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摘要随着現代工业技术的迅速发展，消除转动机械振动的问题日趋重要，而转子本身的不平衡在很大程度上是引起机械振动的一项重要因素。因此对转子进行动平衡校正是消除机械振动等机械故障的重要手段。2011年安钢集团附属企业有限公司电修分公司引进动平衡机两台，经过技术攻关，现已可以进行电机、风机转子动平衡。经过一年的实际应用，经济效益明显，大大提高了安钢集团内部解决电机、风机等机器故障的能力，填补了安钢动平衡技术的空白。
中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
1.1 动平衡的必要性
常用机械中包含着大量的作旋转运动的零部件，例如电动机转子等，统称为回转体。在理想的情况下回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但工程中的各种回转体，由于材质不均匀、加工及装配中产生的误差等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上，引起振动，缩短了机械寿命，严重时能造成破坏性事故。为此，必须对转子进行平衡，使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内。
1.2安钢原有动平衡校正情况
安钢每年需要动平衡校正的电机、风机转子近百台。由于安钢内部没有掌握动平衡这项技术，拆卸后的转子须运到外地进行动平衡校正。每年仅风机动平衡一项花费就达百万元。由于外委手续繁琐、路程远，维修工期长，并且外维单位维修质量参差不齐，难于对转子进行维修过程化管理和追踪，部分修好的转子很容易产生瑕疵，影响了主体单位的正常生产。
1.3安钢目前动平衡技术概况
为了适应安钢装备大型化、工艺现代化、产品专业化的需要，更好地保障主体单位正常生产，安钢集团附属企业有限公司电修分公司于2011年实施动平衡项目。投资50余万元购买引进圈带式、万向节式平衡机各一台，并组织专业技术人员进行攻关。现已经可以实施转子动平衡校正。经过动平衡校正的转子上线运营情况良好。
2、 动平衡原理
2.1 基本概念
在机械的旋转部件中，具有固定旋转轴的零部件称为转子。一个转子的平衡与否，主要是由转子的质量相对于旋 转轴的分布状态决定的。根据牛顿运动定律，任何物体在匀速旋转时，体内的各质点都 将产生离心力，组成一个离心惯性力系。如果转子的质量分布相对于转轴是均匀分布的， 那么这些离心力相对转轴也是对称分布的， 利用力学原理中的任一力系向一点简化的原理分析，这个离心力系的合力为零，不会对转子的支承产生动压力，于是转子处于平衡状态，此时的转子称为平衡转子。反之，若转子质量分布不均，则离心惯性力系的合力不为零，转子在旋转时就会有不平衡的离心力作用与转子的支承上，此时，转子处于不平衡状态，称为不平衡转子。
动平衡校正就是在不平衡转子上，通过加重、去重或者调整转子质量分布等方法， 使不平衡转子重新回到平衡状态运转等相关操作。
2.2刚性转子二面平衡原理
平衡一个转子，要根据惯性力系简化的结果确定在某一个或两个校正平面上适当位置加重或去重来实现。理论上是如此，但实际的转子并不是任何位置都可以加重或去重的。如电机转子，其上面有绕组，它和定子的间隙极微小。因此，机器转子往往需要在某几个固定的位置作为校正面，如左右端面。下面根据力学原理来分析这个问题。
由理论力学知：两个平行力可以合成为一个与之平行的力。反之，一个力也可以分解为与之平行的两个力。如作用于o点的力可以分解为作用于A、B两点的同向平行力和，而且A、B两点的位置是任意指定的，如图2-2所示，各力间关系是：
图2-2 一个力分解为2个平行力之和
图2-3 转子被分解为无数个受力平面
(2-10)
设有不平衡的刚性转子M绕定轴z作匀速转动，如图2-3所示。由于转子是不平衡的，可将其理解为有若干个偏心薄圆盘所组成，各圆盘的重心都不在转动轴线上。当转子匀速旋转时，各圆盘均产生一个惯性力，即，，…，等，组成一个空间惯性力系，这些惯性力系虽然大小、方向和位置都不相同，但他们都通过转动轴线并都与转动轴线垂直。
假定转子的左右两端面作为校正面，将每个惯性力都分解为通过A.、B两点的平行力，如第i个惯性力分解为和，根据式(2-10)的：
(2-11)
其中：
l—转子左右两端面间的距离；
—为第i个惯性力至左端面间的距离。
同样，可以把每个惯性力系都向左、右两个端面分解，可在左校正面A上得到一组平面汇交力系(,……)；右校正面B上相应得到一组平面汇交力系(,……)，这两个平面汇交力系按力的合成的多边形法则，可各自得到一个通过汇交点的合力、，，。显然，这两个作用在左右校正面上的合力AF、BF和转子的所有惯性力是等效的。因此，如果在左右两个校正面A.B上进行校正，适当地加重或去重，便可平衡初始不平衡离心力。
任一不平衡的刚性转子都可在两个与转轴垂直的平面上进行校正得到平衡，这便是刚性转子二面平衡原理。
2.3动平衡校正理论基本原理
动平衡校正技术按照动平衡校正方法的不同，可分为去重型校正，加重型校正。
2.3.1去重校正原理
（1）原理
设已在转子的半径处测算出原始不平衡质量和不平衡相位角，我们通过钻削或者铣削等方法在相位相同，半径为R处进行去重操作，即在相位为处去除质量为M，如果重径积满足：
(2-13)
则转子被平衡。这就是去重校正原理。
2.3.2加重校正原理
（1）原理
设已在转子的半径上测算出原始不平衡质量和不平衡相位角，则在+180°角度处适当半径R上的A点称为“轻点”，如果在A点加配重，质量为M，
若重径积满足：
(2-14)
则转子被平衡。这就是加重校正原理，又称配重校正。
3、 平衡机原理
3.1 动平衡机原理
参见图 3.1，图中所画的是动平衡机的简单原理图。上面是标准转子,它架在左右两支承架上。在转子旋转时，由于转子不平衡，使支承产生振动，这种振动由安装在支承上的振动传感器转变为电信号传送给信号处理器。支承所在的平面称支承面或测量面， 测量面垂直于转子的轴线。
转子的上方是一个光电（磁电）传感器，它感知转子与黑标记的明暗变化，并转换为电信号传送给信号处理器，系统由这一信号中提取转速和角度信息。图中，可以加重(或去重)的平面称校正面。
动平衡机测试系统通过光电信号测量转子的转速，通过对振动信号的测量并与光电信号中的角度信号比较，测出转子的不平衡量，并通过计算显示出校正面上应加(去)的重量和角度。
对于圈带传动平衡机转子上的角度确定如图3.1中右图所示，逆着转子的旋转方向， 标记对准光电头转子的上方为0°，然后依次是90°、180°、270°。
对于有床头箱驱动平衡机转子的角度确定对应主轴端部刻度盘。
3.2测量系统结构原理
振动传感器输出的电信号强弱直接反映了工件不平衡量的大小，但也包含了许多如轴承运转，机器振动，皮带传动等原因引起的高频干扰信号，这些信号都会输入到前置处理器。
为了提高工件的平衡精度，该系统将高频干扰信号滤除，并将有用信号进行放大。该系统信号放大电路采用两级程控放大器，前级具有X1，X5，X25，X125四挡放大功能，末级具有X1，X5，X25三挡放大功能，采用两级程控放大电路，大大提高了系统的测量精度。
光电传感器感知转子(或平衡机主轴)上的反光标记的明暗变化，转子旋转一周,光电传感器发出一个电脉冲，(注意：转子旋转一周，光电头应该并且只能发光一次，否则应调节光电头上的“光强度调节钮”以达到合适。如图3.3。
这种与转子同频的电脉冲被送入前置处理器进行整形，并且产生一路同频脉冲和一路64倍频脉冲，两路信号也被送到数据采集卡。数据采集卡首先对两路信号进行末级程控放大，然后对几路信号进行采样，输送到工控机的数据总线，由软件控制，进行数据存储、计算、显示、上传和打印。
3.3 标定原理
所谓“标定”就是系统参数的识别，平衡机振动传感器接受工件的振动信号后会输出定量的电压信号，该信号大小代表不平衡量的大小，该信号与基准信号的相位代表不平衡角度，只有在标定且系统将标定結果储存后，以后测量才能通过选择转子号调用对应标定参数再经过运算显示出正确的不平衡量和角度。
3.4 夹具补偿基本原理
1. 夹具补偿基本原理
以180度补偿方式为例说明其基本原理：
夹具本身存在的不平衡量以及由于夹具和平衡机主轴的同轴度偏差会影响平衡机对工件不平衡量测量的准确性，夹具补偿就是通过运转测出夹具引起的误差，并储存在微机中，测量时通过矢量运算消除夹具引起的误差，显示正确的结果。
如图3.4所示：第一次运转平衡机采集到的振动包含工件不平衡和夹具引起的不平衡，然后将工件旋转180度安装，进行第二次运转，夹具引起的不平衡的大小和方向未变，而工件不平衡方向改变180度，软件把两次运转采集的振动信号进行矢量相加，得到的结果就等于夹具引起不平衡量的2倍，求出结果后软件将这个矢量数据准确存盘，以后测量时就能消除夹具的误差。
第四章 动平衡经济效益分析
4.1直接经济效益分析
安钢目前需要做动平衡的电机转子和风机转子百余台，不包括运输等支出，仅维修费用就达一百多万。安钢内部实施动平衡项目后，节约外维资金一百余万。
4.2 间接经济效益分析
安钢引进吸收动平衡技术后，既大幅度缩短维修工期，保障了主体生产的单位的正常运营和紧急抢修，又能确保对动平衡校正的过程化管理，确保了维修质量，使设备运营上线后连续无故障工作时间极大延长，由此带来不可估量的经济效益。
参考文献
周仁睦.转子动平衡——原理、方法和标准[M].北京:化学工业出版社，1992.7-24
杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用.中国电力出版社.2007年7月第一版
罗宗尧,李玉东,孙其奎.风机现场动平衡技术在烧结厂的应用[J].蓬莱:莱钢科技,2006.28-29
郑建彬,田春仿.基于离散小波变换的动平衡机不平衡量提取算法研究[J].北京:测控技术,2002.19-20
刘健.整系数数字滤波器在动平衡机测量系统中的应用研究[J].广州:机床与液压,2005.34-36
叶能安,余汝生.动平衡原理与动平衡机[M].武汉:华中工学院出版社,1985.78-79
中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
1.1 动平衡的必要性
常用机械中包含着大量的作旋转运动的零部件，例如电动机转子等，统称为回转体。在理想的情况下回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但工程中的各种回转体，由于材质不均匀、加工及装配中产生的误差等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上，引起振动，缩短了机械寿命，严重时能造成破坏性事故。为此，必须对转子进行平衡，使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内。
1.2安钢原有动平衡校正情况
安钢每年需要动平衡校正的电机、风机转子近百台。由于安钢内部没有掌握动平衡这项技术，拆卸后的转子须运到外地进行动平衡校正。每年仅风机动平衡一项花费就达百万元。由于外委手续繁琐、路程远，维修工期长，并且外维单位维修质量参差不齐，难于对转子进行维修过程化管理和追踪，部分修好的转子很容易产生瑕疵，影响了主体单位的正常生产。
1.3安钢目前动平衡技术概况
为了适应安钢装备大型化、工艺现代化、产品专业化的需要，更好地保障主体单位正常生产，安钢集团附属企业有限公司电修分公司于2011年实施动平衡项目。投资50余万元购买引进圈带式、万向节式平衡机各一台，并组织专业技术人员进行攻关。现已经可以实施转子动平衡校正。经过动平衡校正的转子上线运营情况良好。
2、 动平衡原理
2.1 基本概念
在机械的旋转部件中，具有固定旋转轴的零部件称为转子。一个转子的平衡与否，主要是由转子的质量相对于旋 转轴的分布状态决定的。根据牛顿运动定律，任何物体在匀速旋转时，体内的各质点都 将产生离心力，组成一个离心惯性力系。如果转子的质量分布相对于转轴是均匀分布的， 那么这些离心力相对转轴也是对称分布的， 利用力学原理中的任一力系向一点简化的原理分析，这个离心力系的合力为零，不会对转子的支承产生动压力，于是转子处于平衡状态，此时的转子称为平衡转子。反之，若转子质量分布不均，则离心惯性力系的合力不为零，转子在旋转时就会有不平衡的离心力作用与转子的支承上，此时，转子处于不平衡状态，称为不平衡转子。
动平衡校正就是在不平衡转子上，通过加重、去重或者调整转子质量分布等方法， 使不平衡转子重新回到平衡状态运转等相关操作。
2.2刚性转子二面平衡原理
平衡一个转子，要根据惯性力系简化的结果确定在某一个或两个校正平面上适当位置加重或去重来实现。理论上是如此，但实际的转子并不是任何位置都可以加重或去重的。如电机转子，其上面有绕组，它和定子的间隙极微小。因此，机器转子往往需要在某几个固定的位置作为校正面，如左右端面。下面根据力学原理来分析这个问题。
由理论力学知：两个平行力可以合成为一个与之平行的力。反之，一个力也可以分解为与之平行的两个力。如作用于o点的力可以分解为作用于A、B两点的同向平行力和，而且A、B两点的位置是任意指定的，如图2-2所示，各力间关系是：
图2-2 一个力分解为2个平行力之和
图2-3 转子被分解为无数个受力平面
(2-10)
设有不平衡的刚性转子M绕定轴z作匀速转动，如图2-3所示。由于转子是不平衡的，可将其理解为有若干个偏心薄圆盘所组成，各圆盘的重心都不在转动轴线上。当转子匀速旋转时，各圆盘均产生一个惯性力，即，，…，等，组成一个空间惯性力系，这些惯性力系虽然大小、方向和位置都不相同，但他们都通过转动轴线并都与转动轴线垂直。
假定转子的左右两端面作为校正面，将每个惯性力都分解为通过A.、B两点的平行力，如第i个惯性力分解为和，根据式(2-10)的：
(2-11)
其中：
l—转子左右两端面间的距离；
—为第i个惯性力至左端面间的距离。
同样，可以把每个惯性力系都向左、右两个端面分解，可在左校正面A上得到一组平面汇交力系(,……)；右校正面B上相应得到一组平面汇交力系(,……)，这两个平面汇交力系按力的合成的多边形法则，可各自得到一个通过汇交点的合力、，，。显然，这两个作用在左右校正面上的合力AF、BF和转子的所有惯性力是等效的。因此，如果在左右两个校正面A.B上进行校正，适当地加重或去重，便可平衡初始不平衡离心力。
任一不平衡的刚性转子都可在两个与转轴垂直的平面上进行校正得到平衡，这便是刚性转子二面平衡原理。
2.3动平衡校正理论基本原理
动平衡校正技术按照动平衡校正方法的不同，可分为去重型校正，加重型校正。
2.3.1去重校正原理
（1）原理
设已在转子的半径处测算出原始不平衡质量和不平衡相位角，我们通过钻削或者铣削等方法在相位相同，半径为R处进行去重操作，即在相位为处去除质量为M，如果重径积满足：
(2-13)
则转子被平衡。这就是去重校正原理。
2.3.2加重校正原理
（1）原理
设已在转子的半径上测算出原始不平衡质量和不平衡相位角，则在+180°角度处适当半径R上的A点称为“轻点”，如果在A点加配重，质量为M，
若重径积满足：
(2-14)
则转子被平衡。这就是加重校正原理，又称配重校正。
3、 平衡机原理
3.1 动平衡机原理
参见图 3.1，图中所画的是动平衡机的简单原理图。上面是标准转子,它架在左右两支承架上。在转子旋转时，由于转子不平衡，使支承产生振动，这种振动由安装在支承上的振动传感器转变为电信号传送给信号处理器。支承所在的平面称支承面或测量面， 测量面垂直于转子的轴线。
转子的上方是一个光电（磁电）传感器，它感知转子与黑标记的明暗变化，并转换为电信号传送给信号处理器，系统由这一信号中提取转速和角度信息。图中，可以加重(或去重)的平面称校正面。
动平衡机测试系统通过光电信号测量转子的转速，通过对振动信号的测量并与光电信号中的角度信号比较，测出转子的不平衡量，并通过计算显示出校正面上应加(去)的重量和角度。
对于圈带传动平衡机转子上的角度确定如图3.1中右图所示，逆着转子的旋转方向， 标记对准光电头转子的上方为0°，然后依次是90°、180°、270°。
对于有床头箱驱动平衡机转子的角度确定对应主轴端部刻度盘。
3.2测量系统结构原理
振动传感器输出的电信号强弱直接反映了工件不平衡量的大小，但也包含了许多如轴承运转，机器振动，皮带传动等原因引起的高频干扰信号，这些信号都会输入到前置处理器。
为了提高工件的平衡精度，该系统将高频干扰信号滤除，并将有用信号进行放大。该系统信号放大电路采用两级程控放大器，前级具有X1，X5，X25，X125四挡放大功能，末级具有X1，X5，X25三挡放大功能，采用两级程控放大电路，大大提高了系统的测量精度。
光电传感器感知转子(或平衡机主轴)上的反光标记的明暗变化，转子旋转一周,光电传感器发出一个电脉冲，(注意：转子旋转一周，光电头应该并且只能发光一次，否则应调节光电头上的“光强度调节钮”以达到合适。如图3.3。
这种与转子同频的电脉冲被送入前置处理器进行整形，并且产生一路同频脉冲和一路64倍频脉冲，两路信号也被送到数据采集卡。数据采集卡首先对两路信号进行末级程控放大，然后对几路信号进行采样，输送到工控机的数据总线，由软件控制，进行数据存储、计算、显示、上传和打印。
3.3 标定原理
所谓“标定”就是系统参数的识别，平衡机振动传感器接受工件的振动信号后会输出定量的电压信号，该信号大小代表不平衡量的大小，该信号与基准信号的相位代表不平衡角度，只有在标定且系统将标定結果储存后，以后测量才能通过选择转子号调用对应标定参数再经过运算显示出正确的不平衡量和角度。
3.4 夹具补偿基本原理
1. 夹具补偿基本原理
以180度补偿方式为例说明其基本原理：
夹具本身存在的不平衡量以及由于夹具和平衡机主轴的同轴度偏差会影响平衡机对工件不平衡量测量的准确性，夹具补偿就是通过运转测出夹具引起的误差，并储存在微机中，测量时通过矢量运算消除夹具引起的误差，显示正确的结果。
如图3.4所示：第一次运转平衡机采集到的振动包含工件不平衡和夹具引起的不平衡，然后将工件旋转180度安装，进行第二次运转，夹具引起的不平衡的大小和方向未变，而工件不平衡方向改变180度，软件把两次运转采集的振动信号进行矢量相加，得到的结果就等于夹具引起不平衡量的2倍，求出结果后软件将这个矢量数据准确存盘，以后测量时就能消除夹具的误差。
第四章 动平衡经济效益分析
4.1直接经济效益分析
安钢目前需要做动平衡的电机转子和风机转子百余台，不包括运输等支出，仅维修费用就达一百多万。安钢内部实施动平衡项目后，节约外维资金一百余万。
4.2 间接经济效益分析
安钢引进吸收动平衡技术后，既大幅度缩短维修工期，保障了主体生产的单位的正常运营和紧急抢修，又能确保对动平衡校正的过程化管理，确保了维修质量，使设备运营上线后连续无故障工作时间极大延长，由此带来不可估量的经济效益。
参考文献
周仁睦.转子动平衡——原理、方法和标准[M].北京:化学工业出版社，1992.7-24
杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用.中国电力出版社.2007年7月第一版
罗宗尧,李玉东,孙其奎.风机现场动平衡技术在烧结厂的应用[J].蓬莱:莱钢科技,2006.28-29
郑建彬,田春仿.基于离散小波变换的动平衡机不平衡量提取算法研究[J].北京:测控技术,2002.19-20
刘健.整系数数字滤波器在动平衡机测量系统中的应用研究[J].广州:机床与液压,2005.34-36
叶能安,余汝生.动平衡原理与动平衡机[M].武汉:华中工学院出版社,1985.78-79