平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機(ji)是測量(liang)旋轉物體(轉子)不平(ping)衡(heng)量(liang)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。大連電機轉(zhuan)子、機(ji)床主軸、內燃(ran)機(ji)曲軸、汽輪(lun)機(ji)轉(zhuan)子、陀(tuo)螺轉(zhuan)子和鐘表擺(bai)輪(lun)等旋轉(zhuan)零(ling)部件在制造過程中，都(dou)需要經過平衡(heng)才能平穩正常地運轉(zhuan)。

根(gen)據平(ping)(ping)衡(heng)機測出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)子的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)進行校正，可改善轉(zhuan)子相對(dui)于軸線的(de)質(zhi)量(liang)分布，使(shi)轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)動(dong)或作用于軸承上的(de)振(zhen)動(dong)力減(jian)少到允(yun)許的(de)范圍(wei)之(zhi)內。因此，平(ping)(ping)衡(heng)機是減(jian)小振(zhen)動(dong)、改善性能和(he)提高質(zhi)量(liang)的(de)必(bi)不(bu)可少的(de)設備。

通常，轉子的(de)平衡(heng)包(bao)括不平衡(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和校正(zheng)兩個(ge)步驟，平衡(heng)機(ji)主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)于不平衡(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不平衡(heng)量(liang)的(de)校正(zheng)則往(wang)(wang)往(wang)(wang)借助于鉆床、銑床和點焊(han)機(ji)等(deng)其他輔(fu)助設(she)備，或用(yong)(yong)手工方法完成(cheng)。有些平衡(heng)機(ji)已(yi)將校正(zheng)裝置(zhi)做(zuo)成(cheng)為平衡(heng)機(ji)的(de)一個(ge)部分。

重力式平(ping)衡機(ji)(ji)和離(li)心力式平(ping)衡機(ji)(ji)是(shi)兩類典型的平(ping)衡機(ji)(ji)。

1. 重力式(shi)平衡機(ji)一般稱(cheng)為(wei)靜平衡機(ji)。

它是(shi)依賴轉(zhuan)子自身的重(zhong)力作用來測量靜(jing)不平衡的。

置(zhi)于兩根水平導(dao)軌(gui)上的(de)轉(zhuan)子如有不(bu)平衡量，則它對軸線的(de)重力矩(ju)使(shi)轉(zhuan)子在(zai)導(dao)軌(gui)上滾動，直至(zhi)這個不(bu)平衡量處于更低(di)位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)(heng)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)放在(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)(zuo)的(de)下(xia)面嵌裝一片反射(she)鏡。當(dang)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)存在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)時，由光(guang)源射(she)出的(de)光(guang)束經此(ci)反射(she)鏡反射(she)后(hou)，投射(she)在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)指示器(qi)的(de)極坐標原(yuan)(yuan)點(dian)(dian)。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)存在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)(zuo)在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)重力(li)矩作用下(xia)發生傾(qing)斜，支(zhi)座(zuo)(zuo)下(xia)的(de)反射(she)鏡也隨之傾(qing)斜并使反射(she)出的(de)光(guang)束偏(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束投在(zai)極坐標指示器(qi)上的(de)光(guang)點(dian)(dian)便離開原(yuan)(yuan)點(dian)(dian)。根據這(zhe)個光(guang)點(dian)(dian)偏(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)的(de)坐標位置，可以得到(dao)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)大小和位置。

重力式(shi)平(ping)衡(heng)機僅適用于某些平(ping)衡(heng)要求(qiu)不(bu)高的盤狀零(ling)件。對于平(ping)衡(heng)要求(qiu)高的轉(zhuan)子，一般(ban)采用離心式(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)(ji)是(shi)在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋轉(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)支(zhi)承振動(dong)，或作用(yong)于支(zhi)承的(de)振動(dong)力來測量(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)的(de)不(bu)(bu)同，可分(fen)(fen)為單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只能(neng)測量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)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(ta)雖(sui)然是(shi)在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋轉(zhuan)時進行測量(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)測量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分(fen)(fen)別測量(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶(ou)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力(li)(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固有頻率的(de)(de)稱(cheng)為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小，傳(chuan)(chuan)感(gan)器檢測(ce)出(chu)(chu)的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)位(wei)移成正比。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)低(di)於(wu)轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固有頻率的(de)(de)稱(cheng)為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)，這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大，傳(chuan)(chuan)感(gan)器檢測(ce)出(chu)(chu)的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)力(li)(li)成正比。

平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)主要性能用(yong)最(zui)(zui)小可達剩余(yu)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(lv)兩項綜合指(zhi)標表(biao)示。前者是平(ping)衡(heng)(heng)機能使轉子達到的(de)(de)剩余(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最(zui)(zui)小值，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機更高平(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)(de)指(zhi)標；后(hou)者是經過(guo)一(yi)次(ci)校(xiao)正后(hou)所減(jian)少(shao)的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)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(lv)的(de)(de)指(zhi)標，一(yi)般用(yong)百分數表(biao)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)產的需要，對特定的轉子能自動(dong)(dong)完成平(ping)(ping)衡測量和平(ping)(ping)衡校(xiao)正的自動(dong)(dong)平(ping)(ping)衡機，以及平(ping)(ping)衡自動(dong)(dong)線，現代已大量的裝備(bei)在汽車制造、電機制造等(deng)工業部(bu)門。

二. 平衡機常用術語解釋(shi)

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)證旋轉機(ji)械(xie)正常工作所允(yun)許的轉子剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量。該指(zhi)標用(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)度表示時，稱為(wei)許用(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)度（亦稱許用(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)(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. 校正(zheng)平面的(de)干擾(rao)（相互影響）

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

衡量轉子平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式(shi)中：G－轉子平衡品(pin)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(xiao)可達剩余(yu)不平衡量（Umar）

最小可達剩余不(bu)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(ping)衡量(liang)減(jian)少率（URR）

經過一次平(ping)(ping)衡校正所減少的(de)不平(ping)(ping)衡量與(yu)初始不平(ping)(ping)衡量之比值。它是衡量平(ping)(ping)衡機效率的(de)性能指標，以百(bai)分數表示：

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

U2－一次(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(rao)比

單(dan)面(mian)平(ping)衡機抑止不平(ping)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(xiao)驗(yan)平衡(heng)機性(xing)能而設計的剛性(xing)轉子(zi)。其(qi)質量、大(da)小、尺(chi)寸均(jun)有規定，分立式(shi)和臥式(shi)兩種。立式(shi)轉子(zi)質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子(zi)質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機從原理方面可(ke)以分為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機、軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機、半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機。

1. 硬支承平衡(heng)(heng)機(ji)是平衡(heng)(heng)轉(zhuan)速遠低于參振系統共振頻率的平衡(heng)(heng)機(ji)。平衡(heng)(heng)校驗時，支承擺架相對(dui)處于“硬”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際軸承條件下進行平衡(heng)(heng)校正。具有操作(zuo)簡便(bian)、安全(quan)性能好(hao)的特點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速大于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗時(shi)，支(zhi)承(cheng)擺架相對處于(yu)“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校(xiao)驗平(ping)(ping)衡(heng)(heng)時(shi)。支(zhi)承(cheng)條件(jian)與實際軸承(cheng)工作條件(jian)不(bu)同。具有測量精(jing)度高(gao)的特點。

3. 半硬(ying)支承(cheng)平衡機(ji)是(shi)平衡轉速在(zai)0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的平衡機(ji)。同時具(ju)有(you)(you)有(you)(you)硬(ying)支承(cheng)平衡機(ji)支承(cheng)剛度(du)高(gao)的特(te)點，又有(you)(you)軟支承(cheng)平衡機(ji)精度(du)高(gao)的優點。

平(ping)衡(heng)(heng)機從(cong)應用方(fang)面分可分為(wei)立式平(ping)衡(heng)(heng)機和(he)(he)臥(wo)式平(ping)衡(heng)(heng)機；專用平(ping)衡(heng)(heng)機和(he)(he)通用平(ping)衡(heng)(heng)機。

臥式(shi)平衡(heng)機(ji)是被平衡(heng)轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)在平衡(heng)機(ji)上(shang)呈水平狀態的(de)平衡(heng)機(ji)。適用(yong)于有轉(zhuan)軸(zhou)或(huo)可裝配工(gong)藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)子，如機(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)子、汽輪(lun)機(ji)等等。

立式平衡機是(shi)被平衡轉(zhuan)子的(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸在平衡機上(shang)呈垂直狀(zhuang)態下(xia)的(de)平衡機。適用于轉(zhuan)子本(ben)身不具(ju)轉(zhuan)軸的(de)盤狀(zhuang)工件(jian)如(ru)離合器(qi)、齒輪(lun)、風(feng)扇、壓盤及(ji)其總成、制動(dong)盤、風(feng)葉、水泵葉輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零(ling)件(jian)。

通用平衡(heng)機(ji)是指能對形狀和支承形式比較(jiao)規(gui)則的轉子(zi)進行動平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)。通用平衡(heng)機(ji)操作簡單，效(xiao)率也較(jiao)高。

專用(yong)平(ping)衡機(ji)是能(neng)對(dui)支承形(xing)式和外觀與一般轉子不同的轉子進(jin)行(xing)(xing)平(ping)衡的平(ping)衡機(ji)，例如特別針對(dui)發動機(ji)的曲軸，汽車的傳動軸進(jin)行(xing)(xing)設計(ji)的平(ping)衡機(ji)。功能(neng)專一。  

四(si). 動平衡加工(gong)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(bu)平(ping)衡方向去處一定(ding)的重量。常用的方式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)技術(shu)的先進性和經濟上(shang)的合(he)理性，國際標(biao)準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了(le)世界公認(ren)的ISO1940平(ping)衡(heng)等級(ji)，它將轉子平(ping)衡(heng)等級(ji)分為11個級(ji)別(bie)，每個級(ji)別(bie)間以(yi)2.5倍為增量，從要(yao)求更(geng)高的G0.4到(dao)要(yao)求更(geng)低的G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代(dai)表(biao)不(bu)平(ping)衡(heng)對于(yu)轉子軸(zhou)心的偏心距(ju)離。