平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測量旋轉物體(轉子)不(bu)平衡量大小和(he)位置的機(ji)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。濱州電機轉(zhuan)子(zi)(zi)、機床(chuang)主軸、內燃(ran)機曲軸、汽輪機轉(zhuan)子(zi)(zi)、陀螺(luo)轉(zhuan)子(zi)(zi)和鐘表擺輪等(deng)旋轉(zhuan)零部(bu)件在制(zhi)造過(guo)程中，都需要經過(guo)平衡(heng)才能平穩正(zheng)常地運(yun)轉(zhuan)。

根據平(ping)衡機測出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)子的(de)不平(ping)衡量進行校(xiao)正，可改善轉(zhuan)子相對(dui)于軸線的(de)質(zhi)量分(fen)布(bu)，使轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)動(dong)(dong)或作用于軸承上的(de)振(zhen)動(dong)(dong)力減(jian)少到允許(xu)的(de)范(fan)圍(wei)之(zhi)內。因此，平(ping)衡機是(shi)減(jian)小振(zhen)動(dong)(dong)、改善性能和提(ti)高質(zhi)量的(de)必不可少的(de)設備。

通(tong)常，轉(zhuan)子的(de)平衡(heng)(heng)包(bao)括不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和校(xiao)正兩個(ge)(ge)步驟，平衡(heng)(heng)機主要(yao)用于不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)校(xiao)正則(ze)往往借助于鉆床、銑床和點焊機等其他輔助設備，或用手工方法(fa)完成(cheng)。有些平衡(heng)(heng)機已將校(xiao)正裝置做(zuo)成(cheng)為平衡(heng)(heng)機的(de)一個(ge)(ge)部分。

重力式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機和離(li)心力式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是(shi)兩(liang)類典型(xing)的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 重力式平(ping)衡(heng)機一(yi)般稱為靜平(ping)衡(heng)機。

它(ta)是依賴(lai)轉子自(zi)身(shen)的(de)重力作用來測(ce)量靜(jing)不平衡(heng)的(de)。

置于(yu)兩根(gen)水平導軌(gui)上的(de)轉子(zi)如有不(bu)(bu)平衡量，則它(ta)對軸線的(de)重力矩使轉子(zi)在導軌(gui)上滾(gun)動，直至這個不(bu)(bu)平衡量處(chu)于(yu)更低位(wei)置時才靜止。

被平(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子放在(zai)(zai)用(yong)靜壓軸(zhou)承支(zhi)承的(de)(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)下面嵌裝(zhuang)一片反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)存(cun)在(zai)(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)時(shi)，由光(guang)源射(she)出的(de)(de)光(guang)束(shu)經此反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡(jing)反(fan)(fan)(fan)射(she)后，投射(she)在(zai)(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)指示器(qi)的(de)(de)極(ji)(ji)坐標原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子存(cun)在(zai)(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子支(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)重力矩(ju)作用(yong)下發生傾(qing)斜，支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡(jing)也隨之傾(qing)斜并使反(fan)(fan)(fan)射(she)出的(de)(de)光(guang)束(shu)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)，這樣光(guang)束(shu)投在(zai)(zai)極(ji)(ji)坐標指示器(qi)上的(de)(de)光(guang)點便(bian)離開(kai)原點。根據這個(ge)光(guang)點偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)坐標位(wei)置，可以得到(dao)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)大小和(he)位(wei)置。

重力式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡機僅適用(yong)于某些平(ping)(ping)(ping)衡要(yao)求不高的(de)盤狀零件。對于平(ping)(ping)(ping)衡要(yao)求高的(de)轉子(zi)，一般采用(yong)離心式(shi)單面(mian)或雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉子旋轉的狀態下，根據(ju)轉子不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支(zhi)承(cheng)振動(dong)，或作(zuo)用于支(zhi)承(cheng)的振動(dong)力來(lai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的不(bu)同(tong)，可分為單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測(ce)(ce)量(liang)(liang)一(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)面(mian)上(shang)的不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然是在轉子旋轉時(shi)進(jin)行測(ce)(ce)量(liang)(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別(bie)測(ce)(ce)量(liang)(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力(li)式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速高于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)(gu)有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。這(zhe)種平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳感器檢測出的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)(gu)有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，這(zhe)種平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳感器檢測出的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力(li)成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡機(ji)的(de)主要(yao)性(xing)能用最小可達剩余不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)減少率兩項(xiang)綜合指(zhi)標表示。前者(zhe)是(shi)(shi)平(ping)(ping)衡機(ji)能使轉子(zi)達到的(de)剩余不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)的(de)最小值，它是(shi)(shi)衡量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡機(ji)更高平(ping)(ping)衡能力的(de)指(zhi)標；后者(zhe)是(shi)(shi)經(jing)過一(yi)(yi)次校正(zheng)后所(suo)減少的(de)不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)與初始不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)之比，它是(shi)(shi)衡量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡效率的(de)指(zhi)標，一(yi)(yi)般用百(bai)分數表示。

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(ju)大批量(liang)(liang)生產的(de)需要，對特定(ding)的(de)轉子能自動完(wan)成平(ping)衡(heng)(heng)測量(liang)(liang)和平(ping)衡(heng)(heng)校正的(de)自動平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，以及平(ping)衡(heng)(heng)自動線，現代已(yi)大量(liang)(liang)的(de)裝備(bei)在汽車制造、電機(ji)制造等工業部門。

二. 平(ping)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(zheng)旋(xuan)轉(zhuan)機械正常工(gong)作所允許的轉(zhuan)子剩余不平衡(heng)量(liang)。該指標(biao)用不平衡(heng)度(du)表示時，稱為許用不平衡(heng)度(du)（亦(yi)稱許用不平衡(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(de)干(gan)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(zhuan)子平衡(heng)優劣程度(du)的指標(biao)。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)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. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小(xiao)可達剩(sheng)余不平衡量（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. 不平衡量減少率（URR）

經過一次平(ping)衡(heng)校正(zheng)所減少的不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)與初(chu)始(shi)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)機效率的性能(neng)指(zhi)標，以百分數表示(shi)：

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

U2－一次平(ping)衡校正后的(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡量

13. 不平(ping)衡力(li)偶干(gan)擾比

單面平(ping)(ping)衡機(ji)抑止不平(ping)(ping)衡力(li)偶影響的性能(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

為校驗平衡機性(xing)能(neng)而(er)設計的(de)剛性(xing)轉(zhuan)子。其質量(liang)、大小、尺寸均有規定，分立式和臥式兩種。立式轉(zhuan)子質量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子質量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡機(ji)從(cong)原理方(fang)面可(ke)以分為硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)、軟(ruan)支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)、半硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉速遠低(di)于參振系統(tong)共振頻率的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)衡校(xiao)(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)擺架相(xiang)對處(chu)于“硬(ying)”狀態，因此(ci)轉子(zi)可以在接近(jin)實際軸承(cheng)條件下進(jin)行平(ping)(ping)衡校(xiao)(xiao)正。具有(you)操作(zuo)簡便(bian)、安全性能好的(de)特點(dian)。

2. 軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速(su)大于參振系統共振頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗(yan)時，支承(cheng)擺架相對(dui)處于“軟”狀態，因此轉子校驗(yan)平(ping)衡(heng)時。支承(cheng)條(tiao)件(jian)與實際軸承(cheng)工(gong)作條(tiao)件(jian)不同(tong)。具有測量精度(du)高的特點。

3. 半硬支(zhi)承平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共(gong)振頻(pin)率之(zhi)間的平衡(heng)機(ji)。同時(shi)具有有硬支(zhi)承平衡(heng)機(ji)支(zhi)承剛度高的特(te)點(dian)(dian)，又有軟支(zhi)承平衡(heng)機(ji)精(jing)度高的優點(dian)(dian)。

平衡機(ji)從應用(yong)(yong)(yong)方面分可分為立式(shi)平衡機(ji)和臥式(shi)平衡機(ji)；專用(yong)(yong)(yong)平衡機(ji)和通(tong)用(yong)(yong)(yong)平衡機(ji)。

臥式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)是被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)上呈水(shui)平(ping)(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。適(shi)用于有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的轉(zhuan)(zhuan)子，如(ru)機(ji)(ji)(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)(ji)、增壓器(qi)、電機(ji)(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平衡機(ji)是被平衡轉子的旋轉軸(zhou)在平衡機(ji)上呈垂直狀態下的平衡機(ji)。適用于(yu)轉子本身不具轉軸(zhou)的盤(pan)(pan)狀工件(jian)如離(li)合器、齒輪(lun)、風扇、壓(ya)盤(pan)(pan)及其總成、制動盤(pan)(pan)、風葉、水(shui)泵葉輪(lun)、汽車飛(fei)輪(lun)、剎(cha)車轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)(pan)類零(ling)件(jian)。

通用平衡(heng)機(ji)是指能對形狀(zhuang)和(he)支承形式(shi)比(bi)較規則的轉子進行動平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)。通用平衡(heng)機(ji)操作(zuo)簡單(dan)，效率也(ye)較高。

專用平衡機(ji)是能(neng)對支承(cheng)形式(shi)和外(wai)觀(guan)與一般轉子不(bu)同的(de)轉子進(jin)行(xing)平衡的(de)平衡機(ji)，例(li)如特別針對發(fa)動機(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進(jin)行(xing)設計(ji)的(de)平衡機(ji)。功能(neng)專一。  

四(si). 動平衡(heng)加工的方法(fa)

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(fang)向去處一定的重量。常用的方(fang)式有：鏜(tang)削、鉆孔、鑿(zao)削、銑削、磨削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)(de)先進性(xing)和經濟上的(de)(de)合理性(xing)，國際(ji)標準化組織(ISO)于(yu)1940年制(zhi)定了世界公(gong)認(ren)的(de)(de)ISO1940平衡(heng)等級，它將轉子平衡(heng)等級分為(wei)(wei)11個(ge)級別，每個(ge)級別間以2.5倍為(wei)(wei)增量，從要(yao)(yao)求(qiu)更高的(de)(de)G0.4到要(yao)(yao)求(qiu)更低的(de)(de)G4000。單(dan)位為(wei)(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代(dai)表不平衡(heng)對(dui)于(yu)轉子軸心的(de)(de)偏心距離。