平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量(liang)旋轉物體(ti)(轉子)不平衡量(liang)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。北辰電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、機(ji)(ji)床主(zhu)軸(zhou)、內燃機(ji)(ji)曲軸(zhou)、汽輪機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)(zhuan)零(ling)部件在制造過程(cheng)中，都需(xu)要(yao)經過平衡(heng)才能(neng)平穩正常(chang)地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據(ju)平(ping)(ping)衡機測出的(de)(de)數據(ju)對(dui)轉(zhuan)子的(de)(de)不平(ping)(ping)衡量進行校正(zheng)，可(ke)改(gai)善轉(zhuan)子相對(dui)于(yu)軸線的(de)(de)質(zhi)(zhi)量分布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時(shi)產生的(de)(de)振(zhen)動或作用于(yu)軸承(cheng)上的(de)(de)振(zhen)動力減少到允許(xu)的(de)(de)范圍之內。因此，平(ping)(ping)衡機是減小振(zhen)動、改(gai)善性能和(he)提高(gao)質(zhi)(zhi)量的(de)(de)必(bi)不可(ke)少的(de)(de)設備。

通常，轉子的平(ping)衡(heng)(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的測(ce)量(liang)(liang)和校正兩(liang)個(ge)步驟，平(ping)衡(heng)(heng)機主要用于不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的測(ce)量(liang)(liang)，而不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的校正則(ze)往往借助于鉆床(chuang)、銑(xian)床(chuang)和點焊(han)機等其他(ta)輔助設備，或(huo)用手工方法(fa)完(wan)成。有些平(ping)衡(heng)(heng)機已(yi)將校正裝置做成為平(ping)衡(heng)(heng)機的一個(ge)部分(fen)。

重(zhong)力式平衡(heng)機和(he)離心(xin)力式平衡(heng)機是兩(liang)類典(dian)型的平衡(heng)機。

1. 重(zhong)力式(shi)平衡(heng)機(ji)一般稱為靜平衡(heng)機(ji)。

它是依賴轉子自身(shen)的重力作用來測(ce)量(liang)靜不(bu)平衡(heng)的。

置(zhi)于兩根水平導軌上的(de)轉(zhuan)子如有(you)不(bu)平衡量(liang)，則(ze)它對(dui)軸(zhou)線的(de)重力(li)矩使轉(zhuan)子在導軌上滾(gun)動，直至(zhi)這個不(bu)平衡量(liang)處于更低(di)位置(zhi)時才(cai)靜止。

被平(ping)衡的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)放在用靜壓軸承(cheng)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)上，在支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)下面嵌裝一片反(fan)射(she)鏡(jing)(jing)。當(dang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)存在不(bu)平(ping)衡量(liang)時(shi)，由光(guang)(guang)(guang)源射(she)出的(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)經(jing)此反(fan)射(she)鏡(jing)(jing)反(fan)射(she)后，投射(she)在不(bu)平(ping)衡量(liang)指示(shi)器的(de)極坐標原(yuan)點(dian)(dian)。如果(guo)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)存在不(bu)平(ping)衡量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)在不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)重力矩作用下發生傾斜(xie)，支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)下的(de)反(fan)射(she)鏡(jing)(jing)也隨(sui)之傾斜(xie)并(bing)使反(fan)射(she)出的(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)，這(zhe)(zhe)樣光(guang)(guang)(guang)束(shu)投在極坐標指示(shi)器上的(de)光(guang)(guang)(guang)點(dian)(dian)便離開(kai)原(yuan)點(dian)(dian)。根據這(zhe)(zhe)個光(guang)(guang)(guang)點(dian)(dian)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)坐標位(wei)置，可以得到(dao)不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)大小和位(wei)置。

重力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)僅適用于某些平(ping)(ping)衡(heng)要求(qiu)不高的盤狀(zhuang)零件。對(dui)于平(ping)(ping)衡(heng)要求(qiu)高的轉子，一般采用離心式(shi)單(dan)面(mian)或雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是(shi)在轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)(de)狀態下，根據轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起的(de)(de)支承(cheng)振動，或作用于支承(cheng)的(de)(de)振動力來測(ce)量(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其(qi)按(an)校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面數(shu)量(liang)(liang)的(de)(de)不(bu)同，可(ke)分(fen)為(wei)單面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和(he)雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。單面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機只能測(ce)量(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面上的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時進(jin)行測(ce)量(liang)(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能測(ce)量(liang)(liang)動不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分(fen)別(bie)測(ce)量(liang)(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和(he)偶(ou)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般稱為(wei)動平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。

離心力(li)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)按(an)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不同(tong)，又可分為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速高于轉子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統固有(you)頻(pin)率的(de)稱為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。這種(zhong)(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)小，傳感器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)位移成(cheng)正(zheng)比。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速低於轉子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統固有(you)頻(pin)率的(de)稱為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)，這種(zhong)(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)大，傳感器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)力(li)成(cheng)正(zheng)比。

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性(xing)能用最(zui)小可達剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，和(he)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)減少(shao)率兩(liang)項綜合指(zhi)標(biao)表(biao)示(shi)。前者(zhe)是(shi)(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能使轉子達到(dao)的(de)剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)最(zui)小值，它(ta)是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)標(biao)；后者(zhe)是(shi)(shi)經(jing)過一次校正后所減少(shao)的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標(biao)，一般用百分數表(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。
  根據大批量生產的(de)需要，對特(te)定(ding)的(de)轉子能自動(dong)(dong)完(wan)成平(ping)衡(heng)測量和平(ping)衡(heng)校(xiao)正(zheng)的(de)自動(dong)(dong)平(ping)衡(heng)機，以及平(ping)衡(heng)自動(dong)(dong)線(xian)，現(xian)代(dai)已大量的(de)裝備在汽(qi)車制造、電機制造等工業部門。

二(er). 平衡機常用術語(yu)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(bao)證旋轉機械正常(chang)工作所允許(xu)的轉子(zi)剩余不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量。該指標用不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)度表示(shi)時(shi)，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)度（亦(yi)稱(cheng)許(xu)用不(bu)(bu)平(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(heng)量轉子平衡(heng)優劣(lie)程(cheng)度的指標(biao)。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡品質(zhi)，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：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可(ke)達剩余不平(ping)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(liang)減少率（URR）

經過一次平(ping)(ping)衡校(xiao)正所減(jian)少(shao)的不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)與初(chu)始(shi)不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)之比值。它(ta)是衡量(liang)平(ping)(ping)衡機效(xiao)率的性(xing)能指標，以百(bai)分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初始(shi)不平衡(heng)量(liang)            

U2－一(yi)次平衡校正后(hou)的剩余不平衡量

13. 不平衡力(li)偶干(gan)擾比(bi)

單(dan)面平(ping)衡(heng)機(ji)抑止不平(ping)衡(heng)力(li)偶影響的(de)性(xing)能(neng)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

為校(xiao)驗(yan)平衡機性能(neng)而設計(ji)的(de)剛性轉(zhuan)子。其質(zhi)量、大小(xiao)、尺(chi)寸均有規定，分立式和臥式兩(liang)種。立式轉(zhuan)子質(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子質(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機從(cong)原理方(fang)面可以分(fen)為硬(ying)支(zhi)承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機、軟支(zhi)承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機、半硬(ying)支(zhi)承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低(di)于參振系統共振頻(pin)率的(de)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗時(shi)，支承(cheng)擺架(jia)相(xiang)對處(chu)于“硬”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際軸(zhou)承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)校(xiao)正。具有操作(zuo)簡(jian)便、安全性能好的(de)特點(dian)。

2. 軟支承平衡(heng)(heng)(heng)機是平衡(heng)(heng)(heng)轉速大(da)于參振系統共振頻率的平衡(heng)(heng)(heng)機。平衡(heng)(heng)(heng)校驗(yan)時，支承擺(bai)架相(xiang)對處于“軟”狀態，因此轉子校驗(yan)平衡(heng)(heng)(heng)時。支承條件與實際軸承工作(zuo)條件不同。具有測量精度高的特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉(zhuan)速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之(zhi)間的平(ping)(ping)衡機。同時具有(you)有(you)硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡機支(zhi)承(cheng)剛度高的特(te)點(dian)，又有(you)軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡機精(jing)度高的優點(dian)。

平衡(heng)機(ji)從應用(yong)(yong)方面分可分為立(li)式(shi)平衡(heng)機(ji)和臥式(shi)平衡(heng)機(ji)；專(zhuan)用(yong)(yong)平衡(heng)機(ji)和通用(yong)(yong)平衡(heng)機(ji)。

臥式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是被(bei)平(ping)衡(heng)轉子(zi)的(de)(de)(de)旋轉軸在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈(cheng)水平(ping)狀態的(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用于有轉軸或可裝配工藝軸的(de)(de)(de)轉子(zi)，如(ru)機(ji)(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓器(qi)、電機(ji)(ji)轉子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立式平衡(heng)機(ji)是被(bei)平衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的(de)旋轉(zhuan)軸在(zai)平衡(heng)機(ji)上呈(cheng)垂直狀態下的(de)平衡(heng)機(ji)。適用于轉(zhuan)子(zi)本身不具轉(zhuan)軸的(de)盤(pan)狀工件如離合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及(ji)其總(zong)成、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)、汽(qi)車(che)飛輪(lun)、剎(cha)車(che)轂、皮(pi)帶輪(lun)、砂輪(lun)等(deng)盤(pan)類零(ling)件。

通用平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)指能(neng)對形狀(zhuang)和支承形式比較規則的轉子進行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通用平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡(jian)單，效率也較高。

專用(yong)平衡(heng)機是能對支承(cheng)形式和外觀與一(yi)般(ban)轉子不(bu)同的(de)轉子進(jin)(jin)行(xing)平衡(heng)的(de)平衡(heng)機，例如(ru)特別針(zhen)對發動機的(de)曲(qu)軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進(jin)(jin)行(xing)設計(ji)的(de)平衡(heng)機。功能專一(yi)。  

四. 動平衡加(jia)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

即在(zai)不平衡方(fang)(fang)向(xiang)去處一定的重量。常用的方(fang)(fang)式有：鏜削(xue)(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進性(xing)和經濟上的(de)合理性(xing)，國際標準化組(zu)織(ISO)于1940年制定了世界公(gong)認的(de)ISO1940平衡等(deng)級(ji)(ji)，它將轉子(zi)平衡等(deng)級(ji)(ji)分為11個級(ji)(ji)別(bie)，每個級(ji)(ji)別(bie)間(jian)以2.5倍為增量，從要求更高的(de)G0.4到要求更低的(de)G4000。單位為公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不(bu)平衡對于轉子(zi)軸(zhou)心(xin)的(de)偏(pian)心(xin)距(ju)離(li)。