ISO 1940-2 Balance Errors (现为 ISO 21940-14)
这是用于评估刚性转子平衡误差的历史标准，涉及平衡过程中的系统性、随机变化性和标量误差来源。已废止并由 ISO 21940-14:2012 取代。平衡术语本身定义于 ISO 21940-2（原 ISO 1925），下文作摘要说明。
在使用 Balanset-1A 等便携式仪器排查校正后仍持续存在的残余不平衡故障时，Vibromera 工程师仍会参考 ISO 1940-2 误差分类体系。
关键平衡术语一览
ISO 平衡术语中最重要的定义 — ISO 21940-2（原 ISO 1925）— 每位平衡从业者都必须了解的术语
完整术语参考
ISO 21940-2（原 ISO 1925）平衡术语中的所有主要术语，按类别整理
| 术语 | 定义 | 重要意义 |
|---|---|---|
| 转子 转子 | 能够围绕确定轴线旋转的物体。在平衡领域，包括任何旋转部件：轴、叶轮、电枢、滚筒、主轴。 | 平衡的基本对象。所有其他术语均描述转子的特性或对转子的作用。 |
| 转子 刚性转子 | 转子的不平衡可在任意两个平面上进行修正，修正后残余不平衡在最高使用速度前的任何速度下都不会发生显著变化。 | 确定 ISO 1940-1 （G 等级系统）适用。在车间机器上进行低速平衡是有效的。绝大多数工业转子都是刚性转子。 |
| 转子 柔性转子 | 转子在使用速度下发生弹性变形，导致其不平衡状态发生变化。必须在两个以上平面内、在使用速度或接近使用速度时进行校正。 | 需要 ISO 21940-12。适用于高速涡轮机、大型发电机、多级压缩机。需要专门的高速平衡设备。 |
| 转子 轴 | 连接轴承轴颈中心的直线。几何旋转轴。 | 所有不平衡测量的参考轴。轴颈跳动会影响测量精度。 |
| 转子 惯性主轴 | 转子可绕其自由旋转而不会产生离心力或力矩的轴线。与完全平衡的转子的轴线相吻合。 | 主轴与轴心之间的不匹配 是 不平衡。所有校正的目的都是使这两个轴对齐。 |
| 转子 质量（重力）中心 | 整个转子质量的集中点。对于平衡转子而言，该点正好位于轴轴线上。 | 静态不平衡 = 质心偏离轴线。特定不平衡 (e) = 位移距离。 |
| 转子 服务速度 | 转子在预期应用中的最高转速。 | 对公差计算至关重要：Uper = (9 549 × G × M) / n。始终使用工作转速，而不是平衡转速。 |
| 转子 临界速度 | 转子轴承系统发生共振时的转速，在此转速下，振动会大大增加。 | 确定刚性/柔性分类。刚性转子的运行速度远低于第一弯曲临界速度。 |
| 术语 | 定义 | 公式/单位 |
|---|---|---|
| 不平衡 不平衡 | 惯性主轴与旋转轴不重合的情况。导致离心力与质量、偏心率和速度平方成正比。 | U = m × r （克-毫米或千克-米） |
| 不平衡 静态不平衡 | 主轴与旋转轴平行，但有位移。相当于单一半径处的单个质量。无需旋转即可检测（刀口法）。同相轴承振动。 | 更正于 1 平面 |
| 不平衡 力偶不平衡 | 主轴在质量中心与旋转轴相交，但呈倾斜状态。不同平面上两个相等、相反的重点会产生摇摆力矩。只有在旋转时才能检测到。 | 更正于 2 个平面 |
| 不平衡 动态不平衡 | 一般情况：主轴与旋转轴既不平行也不相交。是静态与耦合不平衡的组合。现实世界中最常见的情况。 | 更正于 2 个平面 |
| 不平衡 具体不平衡 | 不平衡量与转子质量之比，代表偏心率——即质量中心与轴线的位移。可用于比较不同尺寸转子的平衡质量。 | e = U / M （微米或克-毫米/千克） |
| 不平衡 剩余不平衡量 | 平衡后转子中剩余的不平衡度。不得超过允许值（Uper)的指定 G级. | Ures ≤ Uper |
| 不平衡 初始不平衡 | 转子在平衡校正之前的不平衡度。在首次运行时测量。 | 平衡程序的基准 |
| 不平衡 不平衡矢量 | 特定平面内不平衡的幅度和角度位置。用极坐标矢量表示，带有振幅（g·mm）和相位角（°）。 | U∠θ (克-毫米，与参考值成°）。 |
| 术语 | 定义 | 实用说明 |
|---|---|---|
| 过程 平衡 | 检查和调整转子质量分布，使残余不平衡在规定公差范围内的过程。 | 迭代：测量 → 计算 → 纠正 → 验证。 |
| 过程 校正平面 | 与转子轴线垂直的平面，在该平面上添加或移除质量。可实际触及的重量放置位置。 | 可能与公差（轴承）平面不同，需要进行几何转换。 |
| 过程 公差平面 | 规定允许不平衡的平面，通常是轴承平面。此处的不平衡直接影响轴承载荷。 | Uper 指定为公差平面；必须转换为校正平面。 |
| 过程 校正质量 | 在校正平面内的特定半径和角度上，从转子上增加或移除的物理质量（重量）。 | 添加方式：夹式、螺栓式、焊接、环氧树脂。移除方式：钻孔、铣削、打磨。 |
| 过程 试重 | 在平衡过程中以已知半径和角度临时固定在转子上的已知质量。用于确定转子的响应（影响系数）。 | Balanset-1A 试重法：运行→加装试重→运行→软件计算校正。 |
| 过程 影响系数 | 由特定位置的单位不平衡引起的测量点振动响应（振幅和相位）的变化。表征转子轴承的灵敏度。 | 根据试重运行计算得出。双平面平衡需要一个 2×2 的影响矩阵。 |
| 过程 单平面平衡 | 在一个校正平面内校正静不平衡的程序。适用于长径比小于 0.5 的短（圆盘状）转子。 | Balanset-1A F2 模式。一个传感器，一个平面。 |
| 过程 双平面平衡 | 在两个校正平面上校正静不平衡和力偶不平衡的程序。需要用于加长转子或力偶不平衡显著的情况。 | Balanset-1A F3 模式。两个传感器，两个平面。 |
| 过程 修整平衡 | 对装配好的转子进行最后的微调，以补偿装配引起的不平衡（联轴器跳动、配合公差）。 | 通常在现场安装的机器上进行。 |
| 过程 重量分割 | 当无法获得准确的角度位置时，将计算出的修正质量分配到两个相邻的可获得位置（如两个螺栓孔或叶片位置）。 | Balanset-1A 提供自动重量分配计算功能。 |
| 术语 | 定义 | 比较 |
|---|---|---|
| 机器 平衡机 | 测量转子不平衡（幅度和角度位置）的装置，以便纠正质量分布。 | 车间型（固定式）或野外型（便携式 Balanset-1A). |
| 机器 软轴承机械 | 悬架非常灵活。转子运行高于悬架固有频率。测量物理位移。必须根据每个转子的几何形状进行校准。 | 如今不太常见。成本较低，但操作员必须重新校准每个转子。位移传感。 |
| 机器 硬轴承机械 | 悬挂系统非常坚硬。转子运行低于悬架固有频率。传感器直接测量离心力。永久校准 - 可接受各种转子，无需针对特定转子进行设置。 | 主导类型 现代工业。功能更多，设置更快。力传感. |
| 机器 实地平衡器 | 用于就地平衡转子（安装在机器中）的便携式仪器，无需拆卸。使用振动传感器和转速计。试重法。 | Balanset-1A (双通道）和 Balanset-4 (4 通道）。内置 ISO 1940 公差计算器。 |
| 机器 心轴（芯轴） | 安装转子的轴或适配器，用于在机器上进行平衡。必须精确同心，跳动可忽略不计。 | 心轴偏心是系统平衡误差的主要来源。通过分度测试验证。 |
| 术语 | 定义 | 公式/标准 |
|---|---|---|
| 质量 平衡质量等级 (G) | 规定转子质量中心最大允许速度的分类。G = eper × ω.等级形成系数为 2.5 的对数刻度。 | G 0.4 … G 4000 定义 ISO 1940-1 |
| 质量 允许的剩余不平衡度（Uper) | 在规定的 G 级、转子质量和运行速度下允许的最大残余不平衡度。验收标准。 | Uper = (9549 × G × M) / n |
| 质量 平衡公差 | 为满足规定的质量要求，残余不平衡度必须达到的范围。等于 Uper. | 分配后按每个平面指定 |
| 质量 不平衡降低比 (URR) | 初始不平衡与一个校正周期后的残余不平衡之比。表示平衡机/程序的效率。 | URR = U最初的 / U残差 典型值：5-50× |
| 测量 相位角 | 不平衡矢量相对于转子上参考标记的角度位置（通过转速计测量）。与振幅相结合，定义了完整的不平衡矢量。 | °（度，0-360） |
| 测量 振动速度 (有效值) | 轴承座振动速度的均方根值。机器状态评估的标准测量参数，每 ISO 10816. | 毫米/秒有效值（10-1000 赫兹） |
| 测量 索引测试 | 验证程序：将转子相对于机床支架旋转一个确定的角度（如 180°），然后重新测量。检测心轴和夹具误差。 | ISO 1940-1 第 10 章要求进行形式验证 |
| 测量 可实现的最低残余不平衡度（Umar) | 特定转子在特定平衡机上可达到的最低残余不平衡度。由机器灵敏度、本底噪声和轴承条件决定。 | Umar 必须≤ Uper 使机器适用于所需的 G 级。 |
什么是 ISO 1940-2？
ISO 1940-2:1997 (机械振动 — 刚性转子的平衡质量要求 — 第 2 部分：平衡误差) 曾是国际标准，用于识别、评估并考虑刚性转子平衡时出现的误差——从芯轴和传动轴不平衡到部件跳动及仪器离散误差。该标准已废止，并由 ISO 21940-14:2012 (机械振动 — 转子平衡 — 第 14 部分：平衡误差评估程序) 取代，该标准将相同程序扩展到具有柔性行为的转子。注意：它经常与平衡 vocabulary — 那是另一项标准， ISO 21940-2 （原 ISO 1925），本页下文总结了其术语。
当德国工程师规定“在两个平面上将动不平衡校正到 G 6.3”时，日本技术人员必须准确理解要求内容——相同的转子状态、相同的平衡程序以及相同的验收标准。ISO 平衡术语——ISO 21940-2（原 ISO 1925）——通过为整个领域提供统一且国际认可的术语体系，使这一点成为可能。
相比之下，ISO 1940-2 本身既不是词典，也不是公差规范——它处理的是 balance errors。它将平衡过程的误差来源分类为 systematic （可评估大小和角度——例如芯轴或传动轴不平衡、径向和轴向跳动、键与键槽、残余磁性、重新装配及仪器误差）， 随机变化的 （松动部件、滞留液体、热变形、风阻）以及 scalar （只能估计最大幅值，角度无法确定——例如配合间隙和制造公差），并给出了评估和考虑这些误差的程序，从而确保残余不平衡确实保持在允许值 Uper 从 ISO 1940-1 （现为 ISO 21940-11）之内。其后继标准 ISO 21940-14 在 ISO 21940 系列中继续承担这一角色。
详细术语分析
刚性与柔性的区别
这是平衡中最重要的一个分类。这种区分决定了一切：哪种标准适用、需要哪些设备、需要多少个平面以及必须以何种速度进行平衡。
转子的不平衡度可在任意两个平面上进行修正，修正后的残余不平衡度在最高使用速度前的任何速度下都不会发生显著变化。 实践测试： 如果第一个弯曲 临界速度 远高于最大服务速度（通常 > 1.5 倍或更高），转子是刚性的。
转子在使用速度下发生弹性变形，使其不平衡状态发生变化。必须在两个以上平面上以服务速度或接近服务速度时进行平衡。 适用于 大型涡轮发电机、多级高速压缩机、高速长纸辊。适用于 ISO 21940-12。
绝大多数工业转子（电机、风扇、泵、飞轮、轴）都是刚性转子。转子 ISO 1940-1 G 级系统直接适用于刚性转子。
三种不平衡类型
该术语标准（ISO 21940-2）根据主惯性轴与旋转轴的几何关系定义了三种基本类型。理解这些类型对于选择正确的平衡程序至关重要：
- 静态不平衡 产生一个 力 - 两个轴承以 1×RPM 的速度相向振动。转子在不旋转的情况下也能检测到不平衡（重力使其显示在刀刃上）。一个校正平面即可。典型的窄盘状转子（L/D < 0.5）：窄皮带轮、风扇叶轮、薄飞轮。
- 耦合不平衡 产生一个 时刻 - 轴承以 1×RPM 的速度反相振动 180°。净力为零（质量中心位于轴上），但位于不同轴向位置的两个相等且相反的重点会产生摇摆耦合。只能在旋转时检测到。需要两个校正平面。
- 动态不平衡 = 静态 + 耦合组合。所有非完全对称的实际转子的一般情况。力和力矩同时存在。轴承以 1× 振动，既非同相关系，也非完全 180° 失相关系。需要双平面平衡。
特定不平衡与 G 级联系
特定不平衡 (e = U/M) 是进行通用天平质量比较的关键指标。不平衡度为 50 g·mm 的 5 千克转子的 e = 10 µm。不平衡度为 5 000 g·mm 的 500 千克转子的 e = 10 µm — 尽管质量相差 100 倍，但平衡质量完全相同。
G级 在此基础上，将速度也包括在内：G = e × ω，得出一个单一的数字（毫米/秒），该数字可独立于质量和速度来描述平衡质量。这就是 ISO 1940-1 容忍系统。
校正平面与公差平面
该术语标准作出了一个在实践中常被忽视的关键区分：
- 公差平面 = 振动和动态载荷最为关键的轴承平面。允许不平衡度 Uper 在此指定。
- 校正平面 = 可放置砝码的位置（风扇轮毂、电机端环、轴肩）。通常与轴承的轴向位置不同。
转换 Uper 从公差平面到修正平面的转换需要了解转子的几何形状。对于不对称或悬垂转子，这种转换会显著改变每个平面的公差。转子 Balanset-1A 会在输入转子尺寸时自动处理这种转换。
平衡机类型
这两种基本机器类型反映了不同的物理测量原理：
- 软轴承： 悬架固有频率远低于运行速度 → 机器测量 位移每个新转子都需要校准。历史意义重大；使用率下降。
- 硬轴承： 悬架固有频率远高于运行速度 → 机器测量 力永久校准 — 可接受不同的转子，无需单独校准。现代主流型号。
现场平衡仪器，如 Balanset-1A 使用不同的原理：它们不是 ISO 意义上的 "机器"，而是使用转子自身的轴承和支架作为测量系统，采用试重（影响系数）法来确定校正，而不需要专用的平衡机。
交叉参考：每个术语的使用地点
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: 使用所有公差和质量术语 - G 级、U 级、A 级、B 级、C 级、D 级和 E 级。per，平衡公差、残余不平衡。该词汇的主要使用者。
ISO 14694: 使用转子术语（刚性）、不平衡术语，并扩展包含风机专用的 BV 应用类别、平衡等级和振动限值表。
ISO 10816 / ISO 20816: 使用测量术语——振动速度、有效值、轴承座测量点。
ISO 21940-12： 通过多速度、多平面程序扩展灵活的转子定义。
API 610 / API 617： 石油标准参照 ISO 1940 G 级和不平衡术语来制定泵和压缩机规格。
ISO 1940-2 → ISO 21940-14：过渡
ISO 21940-14:2012 已正式取消并取代 ISO 1940-2:1997，构成其技术修订版——主要变化是将其适用范围扩展到具有柔性行为的转子。平衡术语走的是另一条修订路径：ISO 1925 修订为 ISO 21940-2。ISO 21940 编号反映了其并入涵盖转子平衡各方面的完整 ISO 21940 系列。旧编号在行业文献中仍然很常见。
常见问题 - ISO 1940-2
平衡误差、ISO 21940 过渡与平衡术语
