了解转子平衡中的四步法

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：什么是四次运行法？

"(《世界人权宣言》) 四次运行法 是一个系统化的程序双平面平衡它使用四次不同的测量运行来建立一套完整的影响系数对于两者校正平面. 该方法包括测量转子的初始状态，然后使用以下方法独立测试每个校正平面：试验重量, 然后同时使用试验重量对两个平面进行测试。.

这种综合方法能够完整地表征转子轴承系统的动态响应，从而可以精确地计算…… 校正权重尽量减少振动同时在两个轴承位置。.

四跑程序

该方法由四个连续的测试运行组成，每个测试运行都有其特定目的：

运行 1：初始（基线）运行

机器在其初始状态下以其平衡速度运行。振动测量（两者）振幅和阶段在两个轴承位置（轴承 1 和轴承 2）均记录振动数据。这建立了由原始振动引起的基线振动特征。不平衡.

记录：轴承 1 处的振动 = A₁，∠θ₁
记录：轴承 2 处的振动 = A₂，∠θ₂

运行 2：试验飞机 1 的重量

机器停止运转，在校正平面 1 的特定角度位置安装一个已知重量的试验砝码 (T₁)。重新启动机器，再次测量两个轴承处的振动。振动的变化揭示了平面 1 中的砝码如何影响两个测量位置。.

将试验砝码 T₁ 以角度 α₁ 添加到平面 1 上
记录：轴承 1 和轴承 2 出现新的振动
计算：T₁ 对轴承 1 的影响（主要影响）
计算：T₁ 对轴承 2 的影响（交叉耦合效应）

运行 3：试验机 2 中的重量

移除试砝码 T₁，并在校正平面 2 的指定位置安装另一个试砝码 (T₂)。再次进行测量。这揭示了平面 2 中的砝码如何影响两个轴承。.

从平面 1 上移除试验砝码 T₁
将试验砝码 T₂ 以角度 α₂ 添加到平面 2 上
记录：轴承 1 和轴承 2 出现新的振动
计算：T₂对轴承1的影响（交叉耦合效应）
计算：T₂对轴承2的影响（主要影响）

第四次试验：两个平面上的试验重量

两个试验砝码同时安装（T₁ 安装在平面 1，T₂ 安装在平面 2），并进行第四次测量。这可以提供额外的数据，有助于验证系统的线性度，并能提高计算精度，尤其是在交叉耦合效应显著的情况下。.

T₁ 和 T₂ 同时安装
记录：两个轴承的综合振动响应
验证：各个效应的向量和与组合测量值相符（验证线性关系）

数学基础

四次运行法确定了四个影响系数，这些系数构成了一个 2×2 矩阵，描述了整个系统的行为：

影响系数矩阵

α₁₁: 平面 1 中单位重量对轴承 1 振动的影响（直接影响）
α₁₂: 平面 2 中单位重量对轴承 1 振动的影响（交叉耦合）
α₂₁: 平面 1 中单位重量对轴承 2 振动的影响（交叉耦合）
α₂₂: 平面 2 中单位重量对轴承 2 振动的影响（直接影响）

求解校正权重

已知所有四个系数后，平衡软件求解一个包含两个联立矢量方程的方程组，以计算修正权重（平面 1 为 W₁，平面 2 为 W₂），从而最大限度地减少两个轴承的振动：

α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = -V₁（用于抵消轴承 1 处的振动）
α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = -V₂（用于抵消轴承 2 处的振动）

其中 V₁ 和 V₂ 分别是两个轴承处的初始振动矢量。该解法使用矢量数学以及矩阵求逆。.

四次运行法的优势

四次运行法具有以下几个重要优点：

1. 完整的系统表征

通过分别测试每个平面，然后再同时测试两个平面，该方法能够全面表征直接效应和交叉耦合效应。当平面彼此靠近或轴承刚度变化显著时，这一点至关重要。.

2. 内置验证

第四次运行用于检查系统线性度。如果两次试验重量的综合效应与其各自效应的向量和不匹配，则表明存在非线性行为（例如松动、轴承间隙、地基问题），应在继续进行之前进行纠正。.

3. 准确性提高

当交叉耦合效应显著时（一个平面强烈影响另一个轴承），四次运行法比简单的三次运行法能提供更准确的结果。.

4. 冗余数据

对四个未知数进行四次测量可以提供一定的冗余，使软件能够检测并可能补偿测量误差。.

5. 对结果的信心

系统化的方法和内置的验证机制让技术人员确信，计算出的修正值将是有效的。.

何时使用四次运行法

四次运行法在这些情况下尤为适用：

显著的交叉耦合： 当校正平面间距很小或者转子轴承系统具有不对称刚度时，一个平面会对两个轴承产生显著影响。.
高精度要求： 紧绷平衡公差必须满足。.
未知系统特征： 第一次对机器进行平衡，并且对系统的行为不太了解时。.
关键设备： 对于高价值机械设备而言，进行第四次运行所花费的额外时间是值得的，因为这能提高对结果的信心。.
建立永久校准： 创建时永久校准为了将来使用，四次运行方法的彻底性确保了存储系数的准确性。.

与三步法比较

四次运行法可以与更简单的方法进行比较。三次运行法:

三跑法

运行 1：初始条件
运行 2：1 号平面上的试验重量
运行 3：平面 2 中的试验重量
直接从三次运行结果计算修正值

四次运行法优势

线性度验证： 第四次运行证实系统行为呈线性。
更佳的交叉偶联表征： 当交叉偶联作用较强时，数据更为完整。
错误检测： 异常情况更容易被发现。

三步法优势

节省时间： 减少一次运行可减少约 20% 的平衡时间
足够准确： 对于许多应用来说，三次运行即可获得足够的结果。
简单： 需要管理和处理的数据量更少。

实际上，三次运行法更常用于常规平衡工作，而四次运行法则保留用于高精度应用或问题情况。.

实用执行技巧

为了成功执行四次运行方法：

试验体重选择

选择能使振动幅度较基线变化 25-50% 的试验重量
为了保证测量质量的一致性，两个平面应使用大小相近的权重。
确保所有跑动过程中配重都牢固连接。

测量一致性

在所有四次运行中保持相同的运行条件（速度、温度、负载）。
如有必要，可在运行间隙进行热稳定处理。
所有测量均使用相同的传感器位置和安装方式。
每次运行进行多次读数并取平均值以降低噪声

数据质量检查

验证试验砝码是否能产生明显可测量的振动变化（至少比初始水平高 10-15%）。
检查第 4 次运行的结果是否与第 2 次和第 3 次运行效果的向量和大致相符（在 10-20% 范围内）。
如果线性度检查失败，请先检查机械问题再继续。

故障排除

四步法常见问题及解决方法：

运行 4 与预期响应不符

可能的原因：

非线性系统行为（松动、软脚、轴承间隙）
试验权重过大，导致系统进入非线性状态
测量误差或不一致的操作条件

解决方案：

检查并排除机械故障
使用较小的试验砝码
验证测量系统校准
确保所有运行条件一致

最终结算结果不佳