Physical Address
304 North Cardinal St.
Dorchester Center, MA 02124
BS ISO 21940——机械振动转子平衡标准系列（动平衡方法与公差）
Mechanical vibration — Rotor balancing（BS ISO 21940，含 11/12/13/14/21/23/31/32 分部）
📐 BS ISO 21940 是英国标准学会（BSI）采用的 ISO 21940 系列，主题为”机械振动——转子平衡”（Mechanical vibration — Rotor balancing）。该系列系统地规定了转子不平衡的表示方法、刚性转子与挠性转子的平衡程序和公差、中大型转子的现场平衡准则与安全防护、平衡机的描述与评价、平衡机防护罩要求，以及键槽与配合等工程细节，是现代旋转机械设计、制造与检修中最常引用的平衡标准家族。它取代并整合了 ISO 1940、ISO 11342、ISO 20806 等早期平衡标准，英国版本分别由技术委员会 GME/21/5（机械振动、冲击与状态监测——机器振动）归口。
💡 转子平衡是旋转机械（电机、泵、风机、汽轮机、压缩机等）振动控制的第一道关口。BS ISO 21940 系列提供了从”什么是可接受的不平衡”到”如何安全地实现它”的完整技术链条。
一、系列概述与转子动力学基础 📌
平衡（balancing）的目标是把转子旋转时由质量分布不均引起的离心力与力矩控制在可接受水平。转子不平衡通常以不平衡量（unbalance）表示，即等效为若干校正平面上的质量-半径积矢量。BS ISO 21940 系列先在第 11、12 部分依据转子的动力学行为将其划分为两类：
- 刚性行为转子（rigid behaviour）：在最高工作转速以下其挠曲变形可忽略，可按刚体动力学处理，两平面校正即可。
- 挠性行为转子（flexible behaviour）：转速接近或超过一阶及高阶临界转速，振型（mode shapes）随转速变化，需要在多平面、多转速条件下进行振型平衡或影响系数法平衡。
该判断直接决定采用哪一分部、哪种平衡程序，也决定平衡质量等级与验收标准的选择，是整个系列应用的前提。
⚠️ 把”刚性转子”的平衡程序用于挠性转子，常常在低速平衡机上合格、到现场高速运行后振动超标。选错转子动力学模型是平衡工程最常见的系统性错误。
二、系列构成与技术要点 🔧
| 分部 | 主题（英文） | 中文要点 | 可读性 |
|---|---|---|---|
| BS ISO 21940-11 | Procedures and tolerances for rotors with rigid behaviour | 刚性转子平衡程序与公差（替代 ISO 1940-1） | 可读 |
| BS ISO 21940-12 | Procedures and tolerances for rotors with flexible behaviour | 挠性转子平衡程序与公差（替代 ISO 11342） | 可读 |
| BS ISO 21940-13 | Criteria and safeguards for the in-situ balancing of medium and large rotors | 中大型转子现场平衡准则与防护（替代 ISO 20806） | 可读 |
| BS ISO 21940-14 | Procedures for dealing with unbalance | 不平衡处理程序（扫描版，按公开领域知识） | 扫描版 |
| BS ISO 21940-21 | Description and evaluation of balancing machines | 平衡机描述与评价（扫描版，按公开领域知识） | 扫描版 |
| BS ISO 21940-23 | Enclosures and other protective measures for balancing machines | 平衡机防护罩与保护措施（扫描版，按公开领域知识） | 扫描版 |
| BS ISO 21940-31 | Susceptibility and sensitivity of machines to unbalance | 机器对不平衡的敏感度与灵敏度（扫描版，按公开领域知识） | 扫描版 |
| BS ISO 21940-32 | Shaft and fitment key convention | 轴与配合键约定（扫描版，按公开领域知识） | 扫描版 |
🚨 扫描版本说明：第 14、21、23、31、32 部分原始文档为扫描件，本文依据公开领域知识撰写，具体公式、图表与条款请以 BSI 官方发布版本为准。
三、关键技术要求：平衡公差与程序 🔥
第 11 部分（刚性转子）是该系列的核心。它规定了：
- 平衡质量等级：按 G 等级（如 G6.3、G2.5、G1.0、G0.4）给出的许用剩余不平衡量，由转子最高工作转速、转子质量与校正半径换算为许用不平衡量，供设计阶段选级、制造阶段验收。
- 校正平面选择：单平面（盘状转子）、双平面（长转子）与更多平面的校正策略及不平衡量的表示方法（矢量、偶不平衡等）。
- 平衡程序：包括初校、复校、残余不平衡验证等步骤，以及平衡报告应包含的信息。
第 12 部分（挠性转子）引入振型概念，规定在临界转速附近按振型逐阶平衡或在多转速下以影响系数法求解校正量，并给出相应的公差判定方法。第 13 部分面向电厂、石化等领域的中大型转子，规定现场平衡的前提条件、安全准则（如试重质量限制、转速限制、联轴器状态）与实施步骤，强调在不对中、热弯曲、支承刚度等影响因素并存时的判别方法。
✅ 平衡质量等级必须与机器类型、转速与服务工况匹配：例如一般电机转子常取 G6.3，精密磨床主轴可取 G1.0 甚至 G0.4；等级定得过严会大幅抬高制造成本，定得过松则导致轴承寿命与噪声超标。
四、平衡机与工程实践应用 🛠️
- 🔍 平衡机选型：第 21 部分规定了平衡机的描述方式、床身形式、驱动方式、不平衡量指示与测量不确定度评定，指导用户按转子质量、转速与精度要求选型与验收。
- 🔧 安全防护：第 23 部分针对平衡作业的离心风险（试重飞出、转子破裂）规定防护罩结构、泄漏防护与联锁要求，与机械安全通用标准配套使用。
- 📊 现场平衡：当转子不便运出或安装后振动超标时，按第 13 部分进行现场动平衡，通常以影响系数法在轴承处测量振动、在指定校正面加重，并同步检查对中与热态变化。
- 📋 键与半键：第 32 部分约定键槽转子平衡时按”半键”还是”全键”的假设进行，直接影响平衡结果在现场装键后的振动表现，是制造与检修交接中极易忽略的细节。
五、常见问题解答 ❓
❓ 问：BS ISO 21940-11 与旧标准 ISO 1940 是什么关系？
答：BS ISO 21940-11:2016 是 ISO 1940-1 的继承者，英国版本明确”supersedes BS ISO 1940-1:2003″。新的系列把刚性转子与挠性转子、现场平衡、平衡机等内容整合到统一的 21940 编号下。
答：BS ISO 21940-11:2016 是 ISO 1940-1 的继承者，英国版本明确”supersedes BS ISO 1940-1:2003″。新的系列把刚性转子与挠性转子、现场平衡、平衡机等内容整合到统一的 21940 编号下。
❓ 问：怎么判断转子是”刚性行为”还是”挠性行为”？
答：关键看最高工作转速与一阶临界转速的关系。若最高工作转速明显低于一阶临界转速、转子挠曲可忽略，按刚性行为处理（第 11 部分）；否则按挠性行为处理（第 12 部分）。
答：关键看最高工作转速与一阶临界转速的关系。若最高工作转速明显低于一阶临界转速、转子挠曲可忽略，按刚性行为处理（第 11 部分）；否则按挠性行为处理（第 12 部分）。
❓ 问：现场动平衡与出厂低速平衡有何区别？
答：出厂低速平衡在平衡机上按刚性转子模型进行；现场平衡则在实际机组、实际支承与热态条件下进行，能消除一部分安装因素，但应遵循第 13 部分的安全准则（试重限制、转速与联轴器状态检查）。
答：出厂低速平衡在平衡机上按刚性转子模型进行；现场平衡则在实际机组、实际支承与热态条件下进行，能消除一部分安装因素，但应遵循第 13 部分的安全准则（试重限制、转速与联轴器状态检查）。
🔍 问：半键与全键约定对结果有什么影响？
答：键槽会造成局部质量缺失。平衡时若按半键配置而现场装全键（或反之），会在键位方向出现等效不平衡量，导致运行振动超标，因此第 32 部分的约定必须在制造图纸与平衡报告中明确。
答：键槽会造成局部质量缺失。平衡时若按半键配置而现场装全键（或反之），会在键位方向出现等效不平衡量，导致运行振动超标，因此第 32 部分的约定必须在制造图纸与平衡报告中明确。
