平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)測(ce)量(liang)旋轉物體(轉子)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)大小和位(wei)置的(de)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。丹東電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內(nei)燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零部(bu)件(jian)在制(zhi)造過程中(zhong)，都需要經(jing)過平衡才能平穩正常(chang)地(di)運轉(zhuan)。

根據平(ping)(ping)衡機(ji)測出的(de)數(shu)據對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡量進行校正，可改善(shan)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)相(xiang)對于(yu)軸(zhou)線的(de)質量分(fen)布(bu)，使轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時產(chan)生(sheng)的(de)振動或作(zuo)用于(yu)軸(zhou)承上的(de)振動力減(jian)(jian)少到允許(xu)的(de)范圍之內。因此，平(ping)(ping)衡機(ji)是減(jian)(jian)小振動、改善(shan)性(xing)能和提高(gao)質量的(de)必不(bu)可少的(de)設(she)備(bei)。

通常，轉子的(de)(de)平(ping)衡(heng)包括不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)和(he)校正兩個步(bu)驟，平(ping)衡(heng)機(ji)主要用(yong)于(yu)(yu)不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)，而不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)校正則(ze)往往借助于(yu)(yu)鉆床(chuang)、銑床(chuang)和(he)點焊(han)機(ji)等(deng)其他輔助設備，或用(yong)手工(gong)方法完成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)機(ji)已將校正裝置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)一個部分。

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

1. 重力式平衡機(ji)一般稱為靜(jing)平衡機(ji)。

它是(shi)依賴轉(zhuan)子自身的重力作(zuo)用來測量(liang)靜不平衡(heng)的。

置于兩根水平(ping)導軌上的(de)轉(zhuan)子如(ru)有不平(ping)衡量，則它對軸線的(de)重力矩使轉(zhuan)子在導軌上滾動(dong)，直至(zhi)這個(ge)不平(ping)衡量處(chu)于更低位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)(zai)用(yong)(yong)靜壓軸(zhou)承支(zhi)承的(de)(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)下面(mian)嵌裝一片反射(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子(zi)不存(cun)在(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)時(shi)，由(you)光(guang)(guang)源(yuan)射(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)束經(jing)此(ci)反射(she)鏡(jing)反射(she)后，投(tou)射(she)在(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)指(zhi)示器(qi)的(de)(de)極(ji)坐(zuo)標(biao)原點。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)存(cun)在(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，則(ze)轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)重力矩作用(yong)(yong)下發生傾斜，支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)反射(she)鏡(jing)也隨(sui)之傾斜并使反射(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)束偏轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)束投(tou)在(zai)(zai)極(ji)坐(zuo)標(biao)指(zhi)示器(qi)上的(de)(de)光(guang)(guang)點便離開(kai)原點。根據這個(ge)光(guang)(guang)點偏轉(zhuan)的(de)(de)坐(zuo)標(biao)位(wei)置(zhi)，可以得到(dao)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)大小(xiao)和位(wei)置(zhi)。

重力(li)式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機僅適用(yong)于某(mou)些(xie)平(ping)衡(heng)要求不高(gao)的(de)盤狀零件。對于平(ping)衡(heng)要求高(gao)的(de)轉子，一般(ban)采(cai)用(yong)離心式(shi)(shi)單(dan)面或雙面平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的(de)(de)狀態下，根(gen)據(ju)轉(zhuan)子不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)引(yin)起(qi)的(de)(de)支承(cheng)(cheng)振動(dong)，或作用于(yu)(yu)支承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)力(li)來測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的(de)(de)不同(tong)，可分為單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機只(zhi)能測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)一(yi)個(ge)平(ping)(ping)面(mian)上的(de)(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不平(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進行(xing)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)，但仍屬于(yu)(yu)靜平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)動(dong)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分別測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)靜不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

離心力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特(te)性不(bu)同，又(you)可分為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)速高于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有頻率的(de)(de)(de)(de)(de)稱為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)(gang)度小(xiao)，傳(chuan)感器(qi)(qi)檢(jian)測出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)振動(dong)位移(yi)成正比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)速低於轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有頻率的(de)(de)(de)(de)(de)稱為硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)(gang)度大，傳(chuan)感器(qi)(qi)檢(jian)測出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)振動(dong)力成正比。

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)主要性能(neng)用最(zui)小可達剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量，和不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量減少率(lv)兩項(xiang)綜合指(zhi)標表示(shi)。前者是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)使轉子(zi)達到的(de)(de)(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)最(zui)小值，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)更高平(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)(de)指(zhi)標；后者是(shi)經過(guo)一(yi)次校(xiao)正(zheng)后所減少的(de)(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量與(yu)初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量之比(bi)，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)的(de)(de)(de)指(zhi)標，一(yi)般(ban)用百分數表示(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。
  根據大批(pi)量生產的需要，對(dui)特(te)定的轉(zhuan)子能自(zi)動完成平(ping)衡測量和平(ping)衡校正的自(zi)動平(ping)衡機(ji)，以及平(ping)衡自(zi)動線(xian)，現代已大量的裝備在汽車制造、電(dian)機(ji)制造等工業部門。

二. 平衡機常用術語解(jie)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

為保證(zheng)旋轉(zhuan)(zhuan)機械正常工作所允許的轉(zhuan)(zhuan)子剩(sheng)余不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)。該指標用不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)度(du)表示時，稱為許用不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)度(du)（亦稱許用不(bu)(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)正平面的(de)干擾（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

衡量轉子(zi)平衡優劣(lie)程度(du)的指標。

G=eperω/1000

式中：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(wei)：gmm/kg或μm

11. 最(zui)小(xiao)可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余不平衡量（Umar）。單位(wei)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(jian)少率(lv)（URR）

經過(guo)一次平(ping)衡校正所減少的不平(ping)衡量與(yu)初始不平(ping)衡量之比值。它是衡量平(ping)衡機效率(lv)的性能指標，以百分數表(biao)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不(bu)平衡量

13. 不平衡(heng)力偶(ou)干擾(rao)比

單面平衡(heng)機抑止不平衡(heng)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(wei)校驗平(ping)衡(heng)機性(xing)能(neng)而設計的剛(gang)性(xing)轉(zhuan)子(zi)。其(qi)質(zhi)量(liang)(liang)、大小、尺寸均有規定，分(fen)立式(shi)和臥式(shi)兩種(zhong)。立式(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從原(yuan)理方面可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)硬支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半硬支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡機是平(ping)衡轉速遠低于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率的(de)平(ping)衡機。平(ping)衡校驗(yan)時，支承(cheng)擺架相對處于(yu)“硬”狀態，因此轉子可以在接(jie)近實(shi)際軸承(cheng)條件(jian)下進行平(ping)衡校正。具(ju)有(you)操作簡便、安全性能好的(de)特點。

2. 軟支承(cheng)平衡機(ji)是平衡轉(zhuan)速大于參振系(xi)統(tong)共振頻率的(de)(de)平衡機(ji)。平衡校(xiao)(xiao)驗(yan)時(shi)，支承(cheng)擺(bai)架相對處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校(xiao)(xiao)驗(yan)平衡時(shi)。支承(cheng)條件(jian)與實際軸承(cheng)工作條件(jian)不同。具有測量精(jing)度(du)高的(de)(de)特點。

3. 半硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速在(zai)0.3~0.5倍參振系(xi)統(tong)共(gong)振頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)支承(cheng)(cheng)剛度高(gao)的(de)特點，又有(you)軟支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)精度高(gao)的(de)優點。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從應(ying)用方面分可分為立(li)式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和臥式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)；專用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和通用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

臥式平(ping)衡(heng)機是被(bei)平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡(heng)機。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可(ke)裝配工(gong)藝軸(zhou)的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)，如機床主軸(zhou)、滾筒、風機、增(zeng)壓器、電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽(qi)輪機等(deng)(deng)等(deng)(deng)。

立式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉子的(de)旋轉軸在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈垂直狀(zhuang)態(tai)下的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適用(yong)于轉子本身不(bu)具轉軸的(de)盤(pan)狀(zhuang)工件(jian)如離合器、齒(chi)輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及其(qi)總成(cheng)、制動盤(pan)、風葉、水(shui)泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎(cha)車轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)類零件(jian)。

通用平(ping)衡(heng)(heng)機是指(zhi)能對形狀(zhuang)和(he)支承形式比較(jiao)規則的轉子進行動平(ping)衡(heng)(heng)的平(ping)衡(heng)(heng)機。通用平(ping)衡(heng)(heng)機操作簡單，效率也較(jiao)高。

專用平衡(heng)機是能對(dui)支承形(xing)式和外觀與一般轉子不同的轉子進(jin)行平衡(heng)的平衡(heng)機，例如(ru)特別針對(dui)發(fa)動(dong)機的曲軸，汽車(che)的傳動(dong)軸進(jin)行設(she)計的平衡(heng)機。功能專一。  

四. 動平衡加工的方法

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(zai)不平衡方(fang)向(xiang)去處(chu)一定(ding)的(de)重量。常用的(de)方(fang)式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到(dao)技術(shu)的(de)先(xian)進性和經(jing)濟上的(de)合(he)理(li)性，國際標(biao)準化組織(ISO)于(yu)1940年制定(ding)了世界公認的(de)ISO1940平衡等級，它將(jiang)轉子平衡等級分(fen)為11個(ge)級別(bie)，每個(ge)級別(bie)間以2.5倍為增量，從(cong)要求(qiu)更高的(de)G0.4到(dao)要求(qiu)更低的(de)G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表(biao)不平衡對于(yu)轉子軸心的(de)偏心距(ju)離。