅動齒圈位于曲軸第6平衡塊，平衡軸總成為底置形式，包含兩級齒輪，其中1級齒輪為消隙齒輪，結構如圖3所示。消隙齒輪工作原理是：扭轉彈簧為獨立件，通過中間彈簧產生彈力，使主副齒產生錯齒，消除嚙合側隙，避免由于齒輪側隙產生的敲齒風險。
展開 高速工業汽輪機臨界轉速的仿真計算及驗證
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。
高速動平衡的平衡轉速需要達到轉子的最大工作轉速，一般在5 000～6 000 r/min, 根據API-612—2020 《石油、化工和天然氣工業用特殊用途汽輪機》及GB/T 6557—2009 《撓性轉子機械平衡的方法和準則》等標準規定，需要將轉子軸承座測點的振動烈度降到規定值以下。目前，工程實際中的要求已經普遍高于上述標準要求，一般要求將軸承座測點的振動烈度降到1.6 mm/s, 甚至1.2 mm/s以下。
使用德國申克DH50型高速動平衡機，在抽真空環境下進行高速動平衡試驗。在試驗過程中，為了充分了解轉子的轉速—振幅特性，將轉子升速率控制在300～400 r/min, 以最大限度地將轉子在臨界轉速、額定轉速等關鍵節點的振動特性進行展現。
高速動平衡試驗結果見圖5。從圖5可以看出：轉子前后軸承測點的臨界轉速峰值基本一致，約為2 380 r/min, 與仿真結果相差約58 r/min, 相對誤差約為2.5%,遠小于工程允許的5%的誤差范圍。因此，初步驗證了該模型建立、網格劃分及仿真計算的合理性。
圖5 高速動平衡試驗結果
4 汽輪機現場運行驗證分析
產品設計、制造的合理性最終需要根據實際運行數據來驗證。為了能夠準確驗證該工業汽輪機轉子建模和劃分網格的合理性，以及模擬結果的準確性，將模擬結果、動平衡試驗結果與實際運行數據進行對比。
轉子在實際運行過程中的臨界轉速除了與自身結構特點有關外，還與軸承結構參數、潤滑油溫與油壓、軸承間隙有關。
展開 旋轉機械故障診斷-機組振動的原因及分析
消除動不平衡的方法：
1在動平衡機上進行動平衡試驗，對高速轉子采用去重法予以消除。對于要求高的轉子，在葉輪組裝前進行單體動平衡，組裝過程中進行階段動平衡，組裝完畢后再進行整體動平衡或進行高速動平衡，
2現場動平衡試驗，在設備工作現場工作狀態下，對其進行振動測量分析并進行動平衡校正的一種平衡方法。精度低且具有一定的局限性，但是具有速度快、工作量小等優點。
汽車傳動軸知識2
平衡問題
癥狀診斷:6×4汽車在重負荷時，特別在行駛顛簸中偶爾發出敲擊聲，應注意檢查中后橋平衡軸是否變位而與傳動軸發生干涉。汽車運行中若隨著車速的增高而噪聲增大，并且伴隨有抖動，這一般是由于傳動軸失去平衡所致。這種振動在駕駛室內感覺最為明顯。傳動軸動平衡的不平衡量應小于100 g. cm.
傳動軸動平衡失效嚴重會導致相關部件的損壞。最常見的是離合器殼裂紋和中間橡膠支承的疲勞損壞。
解決方法:
將車前輪用墊木塞緊，用千斤頂起車一側的中、后驅動橋;將發動機發動，掛上高速檔，觀查傳動軸擺振情況。觀查中注意轉速下降時，若擺振明顯增大，說明傳動軸彎曲或凸緣歪斜。
傳動軸彎曲都是軸管彎曲，大部分是由于汽車超載造成的。運煤車輛由于超載、超掛，傳動軸彎曲、斷裂的故障發生較多。如有的車再加上掛車拉運60多噸煤炭，傳動軸由于超載、超掛損壞嚴重。盡管加固了傳動軸中間支承，又加強了凸緣叉的強度，但仍出現斷裂損壞的故障。
更換傳動軸部件，校直后，應進行平衡檢查，不平衡量應合乎標準要求。萬向節叉及傳動軸吊架的技術狀況也應做詳細的檢查，如因安裝不合要求，十字軸及滾柱損壞引起松曠、振動，也會使傳動軸失去平衡。
傳動軸的焊接
傳動軸的焊接 傳動軸由于要傳遞較大的扭矩，中間軸為壁厚較大的管件，與中間軸兩端連接的軸叉、輸入軸采用自動CO2氣體保護焊或摩擦焊工藝焊接。傳動軸進行動平衡試驗后，要焊接動平衡片，在動平衡片上加工出凸點，采用凸焊工藝焊接在傳動軸上。
傳動軸故障
傳動軸故障。a)異響。如汽車起步時有撞擊聲，行駛中異響始終存在，大多是連接處松動所致;汽車起步時無異響，行駛中出現異響，多是裝配或潤滑不良引起。b)振動。汽車行駛中車身有明顯的振動，有的還附有傳動軸異響，多為傳動軸動平衡破壞引起。
展開 
動力一分廠5#爐引風機振動故障診斷
另一方面振動主要分布在聯軸節兩側軸承部位和葉輪側的軸承部位，由于1倍頻為主要振動分量，而產生1倍頻振動分量可能的常見故障原因主要有3個方面：①轉子動平衡問題。②軸彎曲問題。③基礎松動問題。本著由簡單到復雜的順序，首先檢查基礎是否松動，判定的方法是測量振動部位在水平和垂直方向的振動大小進行比較，如果垂直方向振動超過水平振動30-50%，可以初步判定基礎松動，而測試結果表明，風機垂直振動遠小于水平振動，所以可以排除基礎松動問題；對于軸是否彎曲，只能在條件許可的情況下，測量軸的徑向跳動，現場條件不具備；分析是否存在轉子動平衡問題，通過了解：5#爐曾經以油漿作為燃料，而油漿中含有大量的催化劑粉末，可能會在葉輪上大量沉積，如果轉子表面的沉積物是均勻的就不會影響動平衡，而當部分或局部沉積物不均勻脫落后，則可能嚴重影響轉子的動平衡。
建議：轉子可能由于沉積物附著并不均勻脫落，造成動平衡問題，兼有小部分的2倍頻分量，應該存在聯軸節對中問題，但主要問題是轉子動平衡問題。建議對轉子葉輪進行檢查。
經過對葉輪檢查發現，轉子表面沉積有大量的催化劑粉末，達到一寸左右，個別部位發生沉積物不均勻脫落，經對葉輪清洗、除去附著的沉積物后，2004年9月27日再次開機實驗，其振動情況如下：
電機前軸承（聯軸節側）水平振動：位移0.032mm、速度4.0mm/s、加速度4.4m/s2 。
風機聯軸節側軸承座部位水平振動位移0.010mm、振動速度2.2mm/s、加速度3.0m/s2。
風機葉輪側軸承座部位水平振動位移0.012mm、振動速度1.8mm/s、加速度2.8m/s2。
可見：葉輪側振動位移由0.080mm下降為0.012mm，其振動速度及加速度都有較明顯的下降，同時由于轉子動平衡的好轉，電機的振動也明顯下降。
展開 非風搖石石搖風——漫話風動石與平衡石
圖A 穩定
圖B 中性穩定
圖C 不穩定
圖D 條件穩定
銅山風動石雖動不倒，可看成是第四種情況，大風吹來引起的擾動強度仍在條件穩定允許的閾值范圍內，所以搖晃后，還會回到原靜止位置。同樣，1918年的地震引發的銅山風動石的擾動強度也是在條件穩定允許的范圍內。
世界上許多國家都有風動石，下面是從網絡搜到幾個風動石例子：
澳洲的風動石
非洲的風動石
風動石是怎樣形成的？
地質學家認為風動石的成因，有異地與原地之分。異地成因的風動石就是從異地滾來的大石球（塊），如冰川搬運來的，地震時山崩滾下來的，洪水沖下來的等等。而大多數風動石是原地形成的，即通過差異性風化、剝蝕而來。堅硬的、難風化的、不破碎的、裂隙少的巖石留存下來，而壓在其下的軟弱的、破裂多、易碎的、易水溶的巖石被剝蝕搬運而去，隨著上下巖層之間的接觸面積越來越小，景觀就越來越奇。地震是摧毀風動石的最大殺手。如果由于其種原因，使風動石的力學平衡被破壞，也就會轟然倒塌損壞。
許多國家將風動石當作旅游資源開發利用，如我國福建東山縣的銅山風動石現在是中國4A級風景區。筆者正因為2006年曾去銅山風動石參觀，才思考風動石的力學道型理，寫就這篇文章。
2006年參觀銅山風動石
有的國家還將風動石加以修飾一番，以吸引旅游者。
緬甸將風動石漆成金色，并在頂上加蓋了佛塔
葡萄牙在兩塊風動石之間蓋上房子
天然形成的風吹可動又不倒的巖石，被稱之為風動石，而不叫平衡石。
展開 某電驅橋車型Moan噪聲分析與優化控制
圖4 Moan的影響因子分析魚骨圖
在Moan的影響因子分析魚骨圖中，激勵源分析主要包含電機與減速器花鍵配合相位、尺寸鏈裝配公差
[6]、電機軸動不平衡、減速器一軸動不平衡和電驅總成模態分析；傳遞路徑分析主要包括減振器和后板簧兩條路徑；響應分析主要包括后地板模態分析。下文根據以上思路進行逐一分析和排查，本文受篇幅限制，僅對關鍵影響因子進行詳細分析。
2.2 源頭分析
2.2.1 電驅橋尺寸鏈裝配公差及電機軸、減速器一軸動不平衡診斷分析
1 階激勵主要與電驅橋裝配狀態下電機軸通過花鍵與減速器一軸匹配后的動不平衡量相關
[7]。該優化分析作了一個假設：電機軸與減速器一軸動不平衡量可等效為電驅橋總成動不平衡量。
圖5所示為電機與減速器尺寸鏈及軸系動平衡原始要求，通過手工方法將該電驅橋系統尺寸鏈公差和軸系動不平衡量縮小50 %，實車試驗證明Moan沒有受到明顯抑制，如圖6所示。
圖5 電驅橋尺寸鏈及軸系動不平衡初始要求
圖6 尺寸鏈公差及動平衡縮小50%后1階噪聲對比
2.2.2 電機與減速器花鍵配合相位影響分析
基于2.2.1 分析結果并圍繞降低電驅橋動不平衡量這一目標，多次調整電機軸與減速器一軸花鍵配合相位，如圖7 所示。圖中標紅點重合狀態標記為0 相位（主觀駕評為可接受狀態），互成180°標記為反相位。
圖7 電機與減速器花鍵配合相位
由圖8、圖9 分析可得，通過調整電機與減速器花鍵配合相位，可將Moan 噪聲抑制到可接受狀態。
展開 rotor dynamics
③動力響應 在轉子的設計和運行中，常需知道在工作轉速范圍內，不平衡和其他激發因素引起的振動有多大，并把它作為轉子工作狀態優劣的一種度量。計算這個問題多采用從臨界轉速算法引伸出來的算法。 ④動平衡 確定轉子轉動時轉子的質心、中心主慣性軸對旋轉軸線的偏離值產生的離心力和離心力偶的位置和大小并加以消除的操作。在進行剛性轉子（轉速遠低于臨界轉速的轉子）動平衡時，各微段的不平衡量引起的離心慣性力系可簡化到任選的兩個截面上去，在這兩個面上作相應的校正（去重或配重）即可完成動平衡。為找到兩截面上不平衡量的方位和大小可使用動平衡機。在進行撓性轉子（超臨界轉速工作的轉子）動平衡時，主要用振型法和影響系數法。它們是轉子動力學研究的重點。 橡膠模具⑤轉子穩定性 轉子保持無橫向振動的正常運轉狀態的性能。若轉子在運動狀態下受微擾后能恢復原態，則這一運轉狀態是穩定的；否則是不穩定的。轉子的不穩定通常是指不存在或不考慮周期性干擾下，轉子受到微擾后產生強烈橫向振動的情況。轉子穩定性問題的主要研究對象是油膜軸承。油膜對軸頸的作用力是導致軸頸乃至轉子失穩的因素。該作用力可用流體力學的公式求出，也可通過實驗得出。一般是通過線性化方法，將作用力表示為軸頸徑向位移和徑向速度的線性函數，從而求出轉子開始進入不穩定狀態的轉速——門限轉速。導致失穩的還有材料的內摩擦和干摩擦，轉子的彎曲剛度或質量分布在二正交方向不同，轉子與內部流體或與外界流體的相互作用，等等。有些失穩現象的機理尚不清楚。
展開 