平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不(bu)平衡(heng)量大小和位(wei)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。巴南電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、機床主(zhu)軸、內燃(ran)機曲軸、汽輪機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子(zi)和鐘表擺(bai)輪等(deng)旋轉(zhuan)(zhuan)零部(bu)件在制(zhi)造過程中，都(dou)需要經過平衡才(cai)能(neng)平穩(wen)正常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據(ju)(ju)平(ping)衡機(ji)(ji)測出的(de)數(shu)據(ju)(ju)對轉子的(de)不平(ping)衡量進行校正，可(ke)改善轉子相(xiang)對于軸(zhou)線(xian)的(de)質(zhi)量分布，使(shi)轉子旋轉時產生的(de)振(zhen)動或作用于軸(zhou)承上的(de)振(zhen)動力減少(shao)到(dao)允許(xu)的(de)范圍之內。因此，平(ping)衡機(ji)(ji)是減小(xiao)振(zhen)動、改善性能和提高(gao)質(zhi)量的(de)必不可(ke)少(shao)的(de)設備。

通常，轉子的(de)平衡(heng)(heng)包括不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)(liang)和校正(zheng)(zheng)兩(liang)個(ge)步驟(zou)，平衡(heng)(heng)機(ji)主(zhu)要用于(yu)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)(liang)，而不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)校正(zheng)(zheng)則往往借助(zhu)于(yu)鉆床(chuang)、銑床(chuang)和點(dian)焊(han)機(ji)等其他(ta)輔助(zhu)設備，或(huo)用手工(gong)方法完(wan)成(cheng)。有些(xie)平衡(heng)(heng)機(ji)已將校正(zheng)(zheng)裝置做成(cheng)為平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)一個(ge)部分。

重力式(shi)平衡(heng)機(ji)和(he)離(li)心力式(shi)平衡(heng)機(ji)是兩類典型的平衡(heng)機(ji)。

1. 重力式平(ping)衡機一(yi)般稱為(wei)靜平(ping)衡機。

它是依賴轉(zhuan)子自身的重(zhong)力作(zuo)用來(lai)測量靜不平衡的。

置于兩根水平導軌上的轉子如有不平衡量，則(ze)它(ta)對軸線的重力矩使(shi)轉子在導軌上滾(gun)動，直至這個不平衡量處于更低位置時才(cai)靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)放在(zai)用(yong)靜壓軸承(cheng)支承(cheng)的(de)支座上，在(zai)支座的(de)下(xia)(xia)面嵌(qian)裝(zhuang)一片反(fan)射(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)(bu)存在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量時，由光源(yuan)射(she)出(chu)的(de)光束經(jing)此反(fan)射(she)鏡(jing)反(fan)射(she)后，投射(she)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量指示器的(de)極(ji)坐(zuo)標原點(dian)。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)存在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支座在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)重力(li)矩作用(yong)下(xia)(xia)發生傾(qing)斜(xie)，支座下(xia)(xia)的(de)反(fan)射(she)鏡(jing)也隨之傾(qing)斜(xie)并使反(fan)射(she)出(chu)的(de)光束偏轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)樣光束投在(zai)極(ji)坐(zuo)標指示器上的(de)光點(dian)便離開原點(dian)。根據這(zhe)個光點(dian)偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)坐(zuo)標位(wei)置，可以得到不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)大小和位(wei)置。

重力(li)式平(ping)衡(heng)(heng)機僅適用于某些平(ping)衡(heng)(heng)要求不高(gao)的(de)盤狀零件。對于平(ping)衡(heng)(heng)要求高(gao)的(de)轉子，一般(ban)采用離心式單面或雙面平(ping)衡(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)(shi)在(zai)轉子旋轉的(de)(de)狀(zhuang)態(tai)下，根據轉子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的(de)(de)支(zhi)承(cheng)振動，或作用于(yu)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動力來測(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校(xiao)正(zheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面數(shu)量(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)同，可(ke)分為單面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和(he)雙面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。單面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機只(zhi)能(neng)測(ce)量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面上的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它(ta)雖然是(shi)(shi)在(zai)轉子旋轉時進行測(ce)量(liang)，但仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。雙面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)測(ce)量(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能(neng)分別測(ce)量(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱為動平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

離心(xin)力(li)式平(ping)衡(heng)(heng)機按支(zhi)承特(te)性不同，又可(ke)分為軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機和硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)高(gao)于轉(zhuan)子一支(zhi)承系統(tong)(tong)固有頻(pin)率的(de)(de)稱為軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機。這種平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)承剛度小，傳感器檢(jian)測(ce)出的(de)(de)信號與支(zhi)承的(de)(de)振動位(wei)移成正(zheng)(zheng)比。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子一支(zhi)承系統(tong)(tong)固有頻(pin)率的(de)(de)稱為硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機，這種平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)承剛度大，傳感器檢(jian)測(ce)出的(de)(de)信號與支(zhi)承的(de)(de)振動力(li)成正(zheng)(zheng)比。

平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)主要性能(neng)用最小可達剩余不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)減少率(lv)(lv)兩項(xiang)綜合(he)指(zhi)標(biao)表(biao)示(shi)。前者是平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能(neng)使轉子達到(dao)的(de)剩余不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)最小值，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)力的(de)指(zhi)標(biao)；后者是經(jing)過(guo)一次校(xiao)正后所減少的(de)不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)與初(chu)始不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)效率(lv)(lv)的(de)指(zhi)標(biao)，一般用百(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(ju)大批量(liang)(liang)生(sheng)產的需要，對特定的轉子能自動完成平(ping)衡測量(liang)(liang)和平(ping)衡校正(zheng)的自動平(ping)衡機，以(yi)及平(ping)衡自動線，現代(dai)已(yi)大量(liang)(liang)的裝備在(zai)汽車制造、電機制造等工業部門。

二(er). 平衡機常(chang)用術語(yu)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(wei)保證(zheng)旋(xuan)轉機械(xie)正常(chang)工作所(suo)允(yun)許(xu)的轉子(zi)剩余不平(ping)(ping)衡(heng)量。該指標用(yong)不平(ping)(ping)衡(heng)度表示時(shi)，稱為(wei)許(xu)用(yong)不平(ping)(ping)衡(heng)度（亦稱許(xu)用(yong)不平(ping)(ping)衡(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(xiao)正平(ping)面的干擾（相互影響(xiang)）

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(liang)轉子平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平衡品(pin)質，單(dan)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(dan)位：gmm/kg或(huo)μm

11. 最小可(ke)達剩余不平(ping)衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余(yu)不(bu)平衡量（Umar）。單位(wei)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（URR）

經過一次平衡校正所減少的不(bu)平衡量與初始不(bu)平衡量之比(bi)值(zhi)。它是衡量平衡機效率的性能(neng)指(zhi)標，以百(bai)分數(shu)表示：

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

U2－一次平衡(heng)校正后的剩余不平衡(heng)量

13. 不平衡力(li)偶(ou)干擾比

單面平衡機抑止(zhi)不平衡力(li)偶影(ying)響的(de)性能指標(biao)。

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)校驗平衡機性能而設計的(de)剛(gang)性轉子(zi)。其質(zhi)(zhi)量(liang)、大小、尺寸均(jun)有規定，分立(li)式和臥式兩種(zhong)。立(li)式轉子(zi)質(zhi)(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子(zi)質(zhi)(zhi)量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機(ji)(ji)從原理(li)方(fang)面可以分為硬支承平衡機(ji)(ji)、軟支承平衡機(ji)(ji)、半硬支承平衡機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承平衡機是平衡轉速(su)遠(yuan)低(di)于參(can)振系統共(gong)振頻率的(de)平衡機。平衡校(xiao)驗時，支(zhi)承擺(bai)架相對(dui)處于“硬(ying)”狀態，因(yin)此轉子(zi)可以(yi)在接近實際(ji)軸承條件下進(jin)行(xing)平衡校(xiao)正(zheng)。具有操作(zuo)簡便、安全性能好的(de)特點。

2. 軟支承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速(su)大于參振系統(tong)共振頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗時，支承擺架(jia)相(xiang)對處(chu)于“軟”狀態，因(yin)此轉子校(xiao)驗平(ping)衡(heng)時。支承條(tiao)件與(yu)實際軸承工作(zuo)條(tiao)件不同。具有測量精度高的特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是平衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。同時具有有硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)高的特點(dian)(dian)，又有軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)精(jing)度(du)高的優點(dian)(dian)。

平衡(heng)機(ji)從(cong)應用(yong)方面分(fen)(fen)可(ke)分(fen)(fen)為(wei)立式平衡(heng)機(ji)和臥式平衡(heng)機(ji)；專用(yong)平衡(heng)機(ji)和通用(yong)平衡(heng)機(ji)。

臥式(shi)平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)是被平(ping)衡轉(zhuan)子的旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在(zai)平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。適用(yong)于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)(zhou)的轉(zhuan)子，如機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)主軸(zhou)(zhou)、滾筒(tong)、風(feng)機(ji)(ji)(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)(ji)(ji)等等。

立式平(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的(de)旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機(ji)上呈垂直狀態下(xia)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。適用于轉(zhuan)子(zi)本身不具轉(zhuan)軸的(de)盤(pan)狀工(gong)件如離合(he)器、齒輪、風(feng)扇、壓盤(pan)及其總成、制(zhi)動盤(pan)、風(feng)葉、水(shui)泵葉輪、汽車飛輪、剎車轂、皮(pi)帶輪、砂輪等(deng)盤(pan)類(lei)零(ling)件。

通用平(ping)(ping)衡(heng)機是指(zhi)能對(dui)形狀和支承形式比(bi)較(jiao)規(gui)則(ze)的轉子進行動平(ping)(ping)衡(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)機。通用平(ping)(ping)衡(heng)機操作(zuo)簡單，效率也較(jiao)高。

專用平衡機是(shi)能對(dui)支承形式(shi)和(he)外觀與(yu)一(yi)般轉子不同的(de)(de)轉子進行平衡的(de)(de)平衡機，例如特別針對(dui)發動機的(de)(de)曲軸(zhou)，汽車(che)的(de)(de)傳動軸(zhou)進行設計的(de)(de)平衡機。功能專一(yi)。  

四. 動平衡(heng)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)在不平衡(heng)方(fang)向(xiang)去處一定的重量(liang)。常(chang)用的方(fang)式有(you)：鏜削、鉆孔(kong)、鑿削、銑削、磨削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進性和經濟上(shang)的(de)合理性，國際(ji)標準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界公(gong)認的(de)ISO1940平衡(heng)等級，它將(jiang)轉子平衡(heng)等級分為11個級別，每個級別間以2.5倍為增量，從要(yao)求(qiu)更(geng)高(gao)的(de)G0.4到要(yao)求(qiu)更(geng)低的(de)G4000。單(dan)位為公(gong)克×毫米(mi)/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不(bu)平衡(heng)對于(yu)轉子軸心(xin)的(de)偏(pian)心(xin)距離。