平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量旋轉物(wu)體(轉子)不(bu)平衡量大小和位置的機器。

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。白山電機轉子、機床主(zhu)軸、內燃機曲軸、汽輪機轉子、陀螺轉子和(he)鐘表擺輪等旋轉零部(bu)件(jian)在制(zhi)造過程中，都需要經過平(ping)衡才能平(ping)穩正常地(di)運(yun)轉。

根據(ju)(ju)平衡(heng)機(ji)測(ce)出的(de)數據(ju)(ju)對(dui)轉(zhuan)子(zi)的(de)不平衡(heng)量(liang)進行校正(zheng)，可(ke)改善(shan)轉(zhuan)子(zi)相對(dui)于軸線的(de)質量(liang)分布(bu)，使轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)動或作(zuo)用于軸承上的(de)振(zhen)動力(li)減(jian)少到允許的(de)范圍之內(nei)。因此(ci)，平衡(heng)機(ji)是減(jian)小(xiao)振(zhen)動、改善(shan)性能和提高質量(liang)的(de)必(bi)不可(ke)少的(de)設(she)備。

通常，轉子的(de)平(ping)(ping)(ping)衡包括不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量的(de)測量和校正兩(liang)個(ge)步驟，平(ping)(ping)(ping)衡機主要(yao)用于不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量的(de)測量，而不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量的(de)校正則往(wang)(wang)往(wang)(wang)借助于鉆(zhan)床(chuang)(chuang)、銑床(chuang)(chuang)和點(dian)焊機等其(qi)他輔助設備，或用手工方法完成(cheng)。有些平(ping)(ping)(ping)衡機已將校正裝置做成(cheng)為(wei)平(ping)(ping)(ping)衡機的(de)一個(ge)部分。

重力(li)式平衡機(ji)和(he)離心力(li)式平衡機(ji)是兩類典(dian)型的平衡機(ji)。

1. 重力(li)式平衡機(ji)(ji)一般(ban)稱(cheng)為靜平衡機(ji)(ji)。

它是依賴轉子自(zi)身的(de)重力作用來測量靜(jing)不平衡的(de)。

置(zhi)于兩(liang)根水(shui)平導軌上的轉子如有(you)不(bu)平衡量(liang)，則它對軸線的重力(li)矩使(shi)轉子在導軌上滾動，直至這個(ge)不(bu)平衡量(liang)處(chu)于更低位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)放在用靜壓軸承支承的(de)(de)支座上，在支座的(de)(de)下(xia)面(mian)嵌裝一(yi)片反(fan)射(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)存在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)時，由光(guang)源(yuan)射(she)(she)出的(de)(de)光(guang)束經此反(fan)射(she)(she)鏡(jing)反(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)指示器的(de)(de)極坐標原點。如果轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)存在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)支座在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)重力矩作(zuo)用下(xia)發生(sheng)傾斜，支座下(xia)的(de)(de)反(fan)射(she)(she)鏡(jing)也隨(sui)之(zhi)傾斜并使反(fan)射(she)(she)出的(de)(de)光(guang)束偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)，這樣光(guang)束投在極坐標指示器上的(de)(de)光(guang)點便(bian)離開原點。根據這個光(guang)點偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)(de)坐標位置，可以得到(dao)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)大小和位置。

重力(li)式平(ping)(ping)衡機僅適用于(yu)某些平(ping)(ping)衡要求(qiu)不(bu)高的盤狀(zhuang)零件。對于(yu)平(ping)(ping)衡要求(qiu)高的轉子，一般(ban)采(cai)用離心式單面或雙面平(ping)(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)(de)狀態下，根(gen)據轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引(yin)起的(de)(de)支(zhi)承振動，或作用于支(zhi)承的(de)(de)振動力來(lai)測量(liang)(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同，可分為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)(neng)測量(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然是在轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時進行測量(liang)(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)(neng)測量(liang)(liang)動不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)(neng)分別測量(liang)(liang)靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱(cheng)為動平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分(fen)為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻率(lv)的稱(cheng)為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的支(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)(gang)度小，傳感(gan)器(qi)檢測出的信(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)的振(zhen)動位移成(cheng)正比。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻率(lv)的稱(cheng)為硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的支(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)(gang)度大，傳感(gan)器(qi)檢測出的信(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)的振(zhen)動力成(cheng)正比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)主要性能(neng)用最小可達剩余不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)減少率兩項綜合指標(biao)表(biao)示(shi)。前(qian)者是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)使(shi)轉子(zi)達到的(de)剩余不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)最小值，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的(de)指標(biao)；后(hou)者是經過一(yi)次校(xiao)正后(hou)所減少的(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)與初始(shi)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效(xiao)率的(de)指標(biao)，一(yi)般(ban)用百(bai)分數表(biao)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(da)批量生產的(de)需要，對特定(ding)的(de)轉(zhuan)子能自動(dong)(dong)完成平(ping)衡(heng)測量和平(ping)衡(heng)校(xiao)正的(de)自動(dong)(dong)平(ping)衡(heng)機，以及(ji)平(ping)衡(heng)自動(dong)(dong)線，現代已大(da)量的(de)裝備在汽車(che)制(zhi)造、電(dian)機制(zhi)造等工業部(bu)門。

二. 平(ping)衡機常(chang)用(yong)術(shu)語解釋

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(xuan)轉機(ji)械(xie)正(zheng)常(chang)工作所(suo)允許(xu)(xu)(xu)的轉子剩余不(bu)平(ping)衡(heng)量。該指標用(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)度表(biao)示時(shi)，稱為許(xu)(xu)(xu)用(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)度（亦稱許(xu)(xu)(xu)用(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)率(lv)）。

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(xiao)正平面的干擾（相互影響）

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

衡量轉子平衡優(you)劣程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式(shi)中：G－轉子平衡品質，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(huo)μm

11. 最小可(ke)達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余(yu)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. 不平衡量減少(shao)率(lv)（URR）

經過一次平(ping)(ping)衡(heng)校正(zheng)所減(jian)少的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量與初始(shi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量之比值。它是(shi)衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)機效率的(de)性(xing)能指標，以百分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初始不(bu)平衡量            

U2－一(yi)次平衡校(xiao)正(zheng)后的剩(sheng)余(yu)不平衡量

13. 不平衡力(li)偶干擾比

單面平衡機抑(yi)止(zhi)不平衡力偶影響(xiang)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)校驗平衡機性(xing)能而(er)設(she)計的剛(gang)性(xing)轉(zhuan)子。其質(zhi)量(liang)、大小(xiao)、尺寸均有(you)規定(ding)，分(fen)立式(shi)(shi)和臥式(shi)(shi)兩種。立式(shi)(shi)轉(zhuan)子質(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)轉(zhuan)子質(zhi)量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機從原理方(fang)面可(ke)以(yi)分為硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機、軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)機、半(ban)硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機。

1. 硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支(zhi)承擺架相對處于(yu)“硬(ying)”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子可以在接(jie)近實際(ji)軸承條件下(xia)進行平(ping)衡(heng)校正。具有操作簡便、安全性能(neng)好的特點(dian)。

2. 軟(ruan)支承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速大(da)于(yu)參振系統共振頻率(lv)的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支承(cheng)擺架相對處于(yu)“軟(ruan)”狀態，因此轉(zhuan)子校驗平(ping)衡(heng)時(shi)。支承(cheng)條件與(yu)實際軸承(cheng)工(gong)作(zuo)條件不同。具有測量精度高的特點。

3. 半(ban)硬支承(cheng)平衡(heng)機(ji)(ji)是平衡(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍參(can)振系統共振頻率之間(jian)的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)。同時具有有硬支承(cheng)平衡(heng)機(ji)(ji)支承(cheng)剛度高的(de)特點(dian)，又有軟支承(cheng)平衡(heng)機(ji)(ji)精度高的(de)優點(dian)。

平(ping)衡機(ji)(ji)從應用(yong)方面分(fen)(fen)可分(fen)(fen)為(wei)立式(shi)平(ping)衡機(ji)(ji)和臥式(shi)平(ping)衡機(ji)(ji)；專用(yong)平(ping)衡機(ji)(ji)和通用(yong)平(ping)衡機(ji)(ji)。

臥式平衡(heng)機(ji)是被(bei)平衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在平衡(heng)機(ji)上呈水平狀(zhuang)態的(de)(de)平衡(heng)機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或可(ke)裝配工藝軸(zhou)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風(feng)機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式(shi)平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)是被(bei)平(ping)衡轉(zhuan)子的(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)上呈垂直狀態(tai)下(xia)的(de)平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)。適用于轉(zhuan)子本身不(bu)具轉(zhuan)軸(zhou)的(de)盤(pan)狀工件(jian)如離合器(qi)、齒輪、風扇、壓盤(pan)及其總(zong)成、制動(dong)盤(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪、汽車(che)飛輪、剎車(che)轂、皮帶輪、砂輪等(deng)盤(pan)類零(ling)件(jian)。

通(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形狀和支承形式比較(jiao)規則(ze)的(de)轉子進行動(dong)平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。通(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡單，效(xiao)率(lv)也較(jiao)高(gao)。

專用平(ping)衡(heng)(heng)機是能(neng)對支承(cheng)形式和外觀與一般轉(zhuan)子(zi)不同的(de)轉(zhuan)子(zi)進(jin)行(xing)平(ping)衡(heng)(heng)的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機，例(li)如特別針(zhen)對發(fa)動(dong)機的(de)曲軸(zhou)，汽車(che)的(de)傳動(dong)軸(zhou)進(jin)行(xing)設計的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。功(gong)能(neng)專一。  

四. 動(dong)平衡加工的方法

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(zai)不平(ping)衡方向(xiang)去(qu)處一定的(de)(de)重量(liang)。常用的(de)(de)方式(shi)有(you)：鏜(tang)削(xue)、鉆(zhan)孔(kong)、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到技術(shu)的(de)(de)先進性和經濟上的(de)(de)合理(li)性，國際標準化組(zu)織(ISO)于(yu)1940年制定(ding)了世界公(gong)認的(de)(de)ISO1940平衡等級(ji)，它將轉(zhuan)(zhuan)子(zi)平衡等級(ji)分(fen)為(wei)11個級(ji)別，每個級(ji)別間以2.5倍為(wei)增(zeng)量，從(cong)要(yao)求(qiu)更高的(de)(de)G0.4到要(yao)求(qiu)更低的(de)(de)G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸心的(de)(de)偏心距離。