理解双平面平衡
双平面平衡 是一个 动态平衡 程序 校正权重 沿转子长度方向分别布置在两个不同的平面上，以消除 静态不平衡 和 夫妻失衡 同时。这是绝大多数工业旋转机械的标准方法——即任何轴向长度与直径相当或大于直径的转子。与……不同 单平面平衡，该方法仅校正转子的质心偏移，而双平面平衡则同时处理平移 离心力 以及导致转子绕其中心摇摆或晃动的瞬间。
1. 定义：为什么是两个平面？
任何刚性转子的 不平衡 可以分解为两个独立的成分。 静态不平衡 是一种净重心偏移点，其质心偏离了轴线；它会在两个轴承处产生同相力，即使转子在刀刃上静止平衡时，这种现象也会显现。 夫妇失衡 这是位于转子两端、相距180°的一对等重点：它不会引起净质心偏移，因此在静止状态下无法察觉，但在高速运转时，它会产生一个摇摆力矩，导致两个轴承的转动相位发生偏移。
单个校正平面只能消除静态不平衡分量。要消除力偶，需要两个校正平面共同产生一个反向力矩——而根据定义，这需要两个平面。因为实际转子中静态不平衡和力偶不平衡总是任意混合存在的（这种状态通常被称为 准静态不平衡 （当两者结合时），至少需要两个校正平面才能完全描述并校正刚性转子的 振动.
2. 何时需要进行双平面平衡？
只要满足以下任一条件，就应调用两架飞机：
长型或细长型转子
一般而言，长度与直径之比大于约0.5至1.0的转子，应进行双平面动平衡。典型例子包括：
- 电动机电枢
- 泵和压缩机轴
- 多级风扇转子
- 传动轴和联轴器
- 主轴和旋转刀具
- 涡轮转子
一个狭窄的圆盘——例如砂轮、单个皮带轮或薄飞轮——则处于另一极端，通常只需在一个平面上进行校正，因为它太短，无法产生显著的扭矩。
明显的双侧不平衡
当测得的1× 阶段 两个轴承支点的相位明显不一致——相差接近180°，表明存在摇摆或倾斜运动——这表明存在偶不平衡，只有通过两平面校正才能消除。
当单平面平衡无法满足需求时
一个经典的诊断线索：单平面校正虽然能减少一个轴承的振动，却会加剧另一个轴承的振动。这种取舍正是未校正的扭矩的标志，它表明需要进行第二平面校正。
具有分布质量的刚性转子
即使是一个 刚性转子 远低于其首次 临界速度 如果其质量分布在相当长的轴向长度上，则可同时受益于两个平面，从而确保每个轴承的振动都得到最小化，而不仅仅是一个。
3. 双平面平衡法
双平面平衡比单平面平衡更为复杂，因为任一平面上的修正都会改变振动在 两个都 轴承。公认的解决方案是 影响系数法，涂两层 试验砝码 在一系列 测量运行.
步骤 1 — 初步测量
以选定的平衡转速运行机器，并记录两个轴承处的初始 1× 振动矢量（振幅和相位）。将其标记为“轴承 1”和“轴承 2”。这一组数据反映了转子所有不平衡因素的综合影响。
步骤 2 — 定义校正平面
选择两项 校正平面 可在这些位置增加或减少质量。应将它们放置在尽可能远且易于操作的位置——通常位于每个转子端部附近、联轴器法兰处或风扇轮毂处。较大的平面间距可提供强有力且条件良好的偶极修正。
第 3 步 — 平面 1 中的试重
停止机器，在第一平面上以已知角度安装一个质量已知的试重。再次运行，并记录两个轴承处的新振动情况。该向量 改变 在每个轴承处显示两个影响系数：平面1对轴承1的影响，以及平面1对轴承2的影响。
第 4 步 — 在平面 2 中进行试重
取下第一个试重，将试重安装在第二个平面上，运行设备，然后再次测量。这样便能得到剩余的两个系数：第1轴承上的第2平面系数，以及第2轴承上的第2平面系数。
第 5 步 — 计算校正值
该工具目前包含四个复杂影响系数，以2×2矩阵的形式排列。使用 矢量数学 通过求解矩阵逆，它能求解一组联立方程，从而确定每个平面上所需的精确质量和角度，以便同时将两个轴承处的振动降至零。A 单平面影响系数计算器 说明了一个平面所涉及的基本向量运算；双平面的情况只需将其扩展为矩阵，而 试用重量计算器 有助于确定一个合理的初始测试质量。
第 6 步 — 安装并验证
将计算出的两个配重永久安装到位，并运行以进行验证。此时，两个轴承处的振动值应已稳定在目标范围内。如果仍有少量残余振动，只需快速 平衡配平 ——利用已测得的系数——无需进一步试算即可优化结果。
4. 影响系数矩阵解析
该方法的威力在于那个2×2矩阵，因为每个平面都会影响 两个都 轴承：
- 直接影响： 位于平面1上的配重对附近的方位1影响最大，而位于平面2上的配重则对附近的方位2影响最大。
- 交叉偶联效应： 位于平面1的砝码也会带动方位角2（通常作用较小），而位于平面2的砝码也会带动方位角1。
求解该矩阵可同时考虑这四种相互作用，因此这两种校正效果会相互协同，而非相互抵消。若手工计算，数学运算绝不容许丝毫差错——一个符号错误或一度的相位误差都会在求逆过程中累积放大——这正是专用平衡仪物有所值的原因所在。
对于两个平面 (1, 2) 和两个方位角 (A, B)，该系统为 VA = αA1-W1 + αA2-W2 和 VB = αB1-W1 + αB2-W2，其中每个项 V、α 和 W 都是一个复数（振幅和相位）向量。平衡软件通过求解这个 2×2 方程组来求得校正权重 W1 和 W2 使 VA 和 VB 消失。.
5. 现场双平面平衡
双平面平衡是日常常用的方法 实地平衡，而这正是便携式双通道分析仪的设计初衷。像这样的仪器，例如 平衡仪-1a一名技术人员正在安装一个 加速度计 在每个轴承处，安装一个光学 激光转速表 作为相位参考，并直接按照上述六个步骤进行操作——初始运行、两次试运行、求解、修正、验证——无需拆卸机器或发送 动盘 送到一家动平衡店。因为工作已经完成 就地……在机器自身的轴承上，且以实际运行速度进行测试，所得结果能反映车间中的真实安装状况——包括轴承刚度、基础柔度、热载荷和工艺载荷—— 平衡机 无法重现。随后，仪器会检查最终的 残余不平衡量 在报告签字前，需与选定的ISO等级进行核对。
6. 双平面平衡法的优点
- 完整更正： 既消除了静态不平衡，也消除了耦合不平衡，实现了完全刚性转子的状态。
- 最大限度地减少所有轴承的振动： 优化整个转子系统，而不仅仅是一个端部。
- 延长部件使用寿命： 两端支点振动减小，意味着轴承、密封件和联轴器的磨损减少，且 疲劳 破解。.
- 行业标准： 许多设备制造商要求，并已针对刚性转子在 ISO 21940-11 （ISO 1940-1 的现代版本）。
- 适用于大多数机器： 这适用于在低于其第一临界转速下运行的刚性转子，而绝大多数工业设备都属于这一类。
7. 安装位置：单平面、双平面及多平面
| 方法 | 飞机 | 更正 | 典型转子 |
|---|---|---|---|
| 单平面 | 1 | 仅静态 | 薄盘、窄皮带轮、单风扇 |
| 双平面 | 2 | 静态 + 情侣 | 最坚固的工业转子 |
| 多平面 | 3 个或更多 | 静载荷 + 剪力 + 模态弯矩 | 临界转速以上的柔性转子 |
与单平面平衡相比，双平面平衡操作更为复杂且耗时更长，但对于除最窄的盘式转子以外的所有部件，其减振效果都显著更好。另一方面， 柔性转子 在超过一个或多个临界转速的情况下，可能需要三个或更多个平衡面——参见多平面平衡——但对于绝大多数工业机械而言，两个平衡面就完全足够了。
8. 常见挑战与解决方案
无法访问的校正平面
挑战： 在已组装好的机器上，理想的平面位置可能无法触及。
解决方案 利用现有的任何部件——联轴器轮毂、风扇叶片、外部法兰等——并让仪器的系数来补偿几何形状的不完美，因为该矩阵是在实际机器上测得的。
试验重量反应微弱
挑战： 如果试秤值几乎不改变读数，影响系数就会出现噪声，导致计算结果不可靠。
解决方案 使用更大的试样质量，或将其移至更远的半径处，以使测量结果远高于测量噪声底限。
非线性行为
挑战： 转子 机械松动, 软脚，或附近区域 谐振 可能不会对权重呈线性响应——而这是该方法所假设的先决条件。
解决方案 首先排除机械故障（拧紧紧固件、消除脚部松动），并在可能的情况下，将不平衡点调整至远离临界转速的位置。确认故障确实是由不平衡引起的，而非 错位 假扮成它。
