旋转部件的不平衡力矩测量是机械制造和设备维护中的关键环节，直接影响设备的运行平稳性和使用寿命。平衡机作为专业测量设备，其工作原理和操作流程需要系统掌握。以下将从测量原理、设备选型、操作步骤和数据分析四个维度展开详细说明。
一、不平衡力矩的物理特性分析
旋转部件的不平衡本质是质量分布不均产生的离心力，其矢量特性表现为：F=m×r×ω²（m为不平衡质量，r为偏心距，ω为角速度）。当转速达到工作频率时，1克的不平衡量在100mm半径处产生的离心力可达100N（以3000rpm为例）。这种周期性激振力会导致轴承磨损加速3-5倍，振动幅度随转速平方关系增长。
二、平衡机类型的选择标准
1. 硬支承平衡机：适用于刚性转子（工作转速低于一阶临界转速70%），采用力测量原理，典型精度0.1g·mm/kg，如汽车传动轴等部件
2. 软支承平衡机：用于柔性转子（转速超过临界转速30%），基于位移测量原理，需配备相位分析仪，适合汽轮机转子等长径比大的部件
3. 现场动平衡仪：针对已安装设备，采用振动传感器+转速计组合，测量误差约±15%，但可避免拆卸成本
三、标准测量操作流程（以卧式硬支承平衡机为例）
1. 预处理阶段：
- 清洁转子表面，去除油污（表面粗糙度应≤Ra3.2）
- 测量轴颈径向跳动（应＜0.02mm）
- 选择适配工装（同轴度误差≤0.05mm）
2. 设备参数设置：
- 输入转子质量（误差±1%）
- 设定支承间距（***到1mm）
- 配置校正半径（建议取***允许值）
3. 试运行检测：
- 以20%工作转速试转，检查振动值（应＜0.5mm/s）
- 采集初始不平衡量数据（通常需3次取平均值）
4. 配重修正：
- 根据矢量图计算补偿质量（角度分辨率1°）
- 采用钻孔去重法时，钻深控制公式：h=4m/(πρd²)（ρ为材料密度）
- 焊接配重块时应控制温升＜150℃
四、测量数据的深度处理
1. 不平衡量分解：将测量值分解到两个校正平面（ISO1940标准要求剩余不平衡量≤G×M/n，G为平衡等级，M为转子质量）
2. 谐波分析：通过FFT变换分离1倍频分量（典型的不平衡特征频率）
3. 趋势预测：建立历史数据库，当同一型号转子连续5次测量偏差＞20%时应检查工艺系统
4. 不确定度评估：包含传感器线性度（±0.5%）、转速波动（±0.2%）等影响因素
五、典型问题解决方案
1. 重复性差（＞10%）：检查传动带张力（推荐值80-100N）、万向节磨损间隙（应＜0.1mm）
2. 相位漂移：检查光电传感器安装距离（建议15-20mm）、反光标记宽度（不小于5mm）
3. 异常振动：排除基础共振（测试固有频率应远离工作转速±15%）、电磁干扰（传感器电缆需屏蔽）
通过规范化的测量流程，可使转子平衡质量达到ISO1940-1标准的G2.5级（通用机械要求），振动烈度降低60%以上。建议每200工作小时复检一次，高温环境应缩短***100小时。对于特殊形状转子（如叶轮），还需考虑气动不平衡量的补偿算法。
