平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機(ji)是(shi)測量(liang)旋轉(zhuan)物體(ti)(轉(zhuan)子)不平衡(heng)量(liang)大小和位置的機(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。朝陽電機轉(zhuan)子(zi)(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)子(zi)(zi)和鐘(zhong)表(biao)擺輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部(bu)件在制(zhi)造過程中，都需(xu)要經過平(ping)衡才能平(ping)穩正(zheng)常地運(yun)轉(zhuan)。

根(gen)據平衡(heng)機測出的(de)數(shu)據對轉子(zi)的(de)不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)進行校正，可改善(shan)(shan)轉子(zi)相對于(yu)軸線的(de)質量(liang)(liang)分布(bu)，使轉子(zi)旋轉時產生的(de)振動或(huo)作用(yong)于(yu)軸承上的(de)振動力減少到允(yun)許的(de)范(fan)圍之(zhi)內(nei)。因此，平衡(heng)機是減小(xiao)振動、改善(shan)(shan)性能和(he)提高質量(liang)(liang)的(de)必(bi)不(bu)可少的(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)包(bao)括不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)測(ce)量和校(xiao)正兩個步(bu)驟，平(ping)衡(heng)機主要用于不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)測(ce)量，而不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)校(xiao)正則往(wang)往(wang)借(jie)助于鉆床、銑床和點焊(han)機等其他輔助設備，或用手工方法完(wan)成。有些(xie)平(ping)衡(heng)機已(yi)將校(xiao)正裝置(zhi)做成為平(ping)衡(heng)機的(de)一個部分。

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

1. 重力式平(ping)衡機一般稱為靜平(ping)衡機。

它是(shi)依賴轉子自身的重(zhong)力作用來測量靜不平衡(heng)的。

置于(yu)兩(liang)根水平導軌上的(de)(de)轉子如有不(bu)平衡(heng)量(liang)，則它對軸線的(de)(de)重力矩(ju)使轉子在導軌上滾(gun)動，直至這個不(bu)平衡(heng)量(liang)處于(yu)更低位(wei)置時才(cai)靜止。

被平(ping)衡的(de)(de)轉子(zi)放(fang)在(zai)(zai)用(yong)(yong)靜壓軸承支(zhi)承的(de)(de)支(zhi)座上，在(zai)(zai)支(zhi)座的(de)(de)下(xia)面(mian)嵌裝一(yi)片反(fan)射鏡(jing)。當轉子(zi)不(bu)(bu)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)時，由光源射出的(de)(de)光束(shu)經此(ci)反(fan)射鏡(jing)反(fan)射后，投(tou)射在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)指(zhi)示器的(de)(de)極坐標原(yuan)點(dian)(dian)。如果轉子(zi)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)，則轉子(zi)支(zhi)座在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)重(zhong)力(li)矩作用(yong)(yong)下(xia)發生傾斜，支(zhi)座下(xia)的(de)(de)反(fan)射鏡(jing)也隨(sui)之傾斜并使反(fan)射出的(de)(de)光束(shu)偏(pian)轉，這(zhe)樣(yang)光束(shu)投(tou)在(zai)(zai)極坐標指(zhi)示器上的(de)(de)光點(dian)(dian)便離(li)開原(yuan)點(dian)(dian)。根據這(zhe)個光點(dian)(dian)偏(pian)轉的(de)(de)坐標位置(zhi)，可以得到不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)大小和位置(zhi)。

重力式(shi)平衡(heng)機僅適用(yong)(yong)于某些平衡(heng)要(yao)求不高的盤狀零(ling)件。對(dui)于平衡(heng)要(yao)求高的轉子，一般(ban)采用(yong)(yong)離心式(shi)單(dan)面或(huo)雙面平衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機是在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)的狀態下，根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的支承振動(dong)，或作用于支承的振動(dong)力來測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其(qi)按校(xiao)正(zheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數(shu)量(liang)(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可分為(wei)單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機只能測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時(shi)進行(xing)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)承(cheng)特性不同，又可(ke)分(fen)為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和(he)硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速高于(yu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)承(cheng)系統固(gu)(gu)有頻率(lv)的(de)稱(cheng)為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)承(cheng)剛度小，傳(chuan)感器檢測(ce)出的(de)信號與支(zhi)承(cheng)的(de)振(zhen)動位移(yi)成正比(bi)。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)承(cheng)系統固(gu)(gu)有頻率(lv)的(de)稱(cheng)為硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)承(cheng)剛度大，傳(chuan)感器檢測(ce)出的(de)信號與支(zhi)承(cheng)的(de)振(zhen)動力(li)成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)主要性能用最小可達(da)剩余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量，和不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量減少率(lv)兩項綜合指標(biao)(biao)表示。前者是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能使轉(zhuan)子(zi)達(da)到的(de)剩余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)最小值(zhi)，它(ta)(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能力的(de)指標(biao)(biao)；后(hou)者是經過一次(ci)校正后(hou)所減少的(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量與初(chu)始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量之比，它(ta)(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率(lv)的(de)指標(biao)(biao)，一般用百分數表示。

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。
  根據大批(pi)量生(sheng)產的(de)需要，對特(te)定的(de)轉子能自動完成平衡測量和平衡校正的(de)自動平衡機(ji)，以及平衡自動線，現代已大量的(de)裝備(bei)在(zai)汽車制造、電機(ji)制造等工業部(bu)門。

二. 平(ping)衡(heng)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

為保證(zheng)旋轉(zhuan)機械正常工作所允許(xu)的轉(zhuan)子(zi)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量。該指標用不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)度表示(shi)時，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)度（亦稱(cheng)許(xu)用不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)率(lv)）。

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(hu)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(cheng)度(du)的指標(biao)。

G=eperω/1000

式(shi)中(zhong)：G－轉子(zi)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小可(ke)達(da)剩余不(bu)平衡量（Umar）

最(zui)小可達剩(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(heng)量減少(shao)率（URR）

經過一次平(ping)衡校正所減(jian)少的(de)不平(ping)衡量(liang)與初始不平(ping)衡量(liang)之(zhi)比值。它(ta)是衡量(liang)平(ping)衡機效率的(de)性能指標，以百(bai)分數(shu)表示：

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

U2－一次(ci)平衡校(xiao)正后的剩余不平衡量(liang)

13. 不平衡(heng)力偶干擾比

單(dan)面(mian)平(ping)衡機抑止不(bu)平(ping)衡力偶(ou)影(ying)響的性(xing)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

為校驗平衡機性能而設計的剛(gang)性轉子。其質量、大小、尺(chi)寸均有規定，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉子質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從原理方面可(ke)以分為(wei)硬(ying)(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半硬(ying)(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉(zhuan)速遠低于(yu)參(can)振(zhen)系統(tong)共振(zhen)頻率的平(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)衡校驗時，支承(cheng)擺架相對處(chu)于(yu)“硬(ying)”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近(jin)實際軸承(cheng)條件下(xia)進行(xing)平(ping)(ping)衡校正。具(ju)有操(cao)作(zuo)簡便、安全性能好的特點。

2. 軟支承平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)大(da)于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率(lv)的平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)校驗時，支承擺架相對處(chu)于(yu)“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校驗平(ping)(ping)衡(heng)時。支承條件與實際軸承工作(zuo)條件不(bu)同。具有測量(liang)精度(du)高的特點(dian)。

3. 半(ban)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間(jian)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。同時具有(you)有(you)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)支(zhi)(zhi)(zhi)承剛度(du)高的(de)特點(dian)，又有(you)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)精(jing)度(du)高的(de)優點(dian)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機從應用(yong)方面分(fen)(fen)可分(fen)(fen)為立式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和臥式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機；專(zhuan)用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和通用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

臥(wo)式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是被(bei)平(ping)(ping)衡(heng)轉子(zi)的旋(xuan)轉軸在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈水(shui)平(ping)(ping)狀態(tai)的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用(yong)于有轉軸或可裝配工藝軸的轉子(zi)，如機(ji)(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機(ji)上(shang)呈垂直(zhi)狀(zhuang)(zhuang)態下的平(ping)衡(heng)機(ji)。適(shi)用于(yu)轉(zhuan)子(zi)本(ben)身(shen)不具轉(zhuan)軸(zhou)的盤狀(zhuang)(zhuang)工件(jian)如離合器、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓(ya)盤及(ji)其總成、制動盤、風葉、水泵葉輪(lun)(lun)、汽車飛輪(lun)(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)(lun)、砂(sha)輪(lun)(lun)等(deng)盤類零件(jian)。

通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡機(ji)是指能對(dui)形狀和(he)支承形式(shi)比(bi)較規(gui)則的(de)轉子進行動平(ping)(ping)衡的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)。通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡機(ji)操作簡單(dan)，效率也較高。

專(zhuan)(zhuan)用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是能(neng)對(dui)支承形式和(he)外觀(guan)與一(yi)般轉子不(bu)同的轉子進行(xing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，例如(ru)特別針(zhen)對(dui)發動機(ji)的曲軸，汽車的傳(chuan)動軸進行(xing)設計的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。功能(neng)專(zhuan)(zhuan)一(yi)。  

四. 動平(ping)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(zai)不(bu)平(ping)衡方(fang)向(xiang)去處一定的重量。常(chang)用的方(fang)式有：鏜削、鉆(zhan)孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的先進性和經濟上的合理性，國際標準化組(zu)織(ISO)于(yu)1940年制定了世界公(gong)(gong)認的ISO1940平衡等級，它將轉子平衡等級分為(wei)11個級別，每個級別間以2.5倍為(wei)增(zeng)量，從要求(qiu)(qiu)更高(gao)的G0.4到要求(qiu)(qiu)更低的G4000。單位為(wei)公(gong)(gong)克×毫米/公(gong)(gong)斤(gmm/kg)，代表(biao)不平衡對于(yu)轉子軸心(xin)(xin)的偏心(xin)(xin)距(ju)離。