高速动平衡机能平衡带滚动轴承的转子吗？
现在几乎所有高速旋转机械的制造厂家及其维修服务单位都配备了高速动平衡机，你会发现，这些转子全都是滑动轴承支承工作的，你是否好奇，滚动轴承支承的转子能在这些机器上进行高速动平衡吗？这不仅是好奇，也是现实问题，航空发动机及小型燃气轮机等滚动轴承支承的转子也希望做高速平衡、并在高速平衡的基础上进行超速试验及各种动特性试验。
所以现在我们有兴趣弄清现有的通用型的高速动平衡机能否用来平衡带滚动轴承的转子，为什么，以及滚动轴承支承的转子高速动平衡该怎样做。
一. 两点动平衡常识
首先来看两点动平衡常识，即低速动平衡机与高速动平衡机上被平衡转子质量的大小与允许平衡转速的关系。
先看低速平衡机。现在普遍应用的低速动平衡机都是硬支承型的，其最大特点在于其永久性标定特征，出厂前标定一次获得标定系数，今后无论平衡什么转子，只要输入了其校正平面的几何尺寸(a、b、c、r1、r2)，一次测量运转就可以得到两平面上不平衡量的大小和相位。但这个永久性标定应用是有条件的，即Wn2值不能超过该规格平衡机规定的常数，其中W为转子与摆架上部参振质量的和，n为允许的最高平衡转速。也就是说，在同一台平衡机上，大转子允许的平衡转速较低，小转子允许的平衡转速较高。
而高速平衡机上却不是这样，高速动平衡支承摆架的技术规格书上给出最大承载的转子质量和允许的最高试验（平衡与超速试验）转速，而没有两者之间的关系，即允许的最高平衡转速与被平衡转子的大小无关。如某规格摆架最大承载8吨，最高平衡转速15000r/min，则在该平衡机上8吨以内的转子，无论其大小都允许最高转速到15000r/min。
二. 这是为什么？
无论是高速动平衡机还是低速动平衡机都是通过测量转子不平衡离心力激起的摆架振动来解算转子上的不平衡量的。
在低速平衡机上，转子通过滚轮支承在平衡机上，具有一定刚度的摆架和具有一定质量的转子（也包括摆架上部参振质量）组成了一个弹簧质量系统，它具有确定的固有频率，及对应的临界转速，当平衡转速低于这个临界转速30%时，临界转速区的振幅放大现象可以忽略不计，摆架的振幅近似正比于它所受到的不平衡离心力，因此可以根据振动的幅值和相位直接换算出不平衡量的大小和相位，实现永久性标定。由于转子直接支承在滚轮上，其刚度很大，转子与摆架上部结构一起构成振动系统的质量，而摆架中产生弹性变形的部分为振动系统中的弹簧。摆架的刚度是一定的，而质量是随转子大小而变化的，系统的固有频率（临界转速）就是变化的，所以允许的最高平衡转速就与转子的大小有关。如下图。
图1 低速平衡机
在高速动平衡机上，摆架杆簧和轴承座构成了一个弹簧质量系统，如图中的k1和m1，其固有频率高于最高工作转速，被平衡的转子包括滑动轴承为挠性转子，如图中的k2、c2和m2，其临界转速低于摆架最高工作转速，将转子和滑动轴承装在高速平衡机摆架上，形成二自由度振动系统，如图。滑动轴承相当于弹簧和阻尼器，该二自由度系统的一阶固有频率对应转子和轴承的固有频率，只是支承在摆架上比在工作支承条件下固有频率稍低一些，而二阶固有频率对应摆架固有频率，并会提高一些。它所对应转速高于摆架最高工作转速，不会遇到。所以在摆架上测得的振动幅值仍对应于它所受到的离心力。转子在摆架上旋转并越过其临界转速，将不平衡离心力作用于摆架上，而摆架表现出硬支承特性不会遇到自身的临界转速，振动信号能够用来解算不平衡量。
图2 高速平衡机弹簧质量系统示意图
可见，滚轮支承是刚性支承，而滑动轴承轴承是弹簧加阻尼器支承，转子通过不同的支承安装到平衡机上，与平衡机的支承摆架一起形成的振动系统是不一样的。
滚动轴承就像低速平衡机的滚轮支承一样，由于刚度过大，相当于把转子的质量叠加到摆架轴承座上了，系统仍然是单自由度系统，但固有频率降低了，无法正常工作到最高转速了。所以，从原理上讲，现有的高速动平衡机上不能平衡滚动轴承支承的转子。
三. 继续深究一下
设想两种情况，把带滚动轴承的转子装到高速动平衡摆架上，转子质量叠加到了摆架轴承座上，使得系统固有频率大幅降低，但如果其对应的临界转速仍高于需要的平衡转速，此时能进行高速平衡测量吗？第二种情况，如果带滚动轴承的转子类似于Jeffcott转子，细长轴中间有个质量盘，而轴相当于弹簧，能进行高速平衡测量吗？
仅从临界转速角度看，是可以的。但还有另一个巨大障碍，就是滚动轴承的阻尼几乎为0，过临界转速时振幅将趋于无穷大，实际上是没法通过临界转速的，因此也不能进行高速平衡测量。
此外，还有具体机械结构方面的原因，比如润滑供油方式问题、附加轴向载荷的承受问题等，两种轴承都不相同，所以结论是，通用型高速动平衡机不能用于滚动轴承支承转子的高速动平衡。
四. 滚动轴承支承的转子如何做高速平衡
目前市场上还没有标准型号系列的用于带滚动轴承转子平衡的高速动平衡机，这种转子的高速动平衡需要具体问题具体分析，有针对性地制定平衡机支承方案、驱动方案和测试方案，针对确定的转子类型、参数范围、支承方式来确定机器的结构形式、主要技术参数，如临界转速、阻尼、驱动方式、轴承与摆架间的连接方式，测试参数的选取等，如果除了动平衡测量之外还要进行其它各种动特性试验，如不平衡响应试验、阻尼器参数测定、支承刚度影响等，则摆架的支承刚度的确定与调整也需予以特殊考虑。
工程中如直升机尾轴传动轴平衡机属于这一类平衡机，它是一个专用机型。涡轴发动机传动轴的平衡机也是一个专用机型。有些发动机高压转子是挠性转子，也希望做高速动平衡，所用高速动平衡机也将是特殊设计的专用机型。
以上从高速动平衡机的工作原理及应用范围方面解释了滑动轴承与滚动轴承转子所需之高速动平衡机之不同。
