平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機(ji)是(shi)測量旋轉物體(ti)(轉子)不(bu)平(ping)衡量大小和位置的機(ji)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。寶山電機轉子、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪機轉子、陀螺轉子和鐘表擺輪等旋轉零部件(jian)在制造(zao)過程中，都(dou)需要經過平衡才能(neng)平穩正常地(di)運(yun)轉。

根據平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)測出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量進行校正(zheng)，可(ke)改(gai)善(shan)(shan)轉(zhuan)(zhuan)子相(xiang)對(dui)于軸線的(de)質(zhi)量分(fen)布，使(shi)轉(zhuan)(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)振動(dong)或作用于軸承(cheng)上的(de)振動(dong)力減(jian)少到允許的(de)范圍(wei)之(zhi)內(nei)。因此，平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是減(jian)小振動(dong)、改(gai)善(shan)(shan)性能(neng)和提(ti)高質(zhi)量的(de)必不(bu)可(ke)少的(de)設備(bei)。

通常(chang)，轉子的平(ping)衡(heng)包括不平(ping)衡(heng)量(liang)的測(ce)量(liang)和(he)校(xiao)正(zheng)兩個(ge)(ge)步驟，平(ping)衡(heng)機主要(yao)用(yong)于不平(ping)衡(heng)量(liang)的測(ce)量(liang)，而不平(ping)衡(heng)量(liang)的校(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借助于鉆床(chuang)、銑床(chuang)和(he)點焊機等(deng)其他輔助設備，或(huo)用(yong)手工方法(fa)完成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)機已(yi)將校(xiao)正(zheng)裝(zhuang)置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)機的一個(ge)(ge)部(bu)分。

重力(li)式平衡機(ji)和離心力(li)式平衡機(ji)是兩類典型的平衡機(ji)。

1. 重力式平衡(heng)(heng)機(ji)一般稱為靜平衡(heng)(heng)機(ji)。

它(ta)是依賴轉子自身(shen)的(de)重力作用來測量靜不平衡的(de)。

置(zhi)于兩(liang)根(gen)水平導(dao)軌上(shang)的轉子如(ru)有不平衡(heng)量，則(ze)它對軸(zhou)線的重力矩(ju)使轉子在導(dao)軌上(shang)滾動，直至這(zhe)個不平衡(heng)量處于更(geng)低位(wei)置(zhi)時才(cai)靜(jing)止(zhi)。

被平(ping)(ping)衡的(de)轉(zhuan)子放(fang)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)用靜壓(ya)軸(zhou)承支(zhi)(zhi)承的(de)支(zhi)(zhi)座上(shang)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)支(zhi)(zhi)座的(de)下面嵌裝一片反(fan)(fan)射(she)(she)鏡。當轉(zhuan)子不(bu)存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)經此反(fan)(fan)射(she)(she)鏡反(fan)(fan)射(she)(she)后(hou)，投(tou)射(she)(she)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)指(zhi)示(shi)器的(de)極坐標(biao)原(yuan)點。如果轉(zhuan)子存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)，則轉(zhuan)子支(zhi)(zhi)座在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)重力矩作用下發(fa)生傾斜，支(zhi)(zhi)座下的(de)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡也(ye)隨之傾斜并使反(fan)(fan)射(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束(shu)投(tou)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)極坐標(biao)指(zhi)示(shi)器上(shang)的(de)光(guang)點便離開原(yuan)點。根據這(zhe)個光(guang)點偏轉(zhuan)的(de)坐標(biao)位(wei)(wei)置，可以得到不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)大小(xiao)和(he)位(wei)(wei)置。

重力式平(ping)衡(heng)機僅適用于某些平(ping)衡(heng)要(yao)求不高的盤狀零(ling)件。對(dui)于平(ping)衡(heng)要(yao)求高的轉子(zi)，一(yi)般采用離心式單面(mian)或雙面(mian)平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)(ping)(ping)衡機是在(zai)轉子(zi)旋(xuan)轉的(de)狀態下，根據轉子(zi)不平(ping)(ping)(ping)衡引起(qi)的(de)支承振(zhen)動(dong)(dong)，或作用于(yu)支承的(de)振(zhen)動(dong)(dong)力來測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)不平(ping)(ping)(ping)衡。其按(an)校(xiao)正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的(de)不同，可分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡機和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡機。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡機只能(neng)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡(靜不平(ping)(ping)(ping)衡)，它(ta)雖然是在(zai)轉子(zi)旋(xuan)轉時進(jin)行測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)，但仍(reng)屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)衡機。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡機能(neng)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)動(dong)(dong)不平(ping)(ping)(ping)衡，也能(neng)分別測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)靜不平(ping)(ping)(ping)衡和(he)偶不平(ping)(ping)(ping)衡，一般稱(cheng)為動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)衡機。

離(li)心力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同(tong)，又可分為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速高于(yu)轉子一支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)稱為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)小，傳感(gan)器檢(jian)測出的(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動位移成(cheng)正比。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速低(di)於轉子一支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)稱為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)大，傳感(gan)器檢(jian)測出的(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動力成(cheng)正比。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)主要性能(neng)用(yong)最小可達剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)減少(shao)率(lv)兩項(xiang)綜合指標表(biao)示。前者是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能(neng)使轉子達到的(de)(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)最小值，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)指標；后(hou)者是(shi)經過一次校正后(hou)所減少(shao)的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始(shi)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)效(xiao)率(lv)的(de)(de)指標，一般(ban)用(yong)百分(fen)數表(biao)示。

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(liang)(liang)生產的需要，對特定的轉(zhuan)子能自動完成平衡(heng)(heng)測量(liang)(liang)和平衡(heng)(heng)校正的自動平衡(heng)(heng)機(ji)，以(yi)及平衡(heng)(heng)自動線(xian)，現(xian)代已大量(liang)(liang)的裝備(bei)在汽車制(zhi)造、電機(ji)制(zhi)造等工業部門。

二(er). 平衡機常(chang)用術語(yu)解釋(shi)

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)轉機械正常(chang)工作所允許(xu)的轉子剩(sheng)余不(bu)(bu)平衡量。該指(zhi)標用不(bu)(bu)平衡度表示時，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)(bu)平衡度（亦(yi)稱(cheng)許(xu)用不(bu)(bu)平衡率）。

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. 校正平面的干擾(rao)（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

衡量轉子平衡優劣(lie)程度的指標(biao)。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉(zhuan)子平衡品質(zhi)，單位(wei)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：gmm/kg或(huo)μm

11. 最小可達(da)剩余(yu)不(bu)平(ping)衡量(liang)（Umar）

最(zui)小可(ke)達剩余不平衡(heng)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)衡(heng)(heng)校正所減(jian)少的不平(ping)衡(heng)(heng)量與初始(shi)不平(ping)衡(heng)(heng)量之比(bi)值。它是衡(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)機效率的性(xing)能指(zhi)標，以百分數表示(shi)：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式(shi)中：U1－初始(shi)不(bu)平衡量(liang)            

U2－一次平衡校正后(hou)的剩余不平衡量

13. 不平衡(heng)力偶干擾比

單面平衡機抑(yi)止不平衡力偶影響的性能指標。

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

為校驗平衡(heng)機性能而設(she)計的剛(gang)性轉(zhuan)子。其質量(liang)、大小、尺寸均有(you)規定(ding)，分立式(shi)和臥式(shi)兩種(zhong)。立式(shi)轉(zhuan)子質量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子質量(liang)為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支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)、軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)、半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)。

1. 硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)參振系統共振頻(pin)率的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)校(xiao)(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)擺架相對處于(yu)“硬”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際(ji)軸承(cheng)條件下(xia)進(jin)行平(ping)衡(heng)校(xiao)(xiao)正(zheng)。具(ju)有(you)操(cao)作簡便、安全性能好(hao)的(de)特點。

2. 軟支承平衡(heng)(heng)機是平衡(heng)(heng)轉速大(da)于(yu)參振系統共振頻率的平衡(heng)(heng)機。平衡(heng)(heng)校驗時(shi)，支承擺架相對處于(yu)“軟”狀(zhuang)態，因此轉子校驗平衡(heng)(heng)時(shi)。支承條(tiao)件(jian)與實際軸(zhou)承工(gong)作條(tiao)件(jian)不(bu)同(tong)。具有測量精(jing)度高(gao)的特點。

3. 半(ban)硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振(zhen)系(xi)統共(gong)振(zhen)頻率之間的平(ping)衡(heng)機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)支(zhi)承(cheng)剛度高的特點(dian)，又有(you)軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)精度高的優點(dian)。

平衡(heng)機從應(ying)用方面分可分為立式平衡(heng)機和臥式平衡(heng)機；專用平衡(heng)機和通用平衡(heng)機。

臥式平(ping)衡機(ji)是被(bei)平(ping)衡轉子的旋轉軸(zhou)在(zai)平(ping)衡機(ji)上(shang)呈水平(ping)狀態的平(ping)衡機(ji)。適(shi)用于有轉軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的轉子，如機(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)、增(zeng)壓(ya)器、電機(ji)轉子、汽輪(lun)機(ji)等等。

立式平(ping)衡機(ji)是(shi)被平(ping)衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡機(ji)上(shang)呈垂直狀態下的平(ping)衡機(ji)。適(shi)用于轉(zhuan)子本身不(bu)具(ju)轉(zhuan)軸的盤狀工件如(ru)離(li)合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤及其(qi)總成、制動盤、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等(deng)盤類(lei)零件。

通用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是指能對形(xing)狀和支(zhi)承(cheng)形(xing)式比較規則(ze)的(de)轉子進(jin)行動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。通用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機操作簡單(dan)，效率也(ye)較高。

專用平衡(heng)機是能對(dui)支承形式和外觀與一(yi)般轉(zhuan)(zhuan)子不同的(de)轉(zhuan)(zhuan)子進(jin)行平衡(heng)的(de)平衡(heng)機，例如(ru)特別針對(dui)發動機的(de)曲軸(zhou)(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)(zhou)進(jin)行設計的(de)平衡(heng)機。功(gong)能專一(yi)。  

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(ji)在不平衡方向(xiang)去處(chu)一定的(de)重量。常(chang)用的(de)方式有：鏜削、鉆孔(kong)、鑿削、銑削、磨削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到(dao)技(ji)術(shu)的(de)先(xian)進性和經濟上的(de)合理性，國際標準(zhun)化組(zu)織(ISO)于(yu)1940年制定了(le)世界公認的(de)ISO1940平衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)，它將(jiang)轉(zhuan)子平衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)分為(wei)11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以(yi)2.5倍(bei)為(wei)增量，從要求(qiu)更高的(de)G0.4到(dao)要求(qiu)更低的(de)G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡(heng)對于(yu)轉(zhuan)子軸(zhou)心(xin)的(de)偏心(xin)距離。