平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)(ping)衡機是測量旋轉物體(轉子)不平(ping)(ping)衡量大小和位置的機器。

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。朝陽電機轉(zhuan)子、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪機轉(zhuan)子、陀螺(luo)轉(zhuan)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零(ling)部(bu)件在制造過程中，都需要經過平(ping)衡才能平(ping)穩正常(chang)地(di)運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)(ping)衡(heng)機測出的(de)(de)數據(ju)對轉子的(de)(de)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)進行(xing)校正，可(ke)(ke)改善(shan)轉子相對于(yu)(yu)軸(zhou)(zhou)線的(de)(de)質量(liang)分布(bu)，使轉子旋轉時產生的(de)(de)振(zhen)動或作用于(yu)(yu)軸(zhou)(zhou)承上(shang)的(de)(de)振(zhen)動力減少到(dao)允許的(de)(de)范圍之內。因此，平(ping)(ping)衡(heng)機是減小振(zhen)動、改善(shan)性能和(he)提高質量(liang)的(de)(de)必(bi)不可(ke)(ke)少的(de)(de)設(she)備。

通常，轉子的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)包括不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的測(ce)量和(he)校(xiao)正兩(liang)個步驟，平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機主要(yao)用于不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的測(ce)量，而(er)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的校(xiao)正則往往借助(zhu)于鉆床、銑床和(he)點焊機等其他輔助(zhu)設備，或用手(shou)工方法完(wan)成(cheng)。有些(xie)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機已將校(xiao)正裝(zhuang)置做成(cheng)為平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的一個部分。

重(zhong)力式(shi)平(ping)衡機和(he)離心力式(shi)平(ping)衡機是(shi)兩(liang)類典型的(de)平(ping)衡機。

1. 重力式(shi)平衡(heng)機一般稱(cheng)為靜(jing)平衡(heng)機。

它是依賴轉(zhuan)子(zi)自(zi)身的重力作用來測量(liang)靜(jing)不平衡(heng)的。

置于兩根水平導軌上的(de)轉子(zi)如有不平衡(heng)量(liang)，則它對軸線(xian)的(de)重力矩(ju)使轉子(zi)在(zai)導軌上滾動，直至這(zhe)個(ge)不平衡(heng)量(liang)處于更(geng)低位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放在用靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)上，在支(zhi)座(zuo)的(de)下面(mian)嵌裝一片(pian)反(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)。當轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)存在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)時(shi)，由光(guang)源(yuan)射(she)(she)(she)(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)(shu)經此反(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)反(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)后(hou)，投射(she)(she)(she)(she)(she)在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)指示器的(de)極坐(zuo)標(biao)原點(dian)。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)(zi)存在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，則(ze)轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)座(zuo)在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)重力矩作(zuo)用下發生傾(qing)斜(xie)(xie)，支(zhi)座(zuo)下的(de)反(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)也隨之傾(qing)斜(xie)(xie)并使反(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束(shu)(shu)投在極坐(zuo)標(biao)指示器上的(de)光(guang)點(dian)便離開原點(dian)。根(gen)據(ju)這(zhe)個(ge)光(guang)點(dian)偏轉(zhuan)的(de)坐(zuo)標(biao)位置，可以(yi)得到不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)大小和位置。

重力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機僅適用(yong)于(yu)(yu)某(mou)些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)要求(qiu)不高的(de)盤狀零件(jian)。對于(yu)(yu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)要求(qiu)高的(de)轉子，一(yi)般采用(yong)離心式(shi)單面(mian)(mian)或雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的狀(zhuang)態下(xia)，根據轉(zhuan)子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承振動，或作用(yong)于支承的振動力(li)來(lai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可分為單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)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)只能測(ce)(ce)量(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進行測(ce)(ce)量(liang)(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能測(ce)(ce)量(liang)(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別(bie)測(ce)(ce)量(liang)(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般(ban)稱(cheng)為動平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機按支(zhi)(zhi)承特性不同，又可(ke)分為軟支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機和硬支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)高于轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承系(xi)統固有(you)頻率的稱為軟支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機。這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)機的支(zhi)(zhi)承剛度小(xiao)，傳(chuan)感(gan)器檢測(ce)出的信號與(yu)支(zhi)(zhi)承的振動位移(yi)成正比(bi)。平(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)低於轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承系(xi)統固有(you)頻率的稱為硬支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機，這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)機的支(zhi)(zhi)承剛度大，傳(chuan)感(gan)器檢測(ce)出的信號與(yu)支(zhi)(zhi)承的振動力(li)成正比(bi)。

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主要性能用(yong)最小可達剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)減(jian)少(shao)率兩項綜(zong)合指(zhi)標表示。前者(zhe)是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能使轉子達到(dao)的(de)(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最小值，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)衡(heng)(heng)能力(li)的(de)(de)指(zhi)標；后者(zhe)是(shi)經過一次校正后所(suo)減(jian)少(shao)的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與(yu)初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)(de)指(zhi)標，一般(ban)用(yong)百分數(shu)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)量生產的需要，對特定的轉子能自動(dong)完成平(ping)(ping)衡(heng)測量和平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)正的自動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)機，以及(ji)平(ping)(ping)衡(heng)自動(dong)線，現代已大量的裝備(bei)在汽車制(zhi)造(zao)、電(dian)機制(zhi)造(zao)等工業部門。

二(er). 平衡機常用(yong)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)(wei)保證旋轉(zhuan)機械正常工作所允許(xu)的轉(zhuan)子剩余不平(ping)衡量(liang)。該(gai)指標(biao)用不平(ping)衡度表示時，稱為(wei)(wei)許(xu)用不平(ping)衡度（亦稱許(xu)用不平(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(de)干擾(rao)（相互(hu)影(ying)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

衡量(liang)轉子平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子(zi)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 

         單位：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最(zui)小可達剩(sheng)余不平(ping)衡(heng)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(bu)平衡量(liang)減少(shao)率（URR）

經過(guo)一(yi)次平衡(heng)(heng)校正所減少的不平衡(heng)(heng)量與初始(shi)不平衡(heng)(heng)量之比值。它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)機效率(lv)的性能指標(biao)，以百(bai)分數表示：

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

U2－一次平衡校(xiao)正后(hou)的剩余不(bu)平衡量

13. 不平衡力(li)偶干擾比(bi)

單面平衡機(ji)抑止不(bu)平衡力偶影響的性能指(zhi)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

為校驗平衡機性能而設計的剛(gang)性轉子(zi)。其質(zhi)量、大小、尺寸均有(you)規定，分立式(shi)和(he)臥(wo)(wo)式(shi)兩種(zhong)。立式(shi)轉子(zi)質(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)(wo)式(shi)轉子(zi)質(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機從原理方(fang)面可以分為硬(ying)支承平衡機、軟支承平衡機、半硬(ying)支承平衡機。

1. 硬支承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)遠低于參振系統共(gong)振頻率(lv)的(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校驗時，支承擺架相對處于“硬”狀態，因此(ci)轉(zhuan)子可以(yi)在接近實際軸承條件(jian)下進行平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校正。具(ju)有操作(zuo)簡便、安全(quan)性能好(hao)的(de)特點。

2. 軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)轉速大于參振系統共振頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支(zhi)(zhi)承(cheng)擺架相對處于“軟”狀態(tai)，因此轉子校驗平(ping)衡(heng)時。支(zhi)(zhi)承(cheng)條件與(yu)實際(ji)軸承(cheng)工作條件不同。具有測量精度高的特(te)點(dian)。

3. 半(ban)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)在0.3~0.5倍參振系統(tong)共(gong)振頻率之間的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度高的特點(dian)(dian)，又有(you)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)精度高的優點(dian)(dian)。

平衡(heng)(heng)機從應用方面分可(ke)分為立式平衡(heng)(heng)機和(he)臥(wo)式平衡(heng)(heng)機；專(zhuan)用平衡(heng)(heng)機和(he)通用平衡(heng)(heng)機。

臥式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈水平(ping)狀(zhuang)態(tai)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。適用(yong)于有(you)轉(zhuan)軸或可(ke)裝配工藝軸的(de)轉(zhuan)子，如(ru)機(ji)(ji)(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)、增壓(ya)器(qi)、電機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子、汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)衡機是(shi)被(bei)平(ping)衡轉子的旋轉軸(zhou)在平(ping)衡機上(shang)呈垂直狀態(tai)下的平(ping)衡機。適用于轉子本身不(bu)具轉軸(zhou)的盤狀工件如離合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤及其總成、制(zhi)動盤、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂、皮(pi)帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件。

通用平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是(shi)指能對形狀和支承形式(shi)比較規則的(de)轉(zhuan)子進行動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。通用平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)操作簡單，效(xiao)率也較高。

專用平衡(heng)(heng)(heng)機是能(neng)對(dui)支承形式(shi)和(he)外觀與一(yi)般轉子(zi)不(bu)同的轉子(zi)進(jin)行平衡(heng)(heng)(heng)的平衡(heng)(heng)(heng)機，例如特別(bie)針對(dui)發動機的曲軸(zhou)，汽車(che)的傳動軸(zhou)進(jin)行設計的平衡(heng)(heng)(heng)機。功能(neng)專一(yi)。  

四. 動(dong)平衡加工的方(fang)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)平衡方向(xiang)去處一(yi)定的重(zhong)量。常用的方式有：鏜削、鉆孔、鑿(zao)削、銑(xian)削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到技術(shu)的先進性和經濟上(shang)的合理性，國際標準化(hua)組織(ISO)于(yu)1940年制(zhi)定(ding)了(le)世界公(gong)認的ISO1940平衡等(deng)(deng)級(ji)，它將轉子(zi)平衡等(deng)(deng)級(ji)分為11個級(ji)別，每個級(ji)別間以2.5倍為增量(liang)，從要求(qiu)更高(gao)的G0.4到要求(qiu)更低的G4000。單位為公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉子(zi)軸(zhou)心(xin)的偏心(xin)距(ju)離。