一、工作簡況1任務來源本國家標準《機械振動轉子平衡第11部分：具有剛性特性轉子的平衡方法和允差》項目由全國機械振動、沖擊與狀態監測標準化技術委員會（SAC/TC53）提出并歸口，該項目于2022年5月向國家標準委正式提出立項申請，于2024年1月計劃下達，列入國家標準化管理委員會2024年制修訂項目計劃，項目計劃編號為20233413-T-469。2協作單位本標準主要起草單位：中機試驗裝備股份有限公司、鄭州機械研究所有限公司、北京雙元天衡檢測科技有限公司、上海申克機械有限公司、上海衡望智能科技有限公司、北京青云精益檢測設備有限公司、沈陽工業大學、大連智鼎科技有限公司、江蘇聯博精密科技股份有限公司等。2主要工作過程1）自本標準計劃項目下達后，負責起草單位中機試驗裝備股份有限公司根據項目計劃要求、標準特點、國內平衡機技術發展和產業分布情況，召集了領域內權威專家成立了《機械振動轉子平衡第11部分：具有剛性特性轉子的平衡方法和允差》起草工作組。牽頭單位組織平衡領域相關專家開展了情況調研和起草準備工作，并擬定了時間計劃安排和起草組專家的分工。在此過程中收集了國內外剛性轉子平衡方法的發展情況，認真研究了相關的標準等等。2）2024年1月10日至2024年4月15日，工作組負責起草的專家們按照國家標準GB/T1.1-2020的編寫原則和規定，起草了國家標準《機械振動轉子平衡第11部分：具有剛性特性轉子的平衡方法和允差》，形成標準征求意見稿的討論稿。3）2024年4月20日，牽頭單位中機試驗裝備股份有限公司召集工作組開展標準研討會議。在研討會上，起草工作組成員對國家標準《機械振動轉子平衡第11部分：具有剛性特性轉子的平衡方法和允差》討論稿逐條逐句進行了討論和研究，提出了相關修改意見，并對ISO標準錯誤之處進行了勘誤。4）起草會后，根據起草會的修改意見和建議對標準草案討論稿進行了修改和完善，形成了標準征求意見稿和本標準編制說明。3標準主要起草人及其所做的工作本標準主要起草人有中機試驗裝備股份有限公司的任霞、鄭州機械研究所有限公司的馬衛平、北京雙元天衡檢測科技有限公司的郭衛建、上海申克機械有限公司的孫華剛、上海衡望智能科技有限公司的郭強、北京青云精益檢測設備有限公司的林東濤、沈陽工業大學的趙海寧、大連智鼎科技有限公司的張兆宇、江蘇聯博精密科技股份有限公司的沈正云等。起草工作組成立后，按照分工，任霞任起草工作組組長，全面協調、溝通標準起草工作。孫華剛、郭衛建負責組織了標準資料的收集和整理，并翻譯了國際標準，形成初稿。任霞、孫華剛、郭衛建、馬衛平、郭強、林東濤、趙海寧、張兆宇、沈正云等工作組成員組織參加了工作組的標準征求意見稿的審查會議，對標準征求意見稿初稿進行了審查、討論和修改，形成了本標準的征求意見稿；馬衛平最后對標準的征求意見稿、編制說明、征求意見表進行修改、審查和定稿。起草組進行了標準資料和國內外現有研究成果的收集整理，翻譯了國際標準，制定了標準草案及其編制說明。二、國家標準編制原則和確定國家標準主要內容及新舊國家標準的比較1標準編制原則本標準制定工作貫徹落實我國“積極采用國際標準和國外先進標準”的重要技術經濟政策，使我國剛性轉子的平衡技術和方法完全與國際先進技術接軌，對于改善提供旋轉機械的工作性能和安全性能，具有重要意義。本標準的修訂工作堅持遵循充分考慮中國國情、公平公正、開放透明、充分協商原則，保證標準的科學性、規范性、時效性，制定科學合理的方法。1）本標準制訂按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》和GB/T1.2—2020《標準化工作導則第2部分：以ISO/IEC標準化文件為基礎的標準化文件起草規則》的要求進行。2）本標準等同采用ISO21940-11：2016。2確定國家標準主要的內容根據ISO21940-11：2016確立本標準的內容，確立了剛性轉子的平衡過程和平衡允差，適用于剛性轉子的平衡。包括：（1）平衡的相關描述1）轉子平衡的基本知識轉子平衡是檢測轉子的質量分布且必要時進行調整，以確保剩余不平衡或工況下的振動在規定限值內的一種工藝過程。應該指出的是，工況中的振動可能源自不平衡外的其他因素。轉子不平衡可能是由設計、材料、制造和裝配引起的。即便在批量生產中，每個轉子沿其軸向的不平衡分布都各不相同。對于剛性轉子，可以使用不同的矢量來表示相同的不平衡，有六種常用的表示方法。2）不平衡的影響合成不平衡矢量和合成不平衡力矩對轉子支撐力和機器的振動的影響并不相同，對這兩種不平衡通常分別考慮。即使對于雙面動不平衡，若不平衡的形式主要是合成不平衡矢量或者合成不平衡力偶，那么也建議注意兩者的影響效果通常并不相同。3）不平衡允差的參考平面參考平面用以表述不平衡允差。對于參考平面而言，無論相角在何位置，只需剩余不平衡量的值在各自的平衡允差范圍內。平衡的目的通常是減小通過支承傳遞到周圍的振動和力，為此，通常采用支承平面作為不平衡允差的參考平面，但是并不適用于所有的支承平面。4）校正平面總則：超出不平衡允差的轉子需要校正。不平衡量的校正通常不能在所設定的不平衡允差平面上進行，而是在轉子可以添加、去除或重新配置材料的平面上進行校正。所需校正平面的數量取決于初始不平衡量的大小和分布情況，還取決于轉子的設計特點，如校正平面的形狀及其與允差平面的相對位置。僅需單個校正面的轉子：有些轉子僅合成不平衡力超出允差，而合成不平衡力矩則在允差內。這種情況通常發生在帶有單個盤的轉子中，只要：支承間距足夠大；盤類轉子旋轉時軸向跳動足夠小；有適合的校正平面。對足夠數量的轉子進行單面平衡后，用所測定的最大剩余不平衡力矩除以支承間距，得到不平衡力偶。如果這種方法得到的偶不平衡是可接受的，即使在最壞的情況下，那么預計單面平衡也就足夠了。對于單面平衡，轉子不必旋轉。不過由于靈敏度和準確度的原因，大多數情況下使用旋轉式平衡機。需要兩個校正面的轉子：如果剛性轉子不僅不合成不平衡力超出允差，不平衡力矩也需要校正，則需要兩個校正面。大多數情況下，合成不平衡力和合成不平衡力矩共同形成了動不平衡，兩個不平衡矢量在不同的平面內。對于雙面平衡，應旋轉轉子以檢測不平衡力矩。需要多于兩個校正面的轉子雖然理論上所有的剛性轉子都能夠在兩個平面上進行校正，但是有時也會需要使用兩個以上的校正平面，例如：a）在合成不平衡力和不平衡力偶分別校正的情況下，若合成不平衡的校正不能在雙面中的一個（或兩個）平面上進行，并且；b）沿轉子軸向分散校正。在特殊情況下，由于受限于校正平面（例如通過在曲軸的多個配重上進行鉆孔的方式來校正或者為了保證轉子的功能和部件的強度，沿軸向分散校正是合適的。5）許用剩余不平衡量對于不平衡力偶可忽略的內質心轉子，通常進行單面校正就夠了，它的不平衡狀態可用一個單獨的不平衡矢量表示。為使轉子良好運轉，不平衡量的數值即剩余不平衡量Uper，不應大于許用剩余不平衡量Uper，但是Uper涵蓋了合成不平衡力和力矩的情況除外。因為Uper被定義為質心平面上的總允差，對于雙面平衡，總允差應分配到允差平面。（2）共性因素一些共性因素有助于理解和計算轉子質量和工作轉速對許用剩余不平衡量的影響。許用剩余不平衡量和轉子質量：通常，相同型式的轉子，許用剩余不平衡量Uper與轉子質量m成正比，單位質量的許用剩余不平衡量為許用剩余不平衡度eper。許用剩余不平衡度和工作轉速：經驗表明，相同型式的轉子，許用剩余不平衡度eper與工作轉速n通常成反比。這種關系也遵循這樣一個事實：幾何形狀相似的轉子，以相同的線速度轉動時，轉子的內應力和支承的特定負載（有離心力產生）是相同的。平衡質量等級G正是基于這個關系。（3）不平衡允差的確定1）總則平衡過程的第一步是確定轉子的許用剩余不平衡量的大小，并將其分配到允差平面上。為可靠滿足這些不平衡允差，已減小的剩余不平衡允差應將誤差考慮在內。2）不平衡允差的由來許用剩余不平衡量的數值可通過五種不同的方法確定。這些方法基于：a）平衡品質級別，由大量的、不同轉子的長期實踐經驗得出；b）許用剩余不平衡量的實驗性的評估；c）由不平衡導致的極限支承力；d）由不平衡導致的極限振動；e）已有的不平衡允差經驗。方法的選擇和許用不平衡允差，建議作為制造者和用戶之間協議的一部分。3）平衡品質級別G根據全世界的經驗和共性，已建立的平衡品質級別G，滿足了典型機械類型的平衡品質分級需求。平衡品質級別G，能夠計算許用剩余不平衡量。經驗顯示，這種方法得到的許用剩余不平衡量通常能滿足轉子在工作轉速下運行的需要。平衡品質級別彼此之間以系數2.5來劃分。在一些情況下，需要更細化分級，尤其是高精度平衡時，細分級別的系數不宜小于1.6。平衡品質等級是以典型的機械設計為基礎的，轉子質量占整個設備質量的百分比是固定的。特殊情況下需要加以修改。不同的體系均以表達式W/N的形式引用許用剩余不平衡量，其中W是轉子質量，N是最大工作轉速。Uper為質心平面內的總允差。對于雙面平衡，總允差應分配到允差平面4）實驗評估對于批量生產場合，經常要對平衡品質要求進行實驗評估。試驗一般在現場進行。通過在每個校正面上依次施加不同的試驗不平衡量，按照最有代表性的判斷依據（例如由不平衡引起的振動、力或噪聲）來確定許用剩余不平衡量。在雙面平衡中，應考慮相同相位角的不平衡量與相角相差180°的不平衡量所產生的不同效應。5）基于支承力或振動的不平衡允差支承力：主要目的是限制不平衡所產生的支承力。首先規定支承力的限值，然后轉化成不平衡量。對于足夠穩固（不移動）的支承架而言，簡單應用離心力公式進行轉換即可。在其他情況下，應考慮工作條件下結構的動態性能。對于這些情況，沒有簡單的規則可用。振動：主要目的是限制特定平面內的振動。從這些限值中能夠推導出平衡品質允差。6）基于經證實的經驗如果一些公司已經積累了足夠的經驗來系統地評價其產品的平衡品質允差，便可以充分加以利用。（4）許用剩余不平衡向允差平面的分配就單面校正而言，Uper已經全部在該允差平面上。雙面校正需要將Uper按質心分別到兩個允差平面的距離之比，等比例分配到兩個允差平面。對內質心轉子的限制：如果質心靠近某一個支承平面，對該支承平面計算出的允差值就變得非常大，接近Uper，而遠離質心的支承平面的允差值就變得很小，接近于零。為了避免極端允差狀態，規定：a）較大的允差值不應大于0.7Uper；b）較小的允差值不應小于0.3Uper。對外質心轉子的限制：外質心轉子需要將Uper按質心分別到兩個允差平面的距離之比，等比例分配到兩個允差平面。然而，為了避免極端允差狀態，規定：a）較大的允差值不應大于1.3Uper；b）較小的允差值不應小于0.3Uper。外質心轉子的不平衡量上限值不同于內質心轉子的。這里假設：B支承和支撐結構的設計足以承受外懸質量施加的靜載荷。因而它也能承擔不平衡所引起的成比例增高的載荷。若不是這種情況，那么不得不采用內質心轉子的限制條件。（5）平衡允差向校正平面的分配1）當今的許多平衡方法仍然是在校正平面應用平衡允差。由于是按照校正方法來選擇校正平面，因而對于不平衡允差來說這些平面通常是不理想的，如果一定要把允差分配到校正平面，請注意以下兩點：a）剩余不平衡的量值和他們的相對相角位置，兩者對不平衡的狀態均有影響。盡管如此，即便在這種情況下，通常也只是根據量值而不是相角關系來確定允差。b）因此，任何分配規則都是折中的。這就一定要考慮兩個校正面上剩余不平衡量之間相角關系的最壞情況。對于其他狀態，相同的剩余不平衡量對轉子造成的影響較小。因此，采用校正平面上的平衡允差，許多轉子被平衡到不平衡量比所要求的還要更小。按照前面所述的方法確定平衡允差之外，還應注意以下兩點：——就實驗確定法而言，通常可以得到每個校正平面的許用剩余不平衡量，而不需要再作分配；——無論什么時候使用了允差平面，例如基于平衡品質級別、基于力或振動的特殊目的或已有經驗來確定平衡允差，都可能需要將平衡允差隨后分配到各校正平面。2）單面校正：對于只需要一個校正平面的轉子，這個平面上的許用剩余不平衡量Uper等于總不平衡允差。當采用平衡品質級別確定Uper時，省略向兩個允差平面分配的步驟。3）雙面校正：如果I和II校正平面在A和B允差平面附近，允差的轉換系數可以為1，使用鄰近允差平面上的允差值。建議表述不平衡允差時，要使用允差平面(常等同于支承平面)而不是校正平面。但是在平衡過程中仍然需要校正平面上的不平衡允差，基本規則如下：——校正平面在允差平面之間：采用鄰近允差平面的不平衡允差；——校正平面在允差平面外側：按支承跨距與校正平面間距之比成比例地減小不平衡允——更復雜的幾何結構：對于幾何結構更復雜的轉子，不能給出簡單的分配規則。對于這樣的轉子，建議要在支承平面表述許用剩余不平衡量。（6）組裝型轉子總則：組裝后的轉子可以作為一個完整的單元進行平衡，或者對其獨立組件進行平衡。對每個組裝型轉子來說，組件的不平衡疊加和裝配誤差也會產生額外的不平衡，例如：徑向跳動和間隙引起的額外不平衡。如果裝配誤差不顯著，平衡工藝的選擇可取決于平衡機的適用性。完整單元的平衡：考慮到轉子中所有的不平衡量和所有的裝配誤差，最好的辦法是將轉子作為一個完整組裝單元進行平衡。如果轉子總成平衡后還需要再分解，例如為了安裝到機箱內，建議對每個部件做出角度標識，以保證重新組裝在相同的角度位置。即使在組裝和分解過程中采用了預防措施，徑向跳動和安裝間隙的問題仍然存在。組件平衡：如果分別對單個組件進行平衡，則有如下重要意見:a）如果組合誤差可忽略不計，所有組件均應被平衡至與完整轉子相同的剩余不平衡度。b）如果組合誤差（主要是裝配誤差）不能忽略不計，每個組件平衡后，其剩余不平衡度均應小于完整轉子的剩余不平衡度。如果這樣產生了問題（例如重型電樞上如帶有小型風扇或皮帶輪那么只要將完整轉子的總不平衡量控制在允差范圍內，任何分布規則都是允許的。c）如果在轉子組件之間需要連接件（例如：鍵應考慮其對不平衡的影響。如果通過分別平衡每個組件，不能達到裝配體的平衡允差要求，那么裝配體應做完整單元的平衡。這種情況下，建議重新考慮分體平衡的必要性。然而，即便對完整的裝配體平衡，如果每個組件的初始不平衡量過大，或是在每個組件上更容易進行平衡校正，那么仍然建議對組件進行預平衡。這種情況下，組件平衡的剩余不平衡度可以比完整轉子平衡的剩余不平衡度的更為放寬一些。3、新舊國家標準的比較本標準件代替GB/T9239.1—2006《機械振動恒態（剛性）轉子平衡品質要求第1部分：規范與平衡允差的檢驗》，與GB/T9239.1—2006相比，除結構調整和編輯性改動外，主要技術變化如下：（1）術語由ISO1925:2011更改為“GB/T9293.2界定的術語和定義適用于本文件”（見2006年（2）平衡允差的參考平面使用參考平面確定平衡允差，每個面的剩余不平衡量應在平衡允差范圍內。更改了選擇支承平面作為參考平面的要求，在參考平面的選取上，2006版選擇支承平面作為參考平面，本標準更改為：不適用于所有的支承平面。即不是所有的支承平面都適合做參考平面（2006（3）剛性轉子的校正平面分別對單面校正、雙面校正和多面校正的情況進行了描述。將2006年版剩余不平衡量不宜大于許用剩余不平衡量，改為不應大于許用剩余不平衡量（2006年版的4.6，4.6剩余不平衡量不應小于許用剩余不平衡量，這一規定通常適用于各類轉子，在本版中增加了“Uper涵蓋合成不平衡力和力矩的情況除外”。（5）平衡允差的確定增加了對平衡步驟的規定以及將誤差考慮在內的要求（見6.1）。平衡的第一步確定許用剩余不平衡量的值，并將其分布到允差平面上，已減小的剩余不平衡量要將誤差考慮在內。在根據平衡品質級別G計算許用剩余不平衡量中，在給出基于轉速Ω的計算公式外，增加了基于轉速n的計算公式（見公式7）。（6）許用剩余不平衡量向允差平面的分配支承平面計算出的允差限制值的要求由“不宜”更改為“不應”（見2006年版的7.2.3（7）誤差不平衡量的測量誤差，將允差平面的測量誤差小于該面的剩余不平衡量5%，可忽略不計，（8）檢驗刪除了用戶單獨進行平衡檢驗的判定規則（見2006年版的10.2.3增加了不平衡量讀數超出允差時轉子平衡合格判定的方法（見10.4.3刪除了在平衡機上檢驗以及不在平衡機上進行檢驗的要求（見2006年版的10.3和增加了不平衡量測量不確定性的要求（見10.4.4）。三、主要試驗（或驗證）的分析、綜述報告，技術經濟論證，預期的經濟效果原標準己執行多年，多年來在剛性轉子的平衡方面已經發揮了重要作用。本標準等同采用ISO21940-11：2016《機械振動轉子平衡第11部分：剛性轉子的允差和平衡方法》，標準起草工作組對平衡方法進行了驗證，結論表明方法科學合理，具備可操作性。剛性轉子在日常生產生活中的應用非常廣泛，幾乎涵蓋各個領域和行業。例如機床的主軸系統、汽車中的凸輪軸、家用的攪拌機、風扇和空調機組中的電機等。然而，動不平衡是剛性轉子的常見問題；大量的工程實踐已證明，旋轉機械剛性轉子的振動危害多由轉子動不平衡引起。轉子的動不平衡主要由制造誤差、裝配誤差、轉子材質不均勻等問題引起。針對剛性轉子的動不平衡問題，國內外學者以降低轉軸振動為目標，提出了很多動平衡方法，例如工藝平衡法、整機現場動平衡法、在線動平衡技術等。轉子不平衡是造成電動機、發電機、發動機、汽輪機等旋轉機械振動過大以及產生噪音的主要原因，直接影響設備的工作性能和使用壽命。現代技術還不能完全消除轉子不平衡，在轉子制造、安裝、修理時，通過確定合理規范的平衡工藝程序和允差，從整體上盡可能減小轉子的不平衡，對于改善提供旋轉機械的工作性能和安全性能，具有重要意義。隨著航空航天技術和汽車技術的發展，旋轉類部件如發動機運行速度越來越高，對運行的平穩性何可靠性提出了挑戰。高速運行平穩性的重要保障之一就是轉子平衡。與溫度、磨損、疲勞相關，轉子的平衡狀態在不斷地變化。在工程中，平衡測試貫穿轉子的生產、檢驗、使用、故障診斷等諸多環節。轉子