平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量(liang)旋轉(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)子)不(bu)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。璧山電機轉(zhuan)(zhuan)子、機(ji)床(chuang)主軸(zhou)、內燃機(ji)曲軸(zhou)、汽輪(lun)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表擺輪(lun)等旋轉(zhuan)(zhuan)零部件(jian)在制造過程中，都需要經過平(ping)衡(heng)才能平(ping)穩正常(chang)地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據平衡機(ji)測出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)子(zi)的(de)不平衡量(liang)進行校正，可改善轉(zhuan)子(zi)相對(dui)于(yu)軸(zhou)線的(de)質(zhi)量(liang)分布，使轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)動(dong)或(huo)作用(yong)于(yu)軸(zhou)承上的(de)振(zhen)動(dong)力(li)減少(shao)(shao)到允許(xu)的(de)范圍之內。因(yin)此，平衡機(ji)是減小振(zhen)動(dong)、改善性能和(he)提高質(zhi)量(liang)的(de)必不可少(shao)(shao)的(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)和校正兩(liang)個步驟，平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)主要用于不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)，而不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)校正則往往借助于鉆床、銑床和點焊機(ji)等其他輔助設備，或用手工方法(fa)完成。有些平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)已(yi)將校正裝(zhuang)置做成為平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)一個部分(fen)。

重(zhong)力式平(ping)衡機(ji)和離(li)心力式平(ping)衡機(ji)是兩類典型的平(ping)衡機(ji)。

1. 重(zhong)力式平衡機一般稱(cheng)為(wei)靜平衡機。

它是依賴(lai)轉子自身的(de)重力作用來測量(liang)靜不平衡的(de)。

置于兩根水(shui)平導軌(gui)上的轉(zhuan)子(zi)如有(you)不平衡量，則它對(dui)軸線的重力矩使(shi)轉(zhuan)子(zi)在(zai)導軌(gui)上滾(gun)動，直(zhi)至這個不平衡量處于更低位置時才靜止。

被(bei)平(ping)(ping)(ping)衡的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)下(xia)(xia)面嵌(qian)裝一片反射(she)鏡(jing)(jing)。當轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)(bu)存(cun)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)時，由光(guang)(guang)源射(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)束經(jing)此反射(she)鏡(jing)(jing)反射(she)后，投射(she)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)指示器的(de)(de)極(ji)坐標原點(dian)。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)存(cun)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)的(de)(de)重力矩作用下(xia)(xia)發生傾斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下(xia)(xia)的(de)(de)反射(she)鏡(jing)(jing)也隨之傾斜(xie)并使反射(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)束偏轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)束投在(zai)極(ji)坐標指示器上的(de)(de)光(guang)(guang)點(dian)便離(li)開原點(dian)。根據這個光(guang)(guang)點(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)坐標位置(zhi)，可以(yi)得(de)到(dao)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)的(de)(de)大小和位置(zhi)。

重力式(shi)平(ping)衡(heng)機僅適用(yong)(yong)于某些平(ping)衡(heng)要求(qiu)不高的(de)盤狀零件。對于平(ping)衡(heng)要求(qiu)高的(de)轉(zhuan)子，一般采(cai)用(yong)(yong)離心式(shi)單面(mian)或雙面(mian)平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)在(zai)轉子旋轉的(de)(de)狀(zhuang)態下，根據轉子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引(yin)起的(de)(de)支承(cheng)振動(dong)，或作(zuo)用于支承(cheng)的(de)(de)振動(dong)力來(lai)測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)面數量(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)同，可(ke)分為(wei)單(dan)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)(ce)量(liang)一(yi)(yi)個平(ping)(ping)(ping)面上的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在(zai)轉子旋轉時進行測(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜(jing)(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能測(ce)(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)(ce)量(liang)靜(jing)(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)(yi)般稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承特性不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平衡(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)承系統固(gu)有頻率的(de)稱(cheng)為軟支(zhi)(zhi)承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這(zhe)種平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承剛度(du)小，傳感(gan)器檢(jian)測出的(de)信號與支(zhi)(zhi)承的(de)振(zhen)動位移成(cheng)正(zheng)比。平衡(heng)(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)承系統固(gu)有頻率的(de)稱(cheng)為硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這(zhe)種平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承剛度(du)大，傳感(gan)器檢(jian)測出的(de)信號與支(zhi)(zhi)承的(de)振(zhen)動力成(cheng)正(zheng)比。

平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)主要性能用最小可達剩余不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減少率兩(liang)項綜合(he)指(zhi)(zhi)標(biao)表(biao)示(shi)。前者是(shi)平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能使轉子達到的(de)剩余不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最小值，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機更(geng)高平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)；后者是(shi)經過一次(ci)校正后所減少的(de)不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之(zhi)比，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)，一般用百分數(shu)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(liang)生產的(de)需(xu)要，對特定的(de)轉子能自(zi)動(dong)(dong)完成平衡測(ce)量(liang)和平衡校正的(de)自(zi)動(dong)(dong)平衡機，以及平衡自(zi)動(dong)(dong)線，現(xian)代已(yi)大量(liang)的(de)裝備在(zai)汽車(che)制造(zao)、電(dian)機制造(zao)等工業部門。

二(er). 平衡機常用術語解(jie)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(wei)保(bao)證旋(xuan)轉機械正常(chang)工作所允許的轉子剩余不平衡量(liang)。該(gai)指標(biao)用(yong)(yong)不平衡度(du)表(biao)示時，稱(cheng)為(wei)許用(yong)(yong)不平衡度(du)（亦稱(cheng)許用(yong)(yong)不平衡率）。

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（相互影響(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

衡量轉子平衡優劣(lie)程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可(ke)達剩余不平衡量（Umar）

最小可達(da)剩(sheng)余不(bu)平衡量（Umar）。單位是(shi)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(ping)衡量減少率（URR）

經過一次平(ping)衡校(xiao)正所減少的(de)不平(ping)衡量與初始不平(ping)衡量之(zhi)比值。它是衡量平(ping)衡機效率的(de)性(xing)能(neng)指標，以百分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初(chu)始不平衡(heng)量            

U2－一(yi)次(ci)平衡(heng)校正后(hou)的剩余不平衡(heng)量

13. 不(bu)平衡力偶干擾比

單面平衡機抑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(neng)而設計的(de)剛性轉子。其質量(liang)、大小(xiao)、尺(chi)寸(cun)均有規定，分(fen)立式(shi)和臥式(shi)兩種。立式(shi)轉子質量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)(heng)機從原理方(fang)面可以分為硬(ying)支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機、軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機、半硬(ying)支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機。

1. 硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉(zhuan)速遠低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)衡校(xiao)驗時(shi)，支承擺架相對處于“硬(ying)”狀態(tai)，因此轉(zhuan)子可以在接近實際(ji)軸(zhou)承條件下進(jin)行平(ping)(ping)衡校(xiao)正。具有操(cao)作簡便、安(an)全性能好的特點(dian)。

2. 軟支承平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速大于參振系統(tong)共振頻(pin)率的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)校驗(yan)時，支承擺架相對處(chu)于“軟”狀態(tai)，因此(ci)轉(zhuan)子校驗(yan)平(ping)衡(heng)時。支承條件(jian)(jian)與實際軸承工作條件(jian)(jian)不同(tong)。具有測(ce)量精度高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。同(tong)時具有有硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度高的特點，又有軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)精度高的優點。

平(ping)衡(heng)機從應用方面(mian)分(fen)可分(fen)為(wei)立(li)式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機和(he)臥式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機；專用平(ping)衡(heng)機和(he)通用平(ping)衡(heng)機。

臥(wo)式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或可(ke)裝配(pei)工藝軸的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)，如機(ji)(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽(qi)輪機(ji)(ji)等等。

立式平(ping)衡機是被平(ping)衡轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡機上呈垂直狀(zhuang)態下的平(ping)衡機。適用于轉(zhuan)子(zi)本身不具轉(zhuan)軸的盤(pan)狀(zhuang)工件(jian)如(ru)離合器(qi)、齒輪、風扇、壓盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風葉、水(shui)泵葉輪、汽車飛輪、剎車轂、皮帶(dai)輪、砂輪等(deng)盤(pan)類零件(jian)。

通(tong)用平衡(heng)機(ji)是指能對形狀和支(zhi)承形式比較(jiao)(jiao)規則的(de)轉(zhuan)子進行動(dong)平衡(heng)的(de)平衡(heng)機(ji)。通(tong)用平衡(heng)機(ji)操(cao)作簡單，效(xiao)率也較(jiao)(jiao)高。

專(zhuan)用平衡機(ji)是能對支承形式(shi)和(he)外觀與一般(ban)轉子不(bu)同的(de)(de)轉子進(jin)行平衡的(de)(de)平衡機(ji)，例如(ru)特別(bie)針對發動(dong)機(ji)的(de)(de)曲軸，汽車的(de)(de)傳動(dong)軸進(jin)行設計的(de)(de)平衡機(ji)。功能專(zhuan)一。  

四(si). 動平衡加工的(de)方(fang)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(heng)方(fang)向去處(chu)一定的(de)重量。常用的(de)方(fang)式有：鏜(tang)削、鉆(zhan)孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進(jin)性和經濟上(shang)的(de)合理性，國際標(biao)準化組織(ISO)于1940年(nian)制定了世界公認(ren)的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等級，它將轉子(zi)平(ping)衡(heng)等級分為11個級別(bie)，每個級別(bie)間以2.5倍為增量，從要求更高的(de)G0.4到要求更低(di)的(de)G4000。單位為公克×毫(hao)米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對于轉子(zi)軸心的(de)偏(pian)心距離(li)。