平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測量旋轉物體(轉子)不(bu)平衡量大小和位置的(de)機(ji)器。

任何轉子在圍繞其軸線旋轉時，由于相對于軸線的質量分布不均勻而產生離心力。這種不平衡離心力作用在轉子軸承上會引起振動，產生噪聲和加速軸承磨損，以致嚴重影響產品的性能和壽命。鞍山電機轉(zhuan)(zhuan)子、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽(qi)輪機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)(zhuan)零部件(jian)在制造過程中(zhong)，都(dou)需要經過平(ping)衡才能平(ping)穩正常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據平(ping)衡(heng)機測出的(de)數據對轉子的(de)不平(ping)衡(heng)量(liang)進(jin)行(xing)校正(zheng)，可改善(shan)轉子相(xiang)對于(yu)軸線的(de)質量(liang)分布，使轉子旋(xuan)轉時產生的(de)振動(dong)或作用于(yu)軸承上的(de)振動(dong)力減少到允(yun)許(xu)的(de)范圍之內。因此，平(ping)衡(heng)機是減小(xiao)振動(dong)、改善(shan)性能(neng)和(he)提高(gao)質量(liang)的(de)必不可少的(de)設(she)備。

通(tong)常(chang)，轉子(zi)的(de)平衡(heng)包括不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)和校(xiao)正兩個(ge)步(bu)驟，平衡(heng)機(ji)主要用于不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)，而不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)的(de)校(xiao)正則往往借(jie)助于鉆床、銑床和點焊機(ji)等其他(ta)輔助設(she)備，或用手工方法完成。有些平衡(heng)機(ji)已將校(xiao)正裝(zhuang)置做成為平衡(heng)機(ji)的(de)一個(ge)部分。

重(zhong)力式平(ping)衡機和離心力式平(ping)衡機是兩類(lei)典型(xing)的平(ping)衡機。

1. 重力式平衡機(ji)一般稱為(wei)靜平衡機(ji)。

它是依賴轉子自身的(de)重力作用來測(ce)量靜不平衡的(de)。

置(zhi)于兩根水平(ping)導軌上(shang)(shang)的轉子如有(you)不平(ping)衡量，則它(ta)對軸線的重(zhong)力矩使轉子在導軌上(shang)(shang)滾動(dong)，直至(zhi)這個不平(ping)衡量處于更(geng)低位置(zhi)時(shi)才靜止(zhi)。

被平衡(heng)的(de)(de)轉子放(fang)在(zai)用(yong)靜壓(ya)軸承支(zhi)(zhi)承的(de)(de)支(zhi)(zhi)座上(shang)，在(zai)支(zhi)(zhi)座的(de)(de)下面嵌裝(zhuang)一片反射(she)(she)鏡。當轉子不(bu)存在(zai)不(bu)平衡(heng)量(liang)時，由光源射(she)(she)出的(de)(de)光束經此(ci)反射(she)(she)鏡反射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)不(bu)平衡(heng)量(liang)指示器(qi)的(de)(de)極坐(zuo)(zuo)標(biao)原(yuan)點(dian)。如果轉子存在(zai)不(bu)平衡(heng)量(liang)，則轉子支(zhi)(zhi)座在(zai)不(bu)平衡(heng)量(liang)的(de)(de)重力矩作用(yong)下發生傾斜，支(zhi)(zhi)座下的(de)(de)反射(she)(she)鏡也隨之傾斜并使反射(she)(she)出的(de)(de)光束偏轉，這樣光束投在(zai)極坐(zuo)(zuo)標(biao)指示器(qi)上(shang)的(de)(de)光點(dian)便離(li)開原(yuan)點(dian)。根據這個光點(dian)偏轉的(de)(de)坐(zuo)(zuo)標(biao)位(wei)置，可以得(de)到不(bu)平衡(heng)量(liang)的(de)(de)大(da)小和(he)位(wei)置。

重力(li)式平衡(heng)機僅適用(yong)于(yu)某些平衡(heng)要(yao)求(qiu)不高的盤狀零件。對于(yu)平衡(heng)要(yao)求(qiu)高的轉子，一般采用(yong)離心式單面(mian)或(huo)雙面(mian)平衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的(de)(de)狀(zhuang)態(tai)下，根據轉(zhuan)子不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)(de)支承振動(dong)(dong)，或作(zuo)用(yong)于支承的(de)(de)振動(dong)(dong)力來測量(liang)(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)不(bu)同，可分為(wei)單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能測量(liang)(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進行測量(liang)(liang)(liang)，但仍屬(shu)于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能測量(liang)(liang)(liang)動(dong)(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測量(liang)(liang)(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為(wei)動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心(xin)力式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)特性(xing)不同，又可分為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)(su)高(gao)于轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統固有(you)頻率的(de)稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度(du)小，傳感(gan)器檢測(ce)出的(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)振(zhen)動位移成正比。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)(su)低於轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統固有(you)頻率的(de)稱為(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度(du)大，傳感(gan)器檢測(ce)出的(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)振(zhen)動力成正比。

平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)(de)主(zhu)要(yao)性(xing)能(neng)用(yong)最(zui)小可達剩余(yu)(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)減(jian)少率(lv)兩項綜合指標表示(shi)。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機能(neng)使轉子達到的(de)(de)剩余(yu)(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最(zui)小值，它(ta)是(shi)衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)機更高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)能(neng)力的(de)(de)指標；后者是(shi)經過一次校正后所減(jian)少的(de)(de)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)與初始(shi)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)之(zhi)比，它(ta)是(shi)衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)效率(lv)的(de)(de)指標，一般用(yong)百分數表示(shi)。

在現代機械中，由于撓性轉子的廣泛應用，人們研制出了撓性轉子平衡機。這類平衡機必須在轉子工作轉速范圍內進行無級調速；除能測量支承的振動或振動力外，還能測量轉子的撓曲變形。撓性轉子平衡機有時安裝在真空防護室內，以適合汽輪機之類轉子的平衡，它配備有抽真空系統、潤滑系統、潤滑油除氣系統和數據處理用計算機系統等龐大的輔助設備。
  根據大批量生產的(de)需要，對(dui)特定的(de)轉子能自動完成平(ping)衡測量和平(ping)衡校正的(de)自動平(ping)衡機(ji)，以及平(ping)衡自動線，現代已大量的(de)裝備在汽車(che)制(zhi)造(zao)、電機(ji)制(zhi)造(zao)等工(gong)業部(bu)門。

二. 平衡機(ji)常用術語解(jie)釋

1. 不平衡量

轉子某平面上不平衡量的量值大小，不涉及不平衡的角度位置。它等于不平衡質量和其質心至轉子 軸線的乘積，不平衡量單位是gmm或者gcm，俗稱“重徑積”。
2. 不平衡相位

轉子某平面上的不平衡質量相對于給定極坐標的角度值。
3. 不平衡度

轉子單位質量的不平衡量，單位是gmm/kg。在靜不平衡時相當于轉子的質量偏心距，單位為μm。
4. 初始不平衡量

平衡前轉子上存在的不平衡量。
5. 許用不平衡量

為保證旋轉機械正常(chang)工作(zuo)所允許(xu)的轉子剩余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)量。該指標(biao)用不平(ping)衡(heng)(heng)度表示時，稱為許(xu)用不平(ping)衡(heng)(heng)度（亦稱許(xu)用不平(ping)衡(heng)(heng)率）。

6. 剩余不平衡量

平衡校正后轉子上的剩余不平衡量。
7. 校正半徑

校正平面上校正質量的質心到轉子軸線的距離，一般用mm表示。
8. 校正(zheng)平面的干擾(rao)（相(xiang)互影響）

在給定轉子某一校正面上不平衡量的變化引起另一校正平面上平衡機指示值的改變（有時稱為平面分離影響）
9. 轉子平衡品質

衡(heng)量轉子平衡(heng)優劣程度的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子(zi)平衡品質，單位mm/s。

          從G0.4-G4000分11級。
          eper－轉子允許的不平衡率gmm/kg或轉子質量偏心距μm
          ω－相應于轉子更高工作轉速的角速度＝2πn/60≈n/10，n為轉子的工作轉速r/min
10. 轉子單位質量的允許不平衡度（率）
        eper＝G×1000/n/10 

         單位(wei)：gmm/kg或μm

11. 最(zui)小可(ke)達剩余不(bu)平衡量（Umar）

最小可(ke)達剩余不平衡量（Umar）。單位是gmm。

其意義是指平衡機能使轉子達到的剩余不平衡量的最小值。是衡量平衡機更高平衡能力的性能指標。當該指標用不平衡度表示時，稱為最小可達剩余不平衡度。（單位gmm/kg）
12. 不平衡(heng)量減少率（URR）

經過一次平衡(heng)校(xiao)正所減少(shao)的不平衡(heng)量(liang)與初始不平衡(heng)量(liang)之比值。它(ta)是衡(heng)量(liang)平衡(heng)機效率的性能指標(biao)，以百分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
    ;   式中：U1－初(chu)始不平衡(heng)量            

U2－一(yi)次平衡(heng)校正后的剩余不平衡(heng)量(liang)

13. 不平衡力偶(ou)干(gan)擾比(bi)

單面(mian)平衡機抑止(zhi)不平衡力偶影響的(de)性能指標。

轉子單位質量的不平衡量，單位是gmm/kg。在靜不平衡時相當于轉子的質量偏心距，單位為μm。
14. 校驗轉子

為(wei)校驗(yan)平衡(heng)機性能而設(she)計的剛性轉(zhuan)(zhuan)子。其質(zhi)(zhi)量(liang)、大(da)小、尺寸(cun)均有規定，分立式和(he)臥(wo)式兩種。立式轉(zhuan)(zhuan)子質(zhi)(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉(zhuan)(zhuan)子質(zhi)(zhi)量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡機(ji)從原理方面可以分為硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)、軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)、半硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)。

1. 硬支(zhi)承平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉速遠(yuan)低(di)于參(can)振系(xi)統共振頻(pin)率的平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承擺(bai)架相對(dui)處(chu)于“硬”狀態(tai)，因(yin)此轉子可以在接近實際軸承條件下進行平衡(heng)校(xiao)正(zheng)。具(ju)有操(cao)作(zuo)簡(jian)便、安全性(xing)能好(hao)的特點(dian)。

2. 軟(ruan)支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速(su)大于(yu)參(can)振系統(tong)共振頻率的(de)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗時，支承(cheng)(cheng)擺架(jia)相對處于(yu)“軟(ruan)”狀態，因(yin)此(ci)轉子(zi)校(xiao)驗平(ping)衡(heng)時。支承(cheng)(cheng)條(tiao)件與實際軸承(cheng)(cheng)工(gong)作條(tiao)件不同。具有測量精度(du)高的(de)特(te)點。

3. 半硬支承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是平衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之(zhi)間的(de)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。同時具有(you)有(you)硬支承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)支承剛度(du)高(gao)的(de)特點，又有(you)軟支承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)精度(du)高(gao)的(de)優點。

平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)從應(ying)用(yong)方面分可分為立式平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和臥式平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)；專用(yong)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和通用(yong)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)子的旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)上呈水平(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或可(ke)裝(zhuang)配工藝軸(zhou)的轉(zhuan)子，如機(ji)床主軸(zhou)、滾(gun)筒、風機(ji)、增壓器、電(dian)機(ji)轉(zhuan)子、汽輪機(ji)等等。

立式平(ping)衡機(ji)(ji)是被平(ping)衡轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡機(ji)(ji)上(shang)呈(cheng)垂直狀態(tai)下的平(ping)衡機(ji)(ji)。適用(yong)于轉(zhuan)子(zi)本身不(bu)具轉(zhuan)軸的盤狀工件(jian)如離(li)合器、齒輪(lun)、風扇、壓(ya)盤及其總成、制動(dong)盤、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂、皮帶(dai)輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件(jian)。

通(tong)(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形狀和支承形式比(bi)較(jiao)規則的(de)轉子進行(xing)動平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。通(tong)(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡單，效率也較(jiao)高。

專用(yong)平衡(heng)機是能對支承形式和外觀與一般轉(zhuan)子(zi)不(bu)同的轉(zhuan)子(zi)進行平衡(heng)的平衡(heng)機，例如特(te)別針對發動(dong)機的曲軸，汽(qi)車(che)的傳動(dong)軸進行設計的平衡(heng)機。功能專一。  

四(si). 動平衡加工(gong)的方法

在平衡機的轉子進行動平衡測量后，可根據需要對轉子進行加重法和去重法的對轉子進行平衡加工：
1. 加重法

即在不平衡的相反方向配上校正重塊。常用的方式有焊接、錫焊、鉚接、擰螺釘、配加重塊等。
2. 去重法

即(ji)在不(bu)平(ping)衡方(fang)向去處一(yi)定的(de)重量。常用的(de)方(fang)式有：鏜(tang)削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨(mo)削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進(jin)性和經濟上的(de)合(he)理性，國際標準化組織(ISO)于1940年(nian)制定了世界公認的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等(deng)級，它(ta)將轉子(zi)平(ping)衡(heng)等(deng)級分為(wei)(wei)11個級別(bie)，每個級別(bie)間以2.5倍為(wei)(wei)增量，從要(yao)求更高的(de)G0.4到要(yao)求更低的(de)G4000。單位為(wei)(wei)公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不(bu)平(ping)衡(heng)對于轉子(zi)軸(zhou)心(xin)的(de)偏心(xin)距離。