了解转子平衡中的三步法

设备

便携式平衡器和振动分析仪 Balanset-1A

部件

振动传感器。

部件

光学传感器（激光转速计）。

设备

Balanset-4

部件

磁座尺寸-60-kgf。

部件

反射胶带。

设备

Dynamic balancer "Balanset-1A" OEM

定义：什么是三步法？

"(《世界人权宣言》) 三次运行法 是最广泛使用的手术方法双平面（动态）平衡. 它决定了校正权重需要两个校正平面使用三次测量运行：一次初始运行用于建立基线。不平衡条件，随后是两个连续的条件试验重量运行（每个校正平面运行一次）。.

这种方法在精度和效率之间实现了最佳平衡，所需的机器启动和停止次数比其他方法更少。四次运行法同时提供足够的数据来计算大多数工业的有效修正值平衡应用程序。

三步法流程：分步详解

该程序遵循一个简单、系统的步骤：

运行 1：初始基线测量

机器在初始状态下处于不平衡状态，并以平衡速度运行。. 振动在两个轴承位置（分别标记为轴承 1 和轴承 2）进行测量，并记录两者的数据。振幅和相位角. 这些测量结果代表了由原始不平衡分布引起的振动矢量。.

在方位角 1 处测量： 振幅 A₁，相位 θ₁
在方位角 2 处测量： 振幅 A₂，相位 θ₂
目的： 确定需要纠正的基准振动条件（O₁ 和 O₂）。

运行 2：校正平面 1 中的试验重量

机器停止运转，将已知重量的试砝码 (T₁) 临时固定在第一校正平面上一个精确标记的角度位置（通常靠近轴承 1）。机器以相同的速度重新启动，并再次测量两个轴承处的振动。.

添加： 在平面 1 上，以角度 α₁ 进行的试验砝码 T₁
在方位角 1 处测量： 新振动矢量（O₁ + T₁ 的影响）
在方位角 2 处测量： 新振动矢量（O₂ + T₁ 的影响）
目的： 确定平面 1 中的重量如何影响两个轴承的振动

平衡仪器计算影响系数对于平面 1，通过从这些新测量值中减去初始测量值进行矢量计算。.

运行 3：校正平面 2 中的试验重量

移除第一个试验砝码，并将第二个试验砝码（T₂）安装在第二个校正平面上的标记位置（通常靠近轴承 2）。再次进行测量，并记录两个轴承处的振动情况。.

消除： 来自平面 1 的试验重量 T₁
添加： 在平面 2 中，以角度 α₂ 进行的试验砝码 T₂
在方位角 1 处测量： 新振动矢量（O₁ + T₂ 的影响）
在方位角 2 处测量： 新振动矢量（O₂ + T₂ 的影响）
目的： 确定平面 2 中的重量如何影响两个轴承的振动

该仪器现在拥有完整的四个影响系数，用于描述每个平面如何影响每个轴承。.

计算修正权重

三次运行完成后，平衡软件执行矢量数学求解校正权重：

影响系数矩阵

通过三次测量，确定了四个系数：

α₁₁: 平面 1 如何影响方位角 1（主要影响）
α₁₂: 平面 2 如何影响轴承 1（交叉耦合）
α₂₁: 平面 1 如何影响轴承 2（交叉耦合）
α₂₂: 平面 2 如何影响方位角 2（主要影响）

求解系统

该仪器求解两个联立方程组，以求得 W₁（平面 1 的修正值）和 W₂（平面 2 的修正值）：

α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = -O₁（用于抵消轴承 1 的振动）
α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = -O₂（用于抵消轴承 2 的振动）

该解决方案提供了每个校正配重所需的质量和角度位置。.

最后步骤

移除两个试验砝码。
在两个平面上安装计算出的永久修正配重。
进行验证运行，以确认振动已降低至可接受的水平。
如有必要，进行微调以优化结果。

三步法的优势

由于其几个关键优势，三步法已成为双平面动平衡的行业标准：

1. 最优效率

三次运行是建立四个影响系数所需的最低次数（每个平面一个初始条件加一次试运行）。这既能最大限度地减少机器停机时间，又能提供完整的系统特性信息。.

2. 久经考验的可靠性

数十年的现场经验表明，三次运行即可提供足够的数据，以在绝大多数工业应用中进行可靠的平衡。.

3. 节省时间和成本

与四次运行法相比，取消一次试运行可减少约 20% 的平衡时间，从而减少停机时间和人工成本。.

4. 执行更简便

试验次数减少意味着试验重量的处理减少，出错的机会减少，数据管理也更简单。.

5. 足以满足大多数应用需求

对于具有中等交叉耦合效应和可接受性的典型工业机械平衡公差, 三次运行均取得了成功。.

何时使用三步法

三步法适用于：

常规工业平衡： 电机、风扇、水泵、鼓风机——大多数旋转设备
中等精度要求： 平衡质量等级从 G 2.5 到 G 16
现场平衡应用： 原位平衡在最大限度减少停机时间方面，这一点至关重要。
稳定的机械系统： 设备机械状况良好，响应线性。
标准转子几何形状： 刚性转子具有典型的长径比

局限性及何时不应使用

在某些情况下，三步法可能不够充分：

首选四步法

高精度要求： 对于公差要求非常严格的情况（G 0.4 至 G 1.0），额外的线性度验证尤为重要。
强交叉耦合： 当校正平面非常接近或刚度高度不对称时
未知系统特征： 首次平衡特殊或定制设备
问题机械： 设备出现非线性行为或机械故障迹象

单平面何时足够

窄型盘状转子，动态不平衡量极小。
当只有一个轴承位置出现明显振动时

与其他方法的比较

三分制与四分制

方面	三分	四分
跑动次数	3（初始 + 2 次试验）	4（初始 + 2 次试验 + 合并）
所需时间	更短	~20% 更长
线性度检查	不	是的（运行 4 验证了这一点）
典型应用	常规工业工作	高精度关键设备
准确性	良好	出色的
复杂	降低	更高

三跑法与单平面法

三步法与以下方法有着本质区别：单平面平衡, 该方法仅使用两次运行（初始运行加一次试验运行），但只能校正一个平面，并且无法解决夫妻失衡.

三步跑法成功最佳实践

试验体重选择

选择能使振动幅度变化在 25-50% 之间的试验砝码
太小：信噪比差和计算误差
过大：存在非线性响应或不安全振动水平的风险
为保持测量质量的一致性，两个平面应使用相似尺寸。

操作一致性

三次跑动保持完全相同的速度
如有必要，可在运行间隙进行热稳定处理。
确保工艺条件（流量、压力、温度）的一致性
使用相同的传感器位置和安装方法

数据质量

每次运行进行多次测量并取平均值
验证相位测量结果是否一致可靠
检查试验重量是否产生清晰可测量的变化。
寻找可能表明测量误差的异常情况。

安装精度

仔细标记并核实试验砝码的角度位置
确保试验用砝码牢固连接，运行过程中不会移位。
安装最终校正配重时，务必同样细致精准。
最终运行前请再次检查质量和角度。

常见问题排查

矫正后效果不佳

可能的原因：

安装角度错误或质量不匹配的校正配重
试运行和校正安装之间的运行条件发生了变化
平衡前未解决的机械问题（松动、错位）。
非线性系统响应

试验重量产生的反应很小

解决方案：

使用更大的试验砝码或将其放置在更大的半径处
检查传感器安装情况和信号质量
确认运行速度是否正确
考虑系统是否具有非常高的阻尼或非常低的响应灵敏度。

测量结果不一致