【国家标准(GB)】 挠性转子机械平衡的方法和准则

ICS,21. 120. 40
中华人民共和国国家标准
GB/T 6557—1999
idtISo11342:1998
性转子机械平衡的方法和准则
Mechanical vibration---Methods and criteria forthe mechanical balancing of flexible rotors1999-10-11发布
2000-05-01实施
国家质量技术监督局发布
GB/T 6557—1999
本标准根据国际标准ISO11342：1998《机械振动挠性转子机械平衡的方法和准则》对GB/T6557一1986和GB/T6558-一1986进行修订，在技术内容上与ISO11342等同，编写格式和规则符合GB/T1.1-1993的规定。
近年来，各类转子平衡技术在国内外有了新的发展，并且积累了更多的平衡实践经验，为适应工业发展，提高各类旋转机器的安全可靠性，减少机器振动，对GB/T6557一1986《挠性转子的机械平衡》和GB/T6558-1986《挑性转子平衡的评定准则》进行修订，以适应旋转机器提高产品质量、增强市场竞争能力以及国际贸易、技术和经济发展的需要。本标准在技术内容上等同采用ISO11342：1998，符合我国国情并有利于与国际标准接轨。本标准是在GB/T65571986和GB/T6558-1986的基础上修订的，主要在以下技术内容上作了修改、补充：
将GB/T6557—1986和GB/T6558—1986两个标准合并成一个标准；按平衡方法对各类转子的结构型式、特征分类，删除了一部分理论性说明的内容，例如影响系数法的数学表达式，挠性转子的运动等；增加了计算机辅助平衡的内容；增加了如何判别转子是刚性的还是挠性的内容；—一补充了详细的实例；
补充了各类转子在平衡时可能遇到的问题及应采取的措施，增强了标准的可行性。本标准与相关标准GB/T9239-1988《刚性转子平衡品质许用不平衡的确定》,GB/T11347—1989《大型旋转机械振动烈度现场测量与评定》、GB/T11348《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》(系列标准)等有密切关系并与其协调一致。本标准自生效之日起，取代GB/T6557—1986和GB/T6558—1986。本标准的附录都是提示的附录。本标准由国家机械工业局提出。本标准由全国机械振动与冲击标准化技术委员会归口。本标准起草单位：郑州机械研究所。本标准主要起草人：姜元蜂、傅汝、吴庆十、黄润华、时永华。本标准于1986年首次发布。
本标准委托郑州机械研究所负责解释。1
GB/T6557—1999
ISO前言
ISO(国际标准化组织)是各标准化团体(ISO成员团体)组成的世界性联合会。制订国际标准的工作通常由ISO的技术委员会完成，每个成员团体如对某个技术委员会已确立的标准项目有兴趣，均有权参加该委员会的工作。与ISO保持联系的各国际组织（官方或非官方的）也可参加有关工作。在电工技术标准化方面ISO与国际电工委员会（IEC)保持紧密合作关系。由技术委员会正式通过的国际标准草案，提交各成员团体表决。国际标准需取得至少75%参加投票的成员团体的同意才能正式发布。国际标准ISO11342由国际标准化组织ISO/TC108机械振动与冲击技术委员会的第一分技术委员会SC1(平衡包括平衡机)制定。此第二版本撤消和取代第一版本（ISO11342：1994），对它作了技术修改。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 是参考件。GB/T6557—1999
转子平衡的目的是当其装在现场后能满意地运行。在这里，“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，一般仅能有限制的接近转子。此外，通常是用户在转子验收阶段作转子平衡。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ISO10816（系列标准）和GB/T11348（系列标准）导出，如果希望用允许剩余不平衡限值，可由GB/T9232—1988导出。GB/T9239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相互补充的，建议应用时应将它们一起考虑。有时，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ISO10814）。1范围
中华人民共和国国家标准
挠性转子机械平衡的方法和准如Mechanical vibration --Methods and criteria forthe mechanical balancing of flexible rotorsGB/T 6557--1999
idt ISO 11342:1998
代替GB/T6557--1986
GB/T6558—-1986
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人研究的基础，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问题不包括在本标准范围内。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T2298--1991机械振动与冲击术语GB/T4201-1984通用卧式平衡机校验法GB/T6444—1995机械振动平衡术语GB/T7662—1987立式平衡机校验法GB/T9239一1988刚性转子平衡品质许用不平衡的确定GB/T11347--1989大型旋转机械振动烈度现场测量与评定GB/T11348.1—1999旋转机械转轴径向振动的测量和评定第1部分：总
GB/T 16908-1997
机械振动轴与配合件平衡的键准则ISO1940-2：1996机械振动刚性转子平衡品质要求第2部分：平衡误差ISO10814:1997转子对不平衡的敏感度和灵敏度3定义
本标准采用下列定义。
GB/T2298中关于振动术语的定义和GB/T6444中关于机械平衡术语的定义适用于本标准。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。国家质量技术监督局1999-10-11批准2000-05-01实施
4性转子动力学和平衡的基础
4.1总则
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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，它们常常编人计算机软件包中。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。
a）典型转子
b）第阶弯曲振型
c）第二阶弯曲振型
d）第三阶弯曲振型
注：Pi、P2和P。为节点,P：为反节点。P2P3P.
图1在挠性支承上挠性转子的简化振型2
GB/T 6557--1999
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。第一阶振型
第二阶搬型
图2有阻尼振型的例子
4.4挠性转子对不平衡的响应
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3
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果大，靠近节点处效果小。例如：图1b至1d是图1a中转子的振型，在平面P3上的校正质量对第阶振型的效果最大，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、轴挠度和作用手轴承的力低于充许值。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。
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允许值。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（提示的附录）。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和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）。4
1.1圆盘
1.2刚性轴段
结构形式
1.3圆盘和刚性轴段
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表1挽性转子
转子待性bzxZ.net
无不平衡量的弹性轴,刚性圆盘
单圆盘
一垂直于旋转轴线
一具有轴向偏摄
双圆盘
一垂直于旋转轴线
具有轴向偏摆
一至少一个可拆卸的
一整体的
两个以上圆盘
全部可拆卸的（除一个之外）
一整体的
无不平衡量的弹性轴,刚性轴段
单个刚性轴段
一可拆卸的
一整体的
两个刚性轴段
一至少一个可拆卸的
—-整体的
两个以上刚性轴段
一全部可拆卸的（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
一至少个部件可拆卸的
一整体的
推荐的平衡方法
（见表2）
B+C,D,E
圆盘和刚性轴段
结构形式
1.5滚简和圆盘或刚性轴段
1.6整体转子
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表1(完）
转子特性
无不平衡量的弹性轴段，刚性圆盘和轴段多个部件
全部可拆卸的(除一个之外)
一整体的
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
一圆盘或刚性轴段可拆卸的
一在待殊条件下
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；推荐的平衡方法
（见表2）
C+F,E+F
A=单面平衡;B=双面平衡;C一装配前部件单独平衡;D=控制初始不平衡量之后平衡;E一装配期间分级平2
衡;F一最佳平面平衡;G三多速平衡表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挠性转子低速平衡的方法
6.1总则
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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：某些转子装有若于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。
一些转子由若干单部件构成（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，而且在高速工作期间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个横向平面内，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ISO1940-2）。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ISO1940-2)。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。注3：用计算来检查由平衡误差（例如偏心和装配误差)引起的不平衡量以评定它们的影响是可行的。在计算这些误差对心轴和旋转轴的影响时，重要的是要注意误差的影响能累加在最终装配中。处理这些误差的方法见ISO 1940-2.
GB/T6557—1999
6.5.4方法D：控制初始不平衡量之后平衡当转子由已做过单独平衡的各单部件组装而成时（方法C），不平衡状态仍可能不满意，只有在组装件的初始不平衡量不超过规定值时，才允许在低速下作后续平衡。如果有轴和轴承刚度的可靠数据，采用数学模型的不平衡响应分析将是有用的。经验表明，符合上面要求但有一个附加的中央校正平面的对称转子，虽然有较大的初始装配不平衡量，也可以采用低速平衡。经验表明应在中央平面校正初始静不平衡量的30%至60%。对于结构型式（例如就对称性或外悬来说）不符合上面定义的非对称转子，可用类似方法根据经验在各校正平面上采用不同的百分比。在极端情况下，初始不平衡量可能很大，必须采用其他的平衡方法，例如方法E。6.5.5方法E：装配期间分级平衡首先平衡轴，然后，每装上一个部件时就进行一次转子平衡，并且只在最后装的部件上进行平衡校正。此方法不必严格控制各单部件在轴上安装处的同轴度或其他特性。采用此方法，必须保证后续加上去的部件不改变已处理好的转子部件的平衡。在某些情况下，也可以一次加上两个单平面部件，在这两个部件上各选一个校正平面进行装配件的双面平衡。在由若干部件形成一个刚性轴段（例如，一般只在两平面平衡的组装件或芯部)的情况下，一次加上一个这样的轴段，并用双面平衡进行校正。6.5.6方法F：最佳平面上平衡
如果由于设计或加工方法的原因，转子系列具有沿其全长均勾分布的不平衡量（例如管子），可以在适当的轴向位置上选择两个校正平面，做低速平衡，使之在整个转速范围内达到满意地运行。使全部运行状况最佳的两个校正平面的最佳位只能由许多同类型转子的经验来确定。对于满足下述条件a）至e)的简单转子系统，两个校正平面的最佳位置在每个轴承内侧，轴承跨距的22%处。
a）两端有轴承的单跨转子，
b）质量均匀分布没有显著的外悬；c）轴弯曲柔度沿其长度相同；
d）连续工作转速不明显靠近第二阶临界转速；e）不平衡量均勾分布或线性分布。如果这种校正方法不能得到满意的结果，采用附录B（提示的附录）中所示的转子中央和两端的校正平面，仍可能在低速下将转子平衡。要这样做，需要估算在中央平面上校正的不平衡量占总的初始不平衡量的比例。
7挠性转子高速平衡方法
7.1总则　
一般来说，要用高速平衡方法平衡挠性转子。然而，在某些情况下，采用适当的方法，也可在低速下平衡挠性转子，见第6章。
7.2平衡时的安装
为了进行平衡，应选择适当的轴承。在某些情况下，希望平衡设备上使用的轴承支承条件和现场轴承支承条件相类似，以使转子在现场运行时的振型在平衡过程中能充分表现出来，因而减少以后现场平衡的必要性。
如果转子有外慰质量，但在现场安装后它被支承住，那么在平衡时可用一个固定轴承限制其挠度。如果转子有外悬质量，而在现场安装后无任何方式支承，那么在平衡时也不要支承。但是，在平衡的早期阶段，可能需要装一个带固定轴承的支承，使之能安全地达到工作转速或超速，使转子各部件移动8
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