了解旋转机械中的不平衡
不平衡 ——与 不平衡 ——可互换使用——是指 动盘的质心不与其旋转轴重合的状态。质量沿轴周向分布不均，因此当转子旋转时，偏置质量产生合力 离心力 将转子从其中心拉开，使整台机器产生振动。质量中心偏离几何中心的这一偏移量，即为转子的 偏心率，而其所产生的振动使不平衡成为旋转机械中最常见的故障——通常也是诊断人员首先排查的问题。
1. 定义：力的产生原因
干扰力为离心力：F = m·r·ω²，其中 m·r 为不平衡量（偏移质量乘以其半径），而 ω 为角速度。由此可直接得出两个结论。第一，该力随轴一同旋转，因此每转一圈就对轴承施加一次推力。第二，它与速度的 正方形 成比例——用手缓慢转动时感觉良好的转子，在全速运行时可能变得极具破坏性，这正是为什么 平衡质量 要求随工作转速升高而大幅收紧。不平衡量以质量乘以半径来量化，通常单位为克·毫米（g·mm），因为偏心质量的大小以及其距轴线的距离共同决定了力的大小。
2. 不平衡诊断：经典特征
不平衡相对容易识别，因为其 振动 特征非常一致——这也是它成为 振动分析:
- 频率： 振动恰好位于 1× 转速 (the 运行速度）。提高或降低机器转速，峰值也随之完美跟随。
- 方向： energy is predominantly 径向 ——水平方向和垂直方向——通常差异较小 轴向 (thrust) vibration.
- 振幅： 与转速的平方成正比，因此转速翻倍后，不平衡力及由此产生的振动大约增大四倍。
- 阶段： the 1× 阶段 读数稳定且可重复，这正是重点位置得以定位的原因。
由于主导性的1×峰值也可能由以下原因引起： 错位, a 弯轴 或 谐振, a careful analyst confirms imbalance by its whole pattern: high 1×, low 谐波，主要为径向能量，以及稳定的相位。相比之下，较大的2×分量则将诊断方向引向不对中或 机械松动.
3. 不平衡的三种类型
静态不平衡
又称“力不平衡”，这是最简单的类型，质量偏移发生在单一平面内——可以想象成薄圆盘上的一个重点。它被称为“静”不平衡，因为在静止状态下即可显现：将转子放置在无摩擦刀口上保持平衡，转子会滚动直到重点垂至最低位置。在重点相对180°位置放置一块配重即可校正，属于 单平面平衡.
Couple imbalance
转子两端各有一个质量相等的重点，两者相差180°，合力相互抵消，但形成一个 夫妻 ——一种使转子端对端翻转的摇摆力矩。这种转子在静态上是平衡的（放在刀口上不会滚动），但在运行时会产生剧烈振动，需要在两个独立的校正平面内各添加一个配重，才能消除该力矩。
动态不平衡
这种情况几乎存在于所有实际机械中，动不平衡同时包含静不平衡和偶不平衡两种效应。纠正动不平衡需要在转子轴向的至少两个平面内进行质量调整—— 动态（双平面）平衡。当静不平衡分量与偶不平衡分量在角度上恰好对齐时，这种特殊情况称为 准静态不平衡.
4. Common Causes
不平衡可能在制造过程中就已存在，也可能在运行过程中逐渐产生。常见原因包括：
- 制造缺陷： 铸件存在孔隙度、材料密度不均匀以及加工公差。
- 装配错误： mis-installed components, unevenly tightened bolts or misaligned keys.
- 磨损： uneven erosion, 腐蚀 或 穿 风扇叶片和水泵上 叶轮.
- 材料堆积： 污垢、灰尘或物料积聚在风机、鼓风机和离心机的转子上。
- 组件故障： a thrown balance weight or broken blade instantly creates a severe imbalance.
5. 为何纠正不平衡至关重要
若让机器在明显不平衡状态下持续运行，将对其造成持续损害，因为循环载荷在每次转动时都会对结构施加冲击：
- 轴承过早失效： 轴承承受高动态载荷，迅速磨损。
- 疲劳与开裂： repeated stress accrues 疲劳 对轴、底座及周边零部件造成损坏。
- 效率降低： 能量以振动和热量的形式散失，而非转化为有效输出。
- 安全风险： 在极端情况下，严重的不平衡可导致灾难性故障。
6. 现场纠正不平衡
不平衡问题通过系统性的 平衡 程序加以解决——这是提高机械可靠性最有效的单项措施之一。目标不是实现零不平衡，而是将剩余不平衡量控制在一个较小的、明确规定的 残余不平衡量 公差范围内。允许限值来自 G级 system of ISO 21940-11 （已吸收了原ISO 1940-1的内容）；由此产生的振动则依据 ISO 20816 （ISO 10816的现代继承标准）中的严重程度限值进行评判。免费的 余量不平衡计算器（ISO 21940-11） 可将所选等级和运行转速换算为每个校正平面允许的g·mm值。
对于已装配的机器，作业在现场进行，而非在 平衡机. 例如 平衡仪-1a measures the 1× amplitude and phase, derives the rotor’s 影响系数 从 试验重量, and computes the mass and angle of each 校正重量 for single- or two-plane 实地平衡. Because it works in the machine’s own bearings at running speed, it both corrects the imbalance and verifies that the residual sits inside the chosen ISO grade.
