了解旋转机械的不平衡
不平衡 （可互换使用） 不平衡）是……中的一种状态 转子 当质心不位于旋转轴上时。这种偏移——即 偏心率 — 表示质量在轴周围分布不均。当转子旋转时，偏心的质量会被离心力向外抛出 离心力，从而产生旋转载荷，导致轴承和整台机器发生震动。不平衡是造成这一问题的最主要原因，其占比远高于其他因素。 振动 在旋转设备中，这种故障是 平衡 存在就是为了纠正。
1. 定义及其背后的物理原理
从数量上讲，不平衡 U 是偏心质量与其距轴半径的乘积——一个质量集中的区域 m 位于半径处 r 得 U = m·r，表示为 克·毫米 (g·mm) 或克·英寸。它也可以等效地表示为转子总质量乘以其质心偏心率（U = M·e）。从力学角度来看，关键在于由此产生的力。离心力与角速度的平方成正比：
F = m · r · ω² — 速度加倍，扰动力 四倍.
正是这种平方律关系，导致了转子在手动转动时运转平稳，但在实际运行速度下却会剧烈震动，也解释了为何高速机器的平衡要求远比低速机器更为精确。由于该力随轴旋转，因此每转一圈就会驱动结构一次——这正是失衡现象那无可辩驳特征的根源。
2. 经典振动特征
不平衡是较容易诊断的故障之一，因为其特征非常稳定：
- 频率： 振动恰好出现在 1× 转速 (the 运行速度). 即使改变速度，它也能精准地追踪峰值——这一显著特征使其与许多其他故障区分开来。
- 方向： 能量主要来自 径向 （水平和垂直），几乎没有 轴向 （推力）内容。
- 振幅： 它与速度的平方成正比——正如上述物理原理所预测的那样，转速翻倍会使响应大约增加至四倍。
- 相位： the 1× 相位 读数稳定且可重复，这正是使得重区能够被定位并予以校正的关键所在。
这一稳定的振幅-相位对是校正的基础：了解1×响应的大小以及 其中 这些数据点可帮助分析人员计算所需平衡块的大小和角度。纯净的1×峰值伴随较低的轴向振动表明存在不平衡；而强烈的2×分量则表明 错位 或 松弛.
3. 三种不平衡类型
静态不平衡
这也被称为“力不平衡”，是最简单的情况：质量在单一平面上偏移，例如薄盘上有一个重心。这被称为 静态 因为这在转子静止时就能观察到——当转子置于无摩擦的刀刃上时，它会滚动，直到重心位于底部。只需在重心的180°对侧放置一个砝码即可校正，该区域即为 单平面平衡.
耦合不平衡
在这里，两个等重的重物位于转子的两端，相距180°。它们作为合力相互抵消，但形成了 力偶 — 一种试图使转子发生端对端翻转的摇摆力矩。具有纯扭矩不平衡的转子在静态下是平衡的（不会在刀刃上滚动），但一旦旋转就会产生剧烈振动。要进行校正，需要在两个不同的平面上放置两个配重，以抵消这种摇摆力矩。
动态不平衡
动态不平衡是几乎所有实际机械中都存在的一种现象，它由静态分量和耦合分量共同构成。要纠正这种不平衡，必须在转子的至少两个平面上进行质量调整——这一过程 动态（双平面）平衡. 一种与之密切相关的特例，即静力效应与耦合效应具有相同的角位置，称为 准静态不平衡.
4. 不平衡的常见原因
不平衡可能源于制造过程，也可能在使用过程中产生。典型原因包括：
- 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： 组件安装不当、螺栓拧紧不均或键槽对齐不当，导致质量分布发生偏移。
- 磨损： 不均匀侵蚀, 腐蚀 或 磨损 风扇叶片和水泵上 叶轮.
- 材料堆积： 风扇、鼓风机和离心机转子上积聚的污垢、灰尘或产品残留物。
- 组件故障： 飞出的平衡块或断裂的叶片会立即导致严重的失衡状况。
5. 为什么纠正不平衡至关重要
如果让一台存在严重不平衡的机器持续运转，将会对其造成持续性损坏，因为旋转力会在每次旋转时对机体结构产生周期性作用：
- 轴承过早失效： 轴承承受着较大的动态载荷，因此磨损较快。
- 疲劳与开裂： 循环应力逐渐累积 疲劳 轴、地基和结构的损坏。
- 效率降低： 能量以振动和热量的形式散失，而非转化为有用的功。
- 安全风险： 严重的失衡可能会导致灾难性故障。
6. 不平衡的测量、校正与公差
通过系统化的平衡工艺可以消除不平衡——这是提高机械可靠性的最具成本效益的方法之一。对于已组装好的机器，平衡工作是在原位进行的，而不是在 平衡机. 例如 Balanset-1A 测量 1× 的振幅和相位，计算转子的 影响系数 从 试验重量，并告知工程师单平面或双平面校正所需的质量和角度 实地平衡. 由于它在机器自身的轴承中以运行速度工作，因此能够准确反映其真实的运行状态。
平衡从来不是为了达到零——而是为了将偏差控制在预设的限值之下。该限值来源于 平衡质量等级（G级） system of ISO 21940-11 （该标准取代了人们熟知的ISO 1940-1）。等级和运行速度对应于允许的 残余不平衡量 单位为g·mm；一个自由 残余不平衡量计算器（ISO 21940-11） 将选定的等级和转速直接转换为每个校正平面的允许数值。
