【国家标准(GB)】 挠性转子机械平衡的方法和准则

ICS21.120.40
中华人民共和国国家标准
GB/T6557—2009/IS011342:1998/C0r.1:2000代替GB/T6557—1999
挠性转子机械平衡的方法和准则Mechanical vibration-Methods and criteriaforthemechanicalbalancingofflexiblerotors(ISO11342:1998/Cor.1:2000,IDT)2009-04-24发布
数码防伪
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
挠性转子动力学和平衡的基础
转子结构型式
挠性转子低速平衡方法
挠性转子高速平衡方法
评定准则·
评定方法
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
附录D（资料性附录)
附录E（资料性附录）
附录F（资料性附录）
附录G（资料性附录）
附录H（资料性附录）
参考文献
关于现场转子的注意事项
最佳平面平衡
转换因子
GB/T6557—2009/IS011342:1998/Cor.1:2000次
低速三面平衡
计算等效握型剩余不平衡量的例子确定转子是刚性的还是挠性的方法许用的等效振型不平衡量计算示例（参见8.3.3.2)）不平衡校正计算的方法
GB/T6444—1995关于挠性转子术语的定义18
GB/T6557—2009/IS011342:1998/Cor.1:2000前言
本标准等同采用ISO11342：1998《机械振动件ISO11342：1998/Cor.1:2000。挠性转子的机械平衡方法和准则》（英文版）和补充本标准等同翻译ISO11342：1998，在标准结构和技术内容上与其完全一致。为便于使用，本标准与国际标准比较，做了如下编辑性修改：一删除了11342：1998的前言，重新编写了本标准前言；将“本国际标准”一词改为“本标准”；用小数点符号“.”代替英文中作为小数点的逗号“，”。本标准代替GB/T6557一1999《机械振动挠性转子的机械平衡方法和准则》。本标准与GB/T6557一1999相比主要变化如下：删除了GB/T6557—1999中8.3.3.1中的c)和8.3.3.2中的d)条款修改了附录D.1中的内容，删除了D.1中注1的内容。修改了附录D.1中表D.1和表D.4的数据。本标准的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E、附录F、附录G和附录H为资料性附录。本标准由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会（SAC/TC53)提出并归口。本标准起草单位：郑州机械研究所。本标准主要起草人：黄润华、韩国明标准所代替标准的历次版本发布情况为：GB/T6557—1986、GB/T6557—1999；—GB/T6558—1986。
GB/T6557—2009/IS011342:1998/Cor.1:2000引言
转子平衡的目的是当其装在现场后能满意地运行。在这重，“满意地运行”的意思是由转子剩余不平衡引起的振动不大于某个允许的振动幅值。对于挠性转子，是指直至最大工作转速的任何转速下转子产生的挠度不大于某个允许值。大多数转子是在机器装配前在制造厂进行平衡，因为在机器装配以后，一般仅能有限制地接近转子。此外，通常是用户在转子验收阶段做转子平衡。因此，虽然平衡的目的是机器能在现场满意地运行，但通常是在平衡设备上对转子平衡品质进行初始评定。在大多数情况下，在现场满意地运行是对由各种原因引起的振动进行评定，而在平衡设备上主要考虑同频振动的影响。本标准按照转子的平衡要求将转子分类，并且制定了评定剩余不平衡的方法。本标准也说明了如何从对已装配和已安装的机器规定的振动限值，或从对转子规定的不平衡限值导出用于平衡设备的准则。如果没有这样的限值可适用，本标准说明了如何从下述标准导出这些限值。如果希望用振动限值，可由GB/T11348（系列标准）导出，如果希望用充许剩余不平衡限值，可由GB/T9239.1导出。GB/T9239.1与旋转刚体的平衡品质有关，而不能直接用于挠性转子，因为挠性转子可能有显著的挠度。在本标准8.3中提出了将GB/T9239.1的准则用于挠性转子的方法由于本标准在很多细节上是与GB/T9239.1相互补充的，建议应用时应将它们一起考虑。有时，一个平衡合格的转子在现场由于支承结构共振而振动不合格。阻尼小的结构在共振或接近共振的条件下小的不平衡也能产生过大的振动响应，在这种情况下，较实际的做法是改变结构的固有频率或阻尼，而不是把平衡做到非常低的、可能难以长期保持的水平（见GB/T19874一2005）。IV
1范围
GB/T6557—2009/IS011342：1998/Cor.1:2000挠性转子机械平衡的方法和准则本标准按照转子特性和平衡要求对各类转子分类，列举了各类典型挠性转子的结构型式，说明了平衡方法，规定了不平衡最终状态的评定方法以及给出了在平衡设备上平衡和现场平衡时按振动限值和剩余不平衡量限值评定的准则。本标准也可用作更深入研究的基础。例如，在需要更精确地确定所要求的平衡品质时，如果对规定的制造方法和不平衡量限值给予注意，可望能满意地运行。本标准不是转子的验收规范，但它说明了如何避免大的缺陷和不必要的限制性要求。本标准给出的方法和准则是由一般工业机器的经验得到的，适用于一般的工业机器。对于特殊设备或特殊环境，它们可能不直接适用，有些场合可能需要偏离本标准的规定。结构共振及其动力修改的题不包括在本标准范围内。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T6444机械振动平衡词汇（GB/T6444—2008，ISO1925：2001，IDT)GB/T9239.1机械振动恒态（刚性）转子平衡品质要求第1部分：规范与平衡允差的检验(GB/T9239.1--2006,ISO1940-1:2003/Cor.1:2005,IDT）GB/T9239.2机械振动恒态（刚性）转子平衡品质要求第2部分：平衡误差（GB/T9239.22006,ISO1940-2:1997,IDT)
GB/T16908机械振动轴与配合件平衡的键准则（GB/T16908—1997，ISO8821：1989,IDT）ISO2041机械振动与冲击术语
3术语和定义
ISO2041和GB/T6444中的术语和定义适用于本标准。注：GB/T6444中关于挠性转子术语的定义在附录H中给出，作为参考。4挠性转子动力学和平衡的基础
4.1总则
挠性转子通常要求在高速下多面平衡，然而在某些情况下挠性转子也能在低速下平衡。对于高速平衡，为达到满意的平衡状态已提出了两种基本的方法，称之为振型平衡法和影响系数法。这两种方法的基本理论及其优缺点已在很多文献中广泛论述。因此，在这里不更多地详细说明。在大多数的实际平衡应用中，通常采用的方法是这两种方法的结合或其他平衡方法，它们常常编入计算机软件包中。4.2不平衡分布
转子设计和制造方法能显著地影响不平衡量的大小与沿转子轴线的分布。转子可能由单个锻件经机械加工而成，或者由若干个部件组装而成。例如喷气发动机转子由多个壳体、轮盘和叶片部件联结构1
GB/T6557—2009/ISO11342:1998/Cor.1:2000成；发电机转子通常由单个锻件加工而成，但装有附件。套装护环、联轴器等引起的大的不平衡量也可能会显著地影响不平衡分布。
由于沿转子轴线的不平衡分布是随机的，同一设计的两个转子的不平衡分布将不相同。在挠性转子中的不平衡分布比刚性转子中的不平衡分布有更重要的意义，因为它决定了激发任一挠曲振型的程度。沿转子上任一点的不平衡效应取决于转子的振型。不在不平衡量产生的平面而在转子上的其他横向平面校正不平衡，可能会在不同于原来校正转速的其他转速下引起振动，特别是在接近或达到挠曲临界转速时，这些振动可能超过指定的允许值。如果在现场安装后，转子的挠曲振型和平衡过程中的主振型不同，即使在与校正转速相同的转速下也可能引起较大的振动。
另外，在运行期间某些转子受热弯曲可能导致不平衡量的改变。如果转子每次开车不平衡量变化很大，要把转子平衡至允差内也许是不可能的。4.3挠性转子的振型
如果忽略阻尼的影响，转子振型是挠曲主振型，而且转子支承在径向刚度各向同性的轴承上，在这种特殊情况下，转子振型是旋转的平面曲线。靠近轴端部由挠性轴承支撑的单转子最低三阶主振型表示在图1中。
对于有阻尼的转子-轴承系统，特别是由流体膜轴承引起相当大的阻尼的情况下，挠曲振型可能是绕旋转轴线旋转的空间曲线。可能的有阻尼的第一阶和第二阶振型表示在图2中。在很多情况下，有阻尼的振型能近似地看成是主振型，视为旋转的平面曲线。必须注意，轴承及其支承的动力学性质和轴向位置对振型形状及转子的不平衡响应有很大的影响。P2P3P
a）典型转子
b）第一阶弯曲振型
c）第二阶弯曲振型
d）第三阶弯曲振型
注：PI、P2和P.为节点，P3为反节点。M
图1在挠性支承上挠性转子的简化振型2
4.4挠性转子对不平衡的响应
GB/T6557—2009/IS011342：1998/Cor.1:2000第一阶振型
第二阶振型
图2有阻尼振型的例子
不平衡分布能用振型不平衡量来表示。每个振型的挠度由相应的振型不平衡量引起。当转子在靠近某个临界转速下旋转时，通常是相应于该阶临界转速的振型对转子挠度起主导作用。在这些情况下，转子挠曲的程度主要受下列因素影响：a）振型不平衡量的大小；
b）临界转速和运行转速的靠近程度；c）转子-支承系统中阻尼的大小。如果用加一组离散校正质量的办法减小某一阶振型不平衡量，那么，相应振型分量的挠度也同样减小。用这种办法减小振型不平衡量是本标准中说明的平衡方法的基础。对于给定不平衡分布的转子，振型不平衡量是挠性转子振型的函数。对于图1中给出的简化转子，校正质量对某一阶振型产生的效果取决于该校正质量的轴向位置处的振型曲线坐标：靠近反节点处效果大，靠近节点处效果小。例如：图1b)～图1d)是图1a)中转子的振型。在平面P3上的校正质量对第一阶振型的效果最大，而对第二阶振型的效果小；在平面P2上的校正质量对第二阶振型几乎无效果，但将影响其他两阶振型；在平面P，和P。上的校正质量对第三阶振型无效果，但将影响其他两阶振型。4.5挠性转子平衡的目标
平衡的目标由机器的工作要求决定。在平衡之前，必须确定平衡准则，使平衡工艺有效、经济，并满足用户的需要。
平衡的目的是使由不平衡量引起的机器振动、轴挠度和作用于轴承的力低于允许值。平衡挠性转子的理想目标是：在每个微小轴段上对该轴段本身的不平衡量进行校正，使该转子每个轴段的质心都位于旋转轴线上。用这种理想方法平衡的转子，将没有静不平衡和偶不平衡，也没有振型不平衡量，这是一个完全平3
GB/T6557—2009/IS011342:1998/Cor.1:2000衡的转子。就不平衡而论，该转子能在所有的转速下满意地运行实际上，通常只能在有限个校正平面上加重或去重，使不平衡量减少到允许的程度，平衡后总会有某些分布的剩余不平衡量。bzxZ.net
由剩余不平衡量引起的振动或振动力，必须在整个工作转速范围内低于充许值。只有在特殊情况下才可以在单一转速下平衡挠性转子。应注意，在给定的工作转速范围内已满意地平衡过的转子，如果它必须通过临界转速到达工作转速，仍可能遇到过大的振动。一般情况下，通过临界转速时允许的振动可大于工作转速时允许的振动。无论采用什么样的平衡技术，最终目的是正确地配置不平衡校正量，使转子在高达最大运行转速的所有转速，包括起动升速和降速及可能的超速下，其不平衡效应最小。为达到此目的，可能需要考虑工作转速以上主振型的影响。
4.6校正平面的配置
所需要的沿转子轴向配置的校正平面的确切数目，在某种程度上取决于具体采用的平衡方法。例如，离心压缩机转子当每个轮盘和轴都在低速平衡机上单独平衡过以后，有时可只在两端部平面上进行转子平衡。一般来说，如果转子的工作转速达到或超过它的第n阶临界转速，至少需要n个校正平面，通常需要（n十2)个校正平面。
在设计阶段应考虑在适当的轴向位置设置足够数量的校正平面。实际上，校正平面的数目常常受设计的限制以及在现场平衡中受现场条件的限制。4.7相互联结的转子
当两个转子相互联结时，整个轴系将有一系列的临界转速和振型。一般来说，这些临界转速和单个未联结转子的临界转速既不相等也没有简单的关系，而且耦合轴系的挠曲形状也不一定和未联结转子的任一振型有简单的关系，因此，两个或更多的耦合转子的不平衡分布应按照耦合系统的振型不平衡量评定，而不是按未联结转子的振型不平衡量评定。实际上，大多数情况下，每个转子分别做平衡，这种做法一般能保证耦合转子满意地运行。这种技术的适用程度取决于未联结的转子和耦合转子的振型、临界转速、不平衡分布和联轴器型式等。如在现场要求进一步平衡应参考附录A。5转子结构型式
表1列出了典型的转子结构型式，概述了其特性和推荐的平衡方法。此表简要说明了转子特性，详细说明在第6章和第7章中给出，平衡方法在表2中列出。有时某种综合的平衡方法是可行的；如果能用一种以上的平衡方法，它们按时间和（或）费用的顺序列出；任何结构型式的转子总是能在多转速下平衡（见7.3）；在某些特殊情况下，也可在工作转速下平衡（见7.4)或在某个固定转速下平衡（见7.5）。表1挠性转子
结构形式
1.1圆盘
转子特性
无不平衡量的弹性轴，刚性圆盘单圆盘：
垂直于旋转轴线；
具有轴向偏摆
推荐的平衡方法
(见表2)1)
结构形式
1.2刚性轴段
1.3圆盘和刚性轴段
GB/T6557—2009/IS011342:1998/Cor.1:2000表1（续）
转子特性
双圆盘：
垂直于旋转轴线；
具有轴向偏摆：
至少一个可拆卸的；
整体的
两个以上圆盘：
全部可拆卸的(除一个之外)；
整体的
无不平衡量的弹性轴，刚性轴段单个刚性轴段
可拆卸的；
整体的
两个刚性轴段：
至少一个可拆卸的；
整体的
两个以上刚性轴段：
全部可拆卸的(除一个之外)；
整体的
无不平衡量的弹性轴段，刚性圆盘和轴段各有一个：
至少一个部件可拆卸的；
整体的
推荐的平衡方法
(见表2)1）
B+C,D,E
GB/T6557—2009/IS011342:1998/Cor.1:2000表1 (续）
结构形式
1.5滚筒和圆盘或刚性轴段
5整体转子
多个部件：
转子特性
全部可拆卸的（除一个之外）；整体的
质量、弹性和不平衡量沿转子分布在特殊条件下；
弹性滚筒，刚性圆盘，刚性轴段-圆盘或刚性轴段可拆卸的；
在特殊条件下；
整体的
质量、弹性和不平衡量沿转子分布具有不平衡量的主要部件不可拆卸推荐的平衡方法
（见表2)1）
C+F,E+F
1）A=单面平衡;B=双面平衡；C=装配前部件单独平衡；D=控制初始不平衡量之后平衡;E=装配期间分级平衡；F=最佳平面平衡；G=多速平衡；两个附加的平衡方法H和I能用于特殊情况，见7.4和7.5。表2平衡方法
单面平衡
双面平衡
装配前单部件平衡
控制初始不平衡量之后平衡
装配期间分级平衡
最佳平面上平衡
多速平衡
工作转速平衡
固定转速平衡
低速平衡
高速平衡
6性转子低速平衡方法
6.1总则
GB/T6557—2009/ISO11342：1998/Cor.1:2000低速平衡一般用于刚性转子；高速平衡一般用于挠性转子。在某些情况下，采用适当的方法，也可以在低速下平衡挠性转子，并保证其安装在最终环境时能满意地运行。否则，挠性转子要求使用高速平衡方法。
在第6章说明的大多数方法要求关于不平衡量轴向分布的资料。在有些情况下，某个部件可能会产生大的不平衡量。装配之前，先单独平衡该部件，装配后再做平衡可能是有利的。
注：某些转子装有若干个同心安装的单部件（例如叶片、联轴器螺栓、极片等），这些部件可依照它们的质量或质量矩来配置，使之达到部分或全部所要求的不平衡校正。如果这些部件需在平衡后装配，那么应依照它们的质量或质量矩平衡配置。
一些转子由若干部件构成（例如透平轮盘），应该注意装配过程可能产生转轴几何尺寸（例如轴偏摆）的变化，而且在高速工作时有可能发生进一步变化。6.2校正平面的选择
如果已经知道了不平衡量的轴向位置，校正平面应尽可能地靠近这些位置。当转子由两个或更多的沿轴向分布的单部件组成时，可能有两个以上横向的不平衡平面。6.3转子的工作转速
如果工作转速范围包含或靠近挠曲临界转速，应小心地选用低速平衡方法。6.4初始不平衡
在低速平衡机上平衡挠性转子的方法是一个近似的方法，初始不平衡量的大小和分布是决定平衡效果的主要因素。
对于已知初始不平衡量轴向分布的转子，而且有合适的校正平面，允许的初始不平衡量只受在校正平面上可能校正的总量的限制。对于初始不平衡量的真实分布未知的转子，一般不可选用低速平衡方法。但是，有时初始不平衡量的大小能由单部件预平衡来控制，在这些情况下，低速初始不平衡量能用来度量不平衡分布。6.5低速平衡方法
6.5.1方法A：单面平衡
如果初始不平衡量主要在某一横向平面内，而且就在这个平面上进行校正，那么该转子在所有转速下都将平衡。
6.5.2方法B：双面平衡
如果初始不平衡量主要集中在两个横向平面内，而且就在这两个平面上进行校正，那么该转子在所有转速下都将平衡。
如果转子的不平衡分布在刚性相当大的轴段内，而且就在该轴段上进行校正，那么该转子在所有转速下都将平衡。
6.5.3方法C：装配前单部件平衡每个单部件（包括轴）在装配之前依照GB/T9239.1分别单独做低速平衡，同时各单部件在轴上安装处的不同轴度或其他定位配合面相对于旋转轴线的允差应该小（见GB/T9239.2）。注1：各单部件装在平衡心轴处的心轴同轴度或其他定位配合面相对于心轴轴线的允差也应该小。心轴的不平衡量和同轴度误差可用转位平衡补偿（见GB/T9239.2）。注2：当各单部件和轴单独平衡时，应对任何非对称特性，例如键（见GB/T16908)适当留有余量，它是整个转子的一部分，但是不参与各单部件的单独平衡。7
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