平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測量旋轉物體(轉子)不平衡(heng)量大小(xiao)和位置的機器(qi)。

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。寶坻電機轉(zhuan)子、機(ji)(ji)床主軸(zhou)、內(nei)燃機(ji)(ji)曲軸(zhou)、汽輪機(ji)(ji)轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部件在制(zhi)造過(guo)程中，都需(xu)要經(jing)過(guo)平衡(heng)才能平穩正常(chang)地運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡(heng)機測出的(de)(de)數據(ju)對轉子的(de)(de)不平(ping)衡(heng)量進行校正(zheng)，可改善轉子相對于軸線的(de)(de)質(zhi)量分布，使轉子旋轉時產生的(de)(de)振(zhen)動(dong)或(huo)作用于軸承上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力減少(shao)(shao)到允許的(de)(de)范(fan)圍之內(nei)。因此，平(ping)衡(heng)機是減小振(zhen)動(dong)、改善性(xing)能和提高質(zhi)量的(de)(de)必不可少(shao)(shao)的(de)(de)設(she)備。

通常(chang)，轉子的(de)平衡(heng)包括不(bu)平衡(heng)量的(de)測量和校正(zheng)兩個步驟，平衡(heng)機主要用于不(bu)平衡(heng)量的(de)測量，而不(bu)平衡(heng)量的(de)校正(zheng)則往(wang)往(wang)借助于鉆床、銑(xian)床和點焊機等其他(ta)輔助設備，或用手工方法完(wan)成。有些平衡(heng)機已將校正(zheng)裝置做成為(wei)平衡(heng)機的(de)一個部分(fen)。

重力(li)式平(ping)衡(heng)機(ji)和離心力(li)式平(ping)衡(heng)機(ji)是兩類典型的平(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重力式平衡機(ji)一般稱(cheng)為靜(jing)平衡機(ji)。

它是(shi)依賴轉子自(zi)身的重力作用來測(ce)量靜(jing)不平衡的。

置(zhi)于兩根水平(ping)導(dao)軌上的(de)轉子(zi)如有(you)不(bu)平(ping)衡(heng)量，則它對軸線(xian)的(de)重力(li)矩(ju)使轉子(zi)在導(dao)軌上滾(gun)動，直至這個(ge)不(bu)平(ping)衡(heng)量處(chu)于更(geng)低(di)位(wei)置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放在(zai)用(yong)靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座上，在(zai)支(zhi)座的(de)下面嵌(qian)裝一片(pian)反(fan)射(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)(bu)存(cun)(cun)在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡量時，由光(guang)(guang)(guang)源射(she)出的(de)光(guang)(guang)(guang)束經此反(fan)射(she)鏡(jing)反(fan)射(she)后(hou)，投射(she)在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡量指示(shi)器的(de)極坐(zuo)標(biao)原(yuan)點。如果轉(zhuan)子(zi)(zi)存(cun)(cun)在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡量，則轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)座在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡量的(de)重力矩作用(yong)下發生(sheng)傾斜，支(zhi)座下的(de)反(fan)射(she)鏡(jing)也(ye)隨之傾斜并使反(fan)射(she)出的(de)光(guang)(guang)(guang)束偏(pian)轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)(guang)束投在(zai)極坐(zuo)標(biao)指示(shi)器上的(de)光(guang)(guang)(guang)點便離開原(yuan)點。根(gen)據這個光(guang)(guang)(guang)點偏(pian)轉(zhuan)的(de)坐(zuo)標(biao)位(wei)置，可以(yi)得到不(bu)(bu)平(ping)衡量的(de)大小和(he)位(wei)置。

重力式平衡(heng)(heng)機僅適用于某些平衡(heng)(heng)要(yao)求不高的盤狀零件。對于平衡(heng)(heng)要(yao)求高的轉子，一般采用離心(xin)式單面或雙面平衡(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式(shi)平衡(heng)機是在轉子旋轉的狀(zhuang)態下(xia)，根據轉子不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)引起的支承(cheng)振(zhen)動，或作用(yong)于支承(cheng)的振(zhen)動力來測(ce)量不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)。其按校正平面(mian)(mian)(mian)數量的不(bu)(bu)(bu)同，可(ke)分為單面(mian)(mian)(mian)平衡(heng)機和雙(shuang)面(mian)(mian)(mian)平衡(heng)機。單面(mian)(mian)(mian)平衡(heng)機只能測(ce)量一(yi)個平面(mian)(mian)(mian)上的不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(靜不(bu)(bu)(bu)平衡(heng))，它(ta)雖然是在轉子旋轉時進行測(ce)量，但仍(reng)屬于靜平衡(heng)機。雙(shuang)面(mian)(mian)(mian)平衡(heng)機能測(ce)量動不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)，也能分別測(ce)量靜不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)和偶不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)，一(yi)般稱(cheng)為動平衡(heng)機。

離心(xin)力(li)(li)式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性(xing)不同，又可分為軟(ruan)(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固(gu)有(you)(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)稱(cheng)為軟(ruan)(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。這種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度(du)小(xiao)，傳感(gan)器檢測出的(de)(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動位(wei)移成(cheng)正比。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固(gu)有(you)(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)稱(cheng)為硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機，這種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度(du)大，傳感(gan)器檢測出的(de)(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動力(li)(li)成(cheng)正比。

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的主要性(xing)能用最小可達剩余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)，和不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)減少(shao)率兩項(xiang)綜合指標表(biao)示(shi)。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)能使轉(zhuan)子達到的剩余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的最小值，它(ta)是衡(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)能力的指標；后者(zhe)是經(jing)過一次校正后所(suo)減少(shao)的不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)與初始不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)效率的指標，一般用百分(fen)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。
  根據大批量生產的(de)(de)需要，對特定(ding)的(de)(de)轉子(zi)能自(zi)動完成平衡測量和平衡校(xiao)正(zheng)的(de)(de)自(zi)動平衡機(ji)，以(yi)及(ji)平衡自(zi)動線，現(xian)代已大量的(de)(de)裝(zhuang)備在汽車制造、電機(ji)制造等工業部門。

二(er). 平衡機(ji)常用術語解釋

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

為保證旋轉機械正常(chang)工作所允許的轉子剩余不平(ping)衡量。該指標用不平(ping)衡度(du)表(biao)示時，稱為許用不平(ping)衡度(du)（亦稱許用不平(ping)衡率）。

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. 校正平面的(de)干擾（相互影(ying)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

衡量轉子平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：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μm

11. 最小(xiao)可(ke)達剩余不平衡量（Umar）

最小(xiao)可(ke)達(da)剩(sheng)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(bu)平衡量減少率（URR）

經過一次平(ping)衡校正所減(jian)少的不平(ping)衡量(liang)與初始不平(ping)衡量(liang)之(zhi)比值。它是衡量(liang)平(ping)衡機效率的性能指標，以百(bai)分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初始(shi)不平(ping)衡量     ;       

U2－一次(ci)平(ping)衡校(xiao)正后的剩余不平(ping)衡量(liang)

13. 不(bu)平衡(heng)力偶干(gan)擾(rao)比

單(dan)面平衡(heng)機抑止不平衡(heng)力(li)偶(ou)影響的(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(xiao)驗平衡機性能(neng)而設計的剛性轉(zhuan)子。其(qi)質量、大小、尺(chi)寸均有規定，分(fen)立式(shi)和臥式(shi)兩(liang)種。立式(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡機從原理方(fang)面可以(yi)分為(wei)硬支承平(ping)衡機、軟支承平(ping)衡機、半硬支承平(ping)衡機。

1. 硬(ying)支承(cheng)(cheng)平(ping)衡機是平(ping)衡轉速遠低于(yu)(yu)參(can)振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率(lv)的平(ping)衡機。平(ping)衡校(xiao)驗(yan)時(shi)，支承(cheng)(cheng)擺架相對處于(yu)(yu)“硬(ying)”狀態，因(yin)此轉子(zi)可以在接(jie)近(jin)實際軸承(cheng)(cheng)條件(jian)下進(jin)行平(ping)衡校(xiao)正。具有操作簡(jian)便、安全(quan)性(xing)能好的特點。

2. 軟支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速大于參(can)振系統(tong)共振頻率的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗時，支承(cheng)(cheng)擺架相對(dui)處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校(xiao)驗平(ping)(ping)衡(heng)(heng)時。支承(cheng)(cheng)條件與實際(ji)軸承(cheng)(cheng)工作條件不同。具有測(ce)量精度高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機是平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參(can)振系(xi)統(tong)共振頻率之間的平衡(heng)機。同(tong)時具有有硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機支(zhi)(zhi)承剛度高的特點，又有軟支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機精度高的優點。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)從應用(yong)方面分可(ke)分為立(li)式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和臥式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)；專用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和通用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。

臥式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)轉子(zi)的(de)旋轉軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)上呈水平(ping)狀態(tai)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。適(shi)用于有轉軸(zhou)或可裝配工(gong)藝軸(zhou)的(de)轉子(zi)，如機(ji)(ji)(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾(gun)筒、風機(ji)(ji)(ji)(ji)、增壓器、電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)轉子(zi)、汽輪機(ji)(ji)(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)被平衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)上呈垂直狀態下的(de)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。適用(yong)于轉(zhuan)(zhuan)子本身(shen)不(bu)具轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)的(de)盤狀工件如離合器、齒輪、風(feng)扇(shan)、壓盤及(ji)其總(zong)成、制動盤、風(feng)葉、水泵葉輪、汽車(che)飛(fei)輪、剎車(che)轂、皮帶輪、砂輪等盤類零(ling)件。

通用(yong)平(ping)衡(heng)機是指能對形狀和支承形式比較規則(ze)的轉(zhuan)子進行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機。通用(yong)平(ping)衡(heng)機操作(zuo)簡單，效率(lv)也(ye)較高。

專(zhuan)(zhuan)用平(ping)衡(heng)機是能對支承形式和外觀與(yu)一般(ban)轉子(zi)不同的轉子(zi)進(jin)行平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機，例如特別(bie)針(zhen)對發(fa)動機的曲(qu)軸(zhou)，汽車的傳動軸(zhou)進(jin)行設計的平(ping)衡(heng)機。功(gong)能專(zhuan)(zhuan)一。  

四. 動平衡加工的方法

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

即在不平衡方向去處(chu)一定的(de)(de)重量。常(chang)用的(de)(de)方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑(xian)削(xue)、磨(mo)削(xue)等(deng)。  ;

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技(ji)術(shu)的(de)先進性和經(jing)濟(ji)上的(de)合理(li)性，國際標準化(hua)組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界(jie)公認的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)(heng)等(deng)級(ji)(ji)，它(ta)將(jiang)轉(zhuan)子平(ping)衡(heng)(heng)等(deng)級(ji)(ji)分為11個(ge)級(ji)(ji)別，每個(ge)級(ji)(ji)別間(jian)以(yi)2.5倍為增量，從要求(qiu)更(geng)(geng)高的(de)G0.4到(dao)要求(qiu)更(geng)(geng)低的(de)G4000。單位(wei)為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表(biao)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)對于(yu)轉(zhuan)子軸心(xin)的(de)偏心(xin)距離。