平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測量旋轉(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)子)不平衡(heng)量大小和位置的機器(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。長寧電機轉(zhuan)子(zi)、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪(lun)機轉(zhuan)子(zi)、陀螺(luo)轉(zhuan)子(zi)和鐘表(biao)擺輪(lun)等旋轉(zhuan)零部件(jian)在制造過程(cheng)中，都(dou)需要經過平(ping)衡才能平(ping)穩正常地(di)運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡機(ji)測出的(de)(de)數據(ju)對(dui)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)不(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)進行校正，可改善(shan)轉(zhuan)(zhuan)子相對(dui)于(yu)軸線(xian)的(de)(de)質量(liang)(liang)分布(bu)，使轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用于(yu)軸承(cheng)上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力減少到允許的(de)(de)范圍之內。因此(ci)，平(ping)衡機(ji)是減小(xiao)振(zhen)動(dong)、改善(shan)性能和(he)提高質量(liang)(liang)的(de)(de)必(bi)不(bu)可少的(de)(de)設備。

通常，轉子的平(ping)(ping)衡(heng)包括不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的測量(liang)(liang)(liang)和(he)校(xiao)正(zheng)兩個步驟(zou)，平(ping)(ping)衡(heng)機主要用(yong)于(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的測量(liang)(liang)(liang)，而不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的校(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借助(zhu)于(yu)鉆床、銑(xian)床和(he)點焊機等其他(ta)輔助(zhu)設備，或用(yong)手工方法完成。有些平(ping)(ping)衡(heng)機已將校(xiao)正(zheng)裝置(zhi)做成為平(ping)(ping)衡(heng)機的一(yi)個部(bu)分。

重力(li)式平衡(heng)機和離心力(li)式平衡(heng)機是(shi)兩類典型的平衡(heng)機。

1. 重(zhong)力式(shi)平衡機一般稱為靜平衡機。

它是依賴轉子自身的重(zhong)力(li)作用來測量靜不平(ping)衡的。

置于兩根(gen)水平導軌上的轉(zhuan)子如有(you)不(bu)平衡量，則它對軸線的重力矩使轉(zhuan)子在導軌上滾動(dong)，直至(zhi)這個不(bu)平衡量處于更低(di)位置時才(cai)靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放(fang)在(zai)用靜壓(ya)軸承支(zhi)承的(de)(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)下(xia)面(mian)嵌裝(zhuang)一片反(fan)(fan)射(she)(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)存在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)時，由光源射(she)(she)出的(de)(de)光束(shu)經此反(fan)(fan)射(she)(she)鏡反(fan)(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)指示(shi)器的(de)(de)極(ji)坐標(biao)(biao)原點。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)(zi)存在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則(ze)轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)重(zhong)力矩作用下(xia)發生(sheng)傾(qing)斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡也隨之傾(qing)斜并使(shi)反(fan)(fan)射(she)(she)出的(de)(de)光束(shu)偏(pian)轉(zhuan)，這樣光束(shu)投在(zai)極(ji)坐標(biao)(biao)指示(shi)器上(shang)的(de)(de)光點便離開(kai)原點。根據這個光點偏(pian)轉(zhuan)的(de)(de)坐標(biao)(biao)位(wei)置，可以得到不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)大小和位(wei)置。

重力式平(ping)(ping)衡機僅適用于某些平(ping)(ping)衡要(yao)求不(bu)高(gao)的盤狀零件。對于平(ping)(ping)衡要(yao)求高(gao)的轉(zhuan)子(zi)，一般(ban)采用離心式單面(mian)或雙面(mian)平(ping)(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離(li)心(xin)式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)是(shi)(shi)在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)的(de)狀(zhuang)態下，根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡引起(qi)的(de)支承振(zhen)動(dong)，或作用于支承的(de)振(zhen)動(dong)力來(lai)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡。其按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的(de)不(bu)(bu)同，可分為(wei)單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)和雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)只能測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上(shang)的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(靜(jing)(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡)，它雖然是(shi)(shi)在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時進行測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜(jing)(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)能測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡，也能分別測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)靜(jing)(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡，一(yi)般(ban)稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。

離心力式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)高(gao)于轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有(you)頻率的(de)稱為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)出的(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)位(wei)移成(cheng)正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有(you)頻率的(de)稱為硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機，這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度大(da)，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)出的(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)力成(cheng)正比(bi)。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)主要性(xing)能(neng)(neng)用最小(xiao)可達剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩項綜合指(zhi)標表(biao)示(shi)。前者是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能(neng)(neng)使轉子(zi)達到的(de)(de)剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最小(xiao)值，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機更(geng)高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)(neng)力的(de)(de)指(zhi)標；后(hou)(hou)者是經過一(yi)次校正(zheng)后(hou)(hou)所減少的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率的(de)(de)指(zhi)標，一(yi)般(ban)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(da)批量生(sheng)產的(de)需要，對特定的(de)轉子能自(zi)動完成平衡(heng)測量和平衡(heng)校(xiao)正的(de)自(zi)動平衡(heng)機，以及(ji)平衡(heng)自(zi)動線，現(xian)代已大(da)量的(de)裝(zhuang)備(bei)在汽車制造、電機制造等工業部門。

二(er). 平衡(heng)機常用術語解釋

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(wei)保(bao)證(zheng)旋轉機械(xie)正常(chang)工作(zuo)所允許的轉子剩余(yu)不(bu)平(ping)衡量。該指標用不(bu)平(ping)衡度表示時，稱(cheng)為(wei)許用不(bu)平(ping)衡度（亦稱(cheng)許用不(bu)平(ping)衡率(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

衡量轉子平衡優劣程度的指(zhi)標。

G=eperω/1000

式(shi)中：G－轉子平衡品質，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：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不(bu)平衡量（Umar）

最小可達剩余不平(ping)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. 不平衡量減少率（URR）

經過(guo)一次平(ping)衡(heng)校正所(suo)減(jian)少的不平(ping)衡(heng)量(liang)與初始不平(ping)衡(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)機效率(lv)的性能指標(biao)，以百分數表示：

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

U2－一次(ci)平(ping)衡校正(zheng)后(hou)的剩余不平(ping)衡量

13. 不(bu)平衡(heng)力偶干擾比

單面(mian)平衡機(ji)抑止不平衡力(li)偶影響的性(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(heng)機性能而設(she)計的剛性轉子。其質量(liang)、大小、尺寸均(jun)有規定，分立式(shi)(shi)和(he)臥式(shi)(shi)兩種(zhong)。立式(shi)(shi)轉子質量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(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)(ping)衡機從原理方面可(ke)以分為(wei)硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡機、軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡機、半(ban)硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡機。

1. 硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)轉速(su)遠(yuan)低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支(zhi)承擺(bai)架相對處于“硬”狀(zhuang)態，因此轉子可以(yi)在接近實際軸承條件下進行平(ping)衡(heng)校正。具有操作(zuo)簡(jian)便、安全性(xing)能好(hao)的特點。

2. 軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)轉速大(da)于參振系統(tong)共振頻率的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承(cheng)擺架相對處(chu)于“軟”狀態，因(yin)此(ci)轉子校驗平(ping)衡(heng)(heng)時。支承(cheng)條件與實際(ji)軸(zhou)承(cheng)工作(zuo)條件不同。具有測量精度高的(de)特點。

3. 半(ban)硬支承平(ping)衡機是平(ping)衡轉速在(zai)0.3~0.5倍(bei)參振系統共振頻率之間的(de)平(ping)衡機。同(tong)時具有(you)有(you)硬支承平(ping)衡機支承剛度(du)高的(de)特點，又(you)有(you)軟支承平(ping)衡機精度(du)高的(de)優點。

平衡(heng)(heng)機從應用(yong)方面(mian)分可分為立式(shi)(shi)平衡(heng)(heng)機和臥式(shi)(shi)平衡(heng)(heng)機；專用(yong)平衡(heng)(heng)機和通(tong)用(yong)平衡(heng)(heng)機。

臥式(shi)平(ping)衡機(ji)是被平(ping)衡轉(zhuan)子(zi)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在(zai)平(ping)衡機(ji)上(shang)呈水平(ping)狀態的(de)平(ping)衡機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或可裝配(pei)工藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風(feng)機(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式平衡機是被(bei)平衡轉子(zi)(zi)的旋轉軸在(zai)平衡機上呈垂(chui)直(zhi)狀態下(xia)的平衡機。適用于轉子(zi)(zi)本身不(bu)具(ju)轉軸的盤(pan)(pan)狀工件(jian)如離(li)合器、齒(chi)輪、風扇、壓盤(pan)(pan)及其總成、制動(dong)盤(pan)(pan)、風葉、水泵葉輪、汽車飛輪、剎車轂(gu)、皮帶輪、砂輪等盤(pan)(pan)類零件(jian)。

通用平衡機(ji)(ji)是指(zhi)能對形(xing)狀和(he)支(zhi)承(cheng)形(xing)式比較(jiao)規(gui)則的轉子進(jin)行動平衡的平衡機(ji)(ji)。通用平衡機(ji)(ji)操作簡單，效率也較(jiao)高(gao)。

專(zhuan)用平(ping)(ping)衡機是能對(dui)支承形式和外觀與一般轉子(zi)不同的(de)轉子(zi)進行(xing)平(ping)(ping)衡的(de)平(ping)(ping)衡機，例如特別針對(dui)發動機的(de)曲軸，汽車(che)的(de)傳動軸進行(xing)設計的(de)平(ping)(ping)衡機。功能專(zhuan)一。  

四. 動(dong)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

即在不平衡(heng)方向去處一定的重(zhong)量。常(chang)用的方式(shi)有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先(xian)進性(xing)和經濟上的(de)合(he)理(li)性(xing)，國際標準(zhun)化(hua)組織(ISO)于1940年制定(ding)了世界公認的(de)ISO1940平衡等級，它將轉子(zi)平衡等級分為11個級別(bie)，每個級別(bie)間以2.5倍為增量，從要求(qiu)更高的(de)G0.4到要求(qiu)更低的(de)G4000。單位為公克(ke)×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡對于轉子(zi)軸(zhou)心的(de)偏心距離。