平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機(ji)是測量旋轉物體(轉子)不平(ping)衡(heng)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。本溪電機轉(zhuan)子、機床主軸(zhou)、內燃機曲軸(zhou)、汽輪(lun)機轉(zhuan)子、陀螺(luo)轉(zhuan)子和鐘表擺輪(lun)等旋轉(zhuan)零部件在制(zhi)造過(guo)(guo)程中，都需要(yao)經過(guo)(guo)平(ping)衡才(cai)能平(ping)穩正常地運轉(zhuan)。

根據平(ping)衡機(ji)測出的數(shu)據對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的不平(ping)衡量(liang)進行校(xiao)正，可改(gai)(gai)善轉(zhuan)(zhuan)子(zi)相對于軸線(xian)的質量(liang)分布(bu)，使轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時(shi)產生的振(zhen)動(dong)或作用于軸承上(shang)的振(zhen)動(dong)力減(jian)(jian)少到允許(xu)的范(fan)圍之內。因此，平(ping)衡機(ji)是減(jian)(jian)小振(zhen)動(dong)、改(gai)(gai)善性能和(he)提高質量(liang)的必不可少的設備。

通常，轉子(zi)的(de)(de)(de)平(ping)衡包括不平(ping)衡量的(de)(de)(de)測(ce)量和校正(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)衡機(ji)主要(yao)用(yong)于(yu)不平(ping)衡量的(de)(de)(de)測(ce)量，而(er)不平(ping)衡量的(de)(de)(de)校正(zheng)則往(wang)往(wang)借助于(yu)鉆床、銑(xian)床和點焊機(ji)等其他輔(fu)助設備，或(huo)用(yong)手(shou)工方法完成。有些平(ping)衡機(ji)已將校正(zheng)裝(zhuang)置(zhi)做(zuo)成為(wei)平(ping)衡機(ji)的(de)(de)(de)一個(ge)部分。

重力(li)式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)和離心力(li)式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)是兩類(lei)典型的平(ping)衡(heng)機(ji)。

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

它是依賴轉子自身的重力作用(yong)來(lai)測量靜不平衡的。

置(zhi)于兩根水平(ping)(ping)導軌上的(de)轉(zhuan)子如(ru)有不平(ping)(ping)衡量，則它(ta)對軸線的(de)重力矩(ju)使轉(zhuan)子在導軌上滾動(dong)，直至這個不平(ping)(ping)衡量處于更低位(wei)置(zhi)時才靜止(zhi)。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)放(fang)在(zai)(zai)(zai)用靜壓軸承支承的(de)支座(zuo)(zuo)上，在(zai)(zai)(zai)支座(zuo)(zuo)的(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)射(she)(she)鏡(jing)。當(dang)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)不存(cun)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量時，由光(guang)源射(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)經(jing)此反(fan)射(she)(she)鏡(jing)反(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量指示器的(de)極坐標(biao)原(yuan)(yuan)點。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)存(cun)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量，則轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)支座(zuo)(zuo)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)重力矩作用下(xia)發生傾斜，支座(zuo)(zuo)下(xia)的(de)反(fan)射(she)(she)鏡(jing)也(ye)隨之(zhi)傾斜并使反(fan)射(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣(yang)光(guang)束(shu)投在(zai)(zai)(zai)極坐標(biao)指示器上的(de)光(guang)點便離開原(yuan)(yuan)點。根據這(zhe)個光(guang)點偏轉(zhuan)的(de)坐標(biao)位(wei)置(zhi)，可(ke)以(yi)得(de)到不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)大(da)小和位(wei)置(zhi)。

重(zhong)力式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)僅適用(yong)于某些平(ping)衡(heng)(heng)要求不高的盤狀零件。對(dui)于平(ping)衡(heng)(heng)要求高的轉子，一般(ban)采(cai)用(yong)離心式(shi)單面或雙面平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的(de)狀態下，根(gen)據轉(zhuan)子不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的(de)支承振動(dong)，或作用于支承的(de)振動(dong)力來(lai)測量(liang)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)的(de)不同(tong)，可分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進行測量(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能測量(liang)動(dong)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分別測量(liang)靜不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力(li)式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特(te)性不(bu)同，又可分(fen)為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固有(you)頻(pin)率的(de)(de)(de)稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度小(xiao)，傳感器檢測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動位移(yi)成(cheng)正(zheng)比。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速低(di)於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固有(you)頻(pin)率的(de)(de)(de)稱為(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度大，傳感器檢測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動力(li)成(cheng)正(zheng)比。

平(ping)衡機(ji)的(de)主要性能(neng)用最小可達剩余(yu)不(bu)平(ping)衡量(liang)，和不(bu)平(ping)衡量(liang)減少(shao)率兩項綜合(he)指(zhi)標表(biao)示(shi)。前者是(shi)(shi)平(ping)衡機(ji)能(neng)使轉子達到的(de)剩余(yu)不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)最小值，它是(shi)(shi)衡量(liang)平(ping)衡機(ji)更(geng)高(gao)平(ping)衡能(neng)力的(de)指(zhi)標；后者是(shi)(shi)經(jing)過一(yi)(yi)次(ci)校正后所減少(shao)的(de)不(bu)平(ping)衡量(liang)與初始不(bu)平(ping)衡量(liang)之比，它是(shi)(shi)衡量(liang)平(ping)衡效率的(de)指(zhi)標，一(yi)(yi)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(xu)要，對特定的(de)轉子能自(zi)(zi)動(dong)完成平(ping)(ping)衡測(ce)量和(he)平(ping)(ping)衡校正的(de)自(zi)(zi)動(dong)平(ping)(ping)衡機，以及(ji)平(ping)(ping)衡自(zi)(zi)動(dong)線，現代已(yi)大量的(de)裝備(bei)在汽(qi)車制(zhi)造(zao)、電機制(zhi)造(zao)等工業部門(men)。

二. 平衡機常用(yong)術(shu)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(wei)保證旋轉(zhuan)(zhuan)機(ji)械正常工作所允許的轉(zhuan)(zhuan)子剩余不平(ping)衡(heng)(heng)量。該指標用(yong)不平(ping)衡(heng)(heng)度表示時，稱為(wei)許用(yong)不平(ping)衡(heng)(heng)度（亦(yi)稱許用(yong)不平(ping)衡(heng)(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(de)干擾(rao)（相(xiang)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(heng)量轉子(zi)平衡(heng)優劣程度的(de)指標(biao)。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，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 

         單位：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩(sheng)余不平衡量(liang)（Umar）

最小可達(da)剩(sheng)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. 不平衡量減少率（URR）

經過一次平衡(heng)校(xiao)正所減少的(de)不平衡(heng)量(liang)與初始不平衡(heng)量(liang)之比值。它(ta)是衡(heng)量(liang)平衡(heng)機效率的(de)性能指(zhi)標，以(yi)百分數表示(shi)：

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

U2－一次平(ping)衡(heng)校正后的剩余不平(ping)衡(heng)量

13. 不平衡力(li)偶(ou)干擾(rao)比(bi)

單面(mian)平衡(heng)機(ji)抑止不平衡(heng)力偶(ou)影響(xiang)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(wei)校驗平衡機性能(neng)而(er)設(she)計的(de)剛性轉子。其質(zhi)量(liang)、大小、尺(chi)寸均有規定(ding)，分立(li)式和臥式兩種。立(li)式轉子質(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子質(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(ji)從(cong)原理方面可以分為(wei)硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)、軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)、半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉速遠低于參振系統共振頻率的平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)驗時，支(zhi)承擺架相(xiang)對處于“硬(ying)”狀態，因此轉子可以(yi)在接近實際軸承條件下進行平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)正。具有(you)操(cao)作(zuo)簡(jian)便、安全性能(neng)好的特點(dian)。

2. 軟支承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速大于(yu)參振系統(tong)共振頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支承擺架(jia)相對處于(yu)“軟”狀態，因此(ci)轉子(zi)校驗平(ping)衡(heng)時(shi)。支承條件與實際軸(zhou)承工作條件不同。具有測量精度高的特點。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻(pin)率(lv)之間的平衡(heng)機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機(ji)支(zhi)(zhi)承剛(gang)度(du)高的特點，又有(you)軟支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機(ji)精度(du)高的優點。

平(ping)衡(heng)機(ji)從應(ying)用方面分可分為立式平(ping)衡(heng)機(ji)和臥式平(ping)衡(heng)機(ji)；專用平(ping)衡(heng)機(ji)和通用平(ping)衡(heng)機(ji)。

臥(wo)式(shi)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)是(shi)被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在(zai)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)上呈水(shui)平(ping)(ping)狀態(tai)的平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝(zhuang)配工藝軸的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)，如機(ji)(ji)床主(zhu)軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉子(zi)的(de)(de)旋轉軸在平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機上呈垂直狀態(tai)下的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。適用于轉子(zi)本身不具轉軸的(de)(de)盤(pan)狀工件如離合(he)器、齒(chi)輪(lun)(lun)、風扇、壓盤(pan)及其(qi)總成(cheng)、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)(lun)、汽車(che)飛輪(lun)(lun)、剎車(che)轂(gu)、皮帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等盤(pan)類零(ling)件。

通用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)指(zhi)能對形(xing)狀(zhuang)和支承(cheng)形(xing)式比較規則的轉(zhuan)子進行動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。通用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)操作簡單(dan)，效率也較高。

專(zhuan)用(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)能對支承形(xing)式(shi)和(he)外觀與一(yi)(yi)般轉(zhuan)子(zi)不同(tong)的(de)轉(zhuan)子(zi)進(jin)行(xing)平衡(heng)的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)，例如特別針對發(fa)動(dong)機(ji)(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳動(dong)軸(zhou)進(jin)行(xing)設計的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)。功能專(zhuan)一(yi)(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

即在不(bu)平(ping)衡方向(xiang)去處一定的重量。常用的方式有：鏜(tang)削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。 ; 

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進性和經濟上的(de)合(he)理(li)性，國際(ji)標(biao)準(zhun)化組(zu)織(zhi)(ISO)于(yu)1940年制定了(le)世界公認(ren)的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等級(ji)，它(ta)將轉(zhuan)(zhuan)子平(ping)衡(heng)等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別(bie)(bie)，每個級(ji)別(bie)(bie)間以2.5倍為(wei)增量，從要求(qiu)更高的(de)G0.4到要求(qiu)更低的(de)G4000。單位為(wei)公克×毫米(mi)/公斤(gmm/kg)，代表不(bu)平(ping)衡(heng)對于(yu)轉(zhuan)(zhuan)子軸(zhou)心(xin)的(de)偏心(xin)距(ju)離。