平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機(ji)是測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子(zi))不平衡(heng)量大小和位置的機(ji)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。大渡口電機轉(zhuan)子(zi)、機床主軸(zhou)、內燃機曲軸(zhou)、汽輪機轉(zhuan)子(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)子(zi)和(he)鐘表擺(bai)輪等旋轉(zhuan)零(ling)部件在制造過(guo)程中，都需要經過(guo)平衡才能平穩正常地運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡(heng)機測出的(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)進行校正，可改(gai)(gai)善轉(zhuan)子(zi)相對于軸(zhou)線的(de)(de)質量(liang)分布，使(shi)轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時產生的(de)(de)振動(dong)或作用于軸(zhou)承上的(de)(de)振動(dong)力減(jian)少到允許的(de)(de)范圍之內。因此，平(ping)衡(heng)機是減(jian)小振動(dong)、改(gai)(gai)善性能和(he)提高質量(liang)的(de)(de)必不(bu)可少的(de)(de)設備。

通常(chang)，轉子的平(ping)衡(heng)包括不平(ping)衡(heng)量(liang)的測量(liang)和校正兩個步驟，平(ping)衡(heng)機主要用(yong)于不平(ping)衡(heng)量(liang)的測量(liang)，而不平(ping)衡(heng)量(liang)的校正則(ze)往(wang)往(wang)借助于鉆床、銑床和點(dian)焊(han)機等其他(ta)輔助設(she)備，或用(yong)手工方法完(wan)成。有些平(ping)衡(heng)機已將校正裝置做成為(wei)平(ping)衡(heng)機的一個部分(fen)。

重(zhong)力(li)式平(ping)衡機和離心(xin)力(li)式平(ping)衡機是兩類典型的平(ping)衡機。

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

它(ta)是依賴(lai)轉子自身(shen)的重力(li)作用(yong)來(lai)測量靜(jing)不平衡(heng)的。

置于兩根水平(ping)導(dao)軌上的轉子如(ru)有(you)不(bu)平(ping)衡量，則(ze)它對軸(zhou)線(xian)的重(zhong)力矩使轉子在導(dao)軌上滾動，直至這個不(bu)平(ping)衡量處于更(geng)低位置時才靜止。

被平衡的(de)(de)(de)(de)轉子(zi)放在(zai)用(yong)靜(jing)壓軸承支承的(de)(de)(de)(de)支座(zuo)上(shang)，在(zai)支座(zuo)的(de)(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一片(pian)反(fan)射(she)鏡。當轉子(zi)不(bu)存(cun)在(zai)不(bu)平衡量時，由光源射(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光束經此反(fan)射(she)鏡反(fan)射(she)后，投射(she)在(zai)不(bu)平衡量指示(shi)器的(de)(de)(de)(de)極坐(zuo)標(biao)原(yuan)點。如果轉子(zi)存(cun)在(zai)不(bu)平衡量，則轉子(zi)支座(zuo)在(zai)不(bu)平衡量的(de)(de)(de)(de)重(zhong)力矩作用(yong)下發(fa)生傾(qing)斜，支座(zuo)下的(de)(de)(de)(de)反(fan)射(she)鏡也隨(sui)之傾(qing)斜并使(shi)反(fan)射(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光束偏轉，這樣光束投在(zai)極坐(zuo)標(biao)指示(shi)器上(shang)的(de)(de)(de)(de)光點便離開原(yuan)點。根據這個光點偏轉的(de)(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位置，可以得到不(bu)平衡量的(de)(de)(de)(de)大小和位置。

重力式(shi)平(ping)衡機(ji)僅適用于某些平(ping)衡要求不高的盤狀零(ling)件。對于平(ping)衡要求高的轉子，一(yi)般采用離心式(shi)單(dan)面或(huo)雙面平(ping)衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是在轉(zhuan)(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀(zhuang)態下，根據轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的(de)支承(cheng)振動，或作用(yong)于(yu)支承(cheng)的(de)振動力來(lai)測(ce)量(liang)(liang)(liang)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其(qi)按(an)校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)(liang)的(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同，可分為(wei)單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和(he)雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)量(liang)(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)時進行測(ce)量(liang)(liang)(liang)，但(dan)仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能測(ce)量(liang)(liang)(liang)動不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分別測(ce)量(liang)(liang)(liang)靜不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱(cheng)為(wei)動平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離(li)心力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機和硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速高(gao)于轉(zhuan)(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機。這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)小(xiao)，傳(chuan)感(gan)器檢測出(chu)的(de)(de)信號(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振動位(wei)移成正比(bi)(bi)。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速低於轉(zhuan)(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機，這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)大(da)，傳(chuan)感(gan)器檢測出(chu)的(de)(de)信號(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振動力(li)成正比(bi)(bi)。

平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)(de)主要性能(neng)用最(zui)小可達剩(sheng)余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩項(xiang)綜合指標表示(shi)。前(qian)者是平(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)使轉子(zi)達到的(de)(de)(de)(de)剩(sheng)余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)最(zui)小值，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機更高(gao)平(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)(de)(de)指標；后(hou)者是經(jing)過一(yi)次校正后(hou)所(suo)減少的(de)(de)(de)(de)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與(yu)初(chu)始不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)(de)(de)(de)指標，一(yi)般(ban)用百分(fen)數表示(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(gen)據大(da)批量(liang)生產的(de)需要，對(dui)特定的(de)轉(zhuan)子能自(zi)動完成(cheng)平衡(heng)測量(liang)和(he)平衡(heng)校正的(de)自(zi)動平衡(heng)機，以及平衡(heng)自(zi)動線，現代已大(da)量(liang)的(de)裝備在汽車制造、電機制造等工業部門。

二(er). 平衡機常(chang)用術(shu)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(bao)證旋轉(zhuan)機(ji)械正常工作所(suo)允(yun)許的(de)轉(zhuan)子剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)量。該指標用不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)表示時，稱為許用不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)（亦稱許用不(bu)平(ping)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(xiao)正(zheng)平(ping)面的(de)干(gan)擾（相(xiang)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(ping)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. 最小可達剩余不平(ping)衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（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）

經過一次平衡(heng)(heng)(heng)校(xiao)正所減(jian)少的不平衡(heng)(heng)(heng)量與初始不平衡(heng)(heng)(heng)量之比值。它是衡(heng)(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)(heng)機效率的性(xing)能指(zhi)標，以(yi)百(bai)分(fen)數表示：

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

U2－一次平衡校正后的剩余(yu)不平衡量

13. 不平衡力偶干擾比

單面平衡機抑止不平衡力偶影響的性(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(wei)(wei)校驗平(ping)衡機性(xing)能而設計的剛性(xing)轉子。其質(zhi)量、大小、尺寸均有規定，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉子質(zhi)量為(wei)(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質(zhi)量為(wei)(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)從原(yuan)理(li)方面(mian)可以分為(wei)硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、半硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是平(ping)衡(heng)轉速遠低于(yu)參(can)振系統共振頻率(lv)的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)擺架相(xiang)對處于(yu)“硬(ying)”狀態，因此轉子可以在接(jie)近實際(ji)軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)校(xiao)正。具有(you)操(cao)作簡便、安全性能好的特點。

2. 軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速大于參(can)振系統(tong)共(gong)振頻(pin)率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支承(cheng)擺架(jia)相對(dui)處于“軟”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子校驗平(ping)衡(heng)時(shi)。支承(cheng)條件與(yu)實際(ji)軸承(cheng)工作條件不同。具有(you)測量(liang)精度高(gao)的特點。

3. 半硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉速在0.3~0.5倍參(can)振(zhen)系統(tong)共振(zhen)頻率之(zhi)間(jian)的(de)平(ping)(ping)衡機。同時具有有硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機支承剛(gang)度(du)高的(de)特點，又(you)有軟支承平(ping)(ping)衡機精度(du)高的(de)優點。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機從應用(yong)(yong)方面(mian)分可分為(wei)立式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和臥式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機；專用(yong)(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和通用(yong)(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

臥(wo)式平衡機(ji)(ji)(ji)是被平衡轉子(zi)的(de)(de)旋轉軸在平衡機(ji)(ji)(ji)上呈水平狀態的(de)(de)平衡機(ji)(ji)(ji)。適用于有轉軸或可(ke)裝配(pei)工藝軸的(de)(de)轉子(zi)，如機(ji)(ji)(ji)床(chuang)主軸、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)(ji)轉子(zi)、汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)(ji)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。

立式平衡(heng)機(ji)是被(bei)平衡(heng)轉子的(de)旋轉軸(zhou)在平衡(heng)機(ji)上呈垂直狀態下的(de)平衡(heng)機(ji)。適用于(yu)轉子本身不具轉軸(zhou)的(de)盤狀工件如離(li)合器、齒輪(lun)、風(feng)扇、壓盤及其總(zong)成(cheng)、制動盤、風(feng)葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)、汽車(che)飛(fei)輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件。

通用平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形狀和支承形式比較規則的(de)轉(zhuan)子進行動平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。通用平(ping)衡(heng)機(ji)操(cao)作簡單，效率也(ye)較高。

專用平衡機是能對支承形(xing)式和(he)外觀與(yu)一般轉子不同的(de)轉子進行(xing)平衡的(de)平衡機，例如特(te)別針對發動(dong)機的(de)曲軸(zhou)，汽車(che)的(de)傳(chuan)動(dong)軸(zhou)進行(xing)設計的(de)平衡機。功能專一。  

四. 動(dong)平衡加(jia)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

即在不(bu)平衡方向(xiang)去處一定的重量(liang)。常(chang)用的方式(shi)有：鏜削(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)(de)(de)先進(jin)性(xing)和(he)經濟上的(de)(de)(de)合理性(xing)，國際標準化組織(ISO)于1940年制定了世界公認的(de)(de)(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等級，它(ta)將轉子平(ping)衡(heng)等級分為11個級別，每個級別間(jian)以2.5倍為增量，從要求更高的(de)(de)(de)G0.4到要求更低的(de)(de)(de)G4000。單位為公克(ke)×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對(dui)于轉子軸心(xin)的(de)(de)(de)偏(pian)心(xin)距離。