平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測量旋(xuan)轉物體(轉子)不平(ping)衡(heng)量大小和(he)位置(zhi)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。大慶電機轉(zhuan)子、機(ji)床主(zhu)軸(zhou)、內燃機(ji)曲軸(zhou)、汽輪(lun)機(ji)轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺輪(lun)等旋轉(zhuan)零部件在制造(zao)過(guo)(guo)程中(zhong)，都需要經過(guo)(guo)平(ping)(ping)衡才能平(ping)(ping)穩正常地運轉(zhuan)。

根據平衡(heng)機(ji)測(ce)出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)(liang)進行校正，可(ke)(ke)改善轉(zhuan)(zhuan)子相對(dui)于軸(zhou)線的(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)布，使(shi)轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)振(zhen)動或作用于軸(zhou)承(cheng)上的(de)振(zhen)動力減(jian)少到允許的(de)范圍之內。因此，平衡(heng)機(ji)是減(jian)小(xiao)振(zhen)動、改善性能和提高(gao)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)的(de)必不(bu)可(ke)(ke)少的(de)設備。

通常，轉(zhuan)子的(de)平(ping)衡(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)測量和校(xiao)正(zheng)兩(liang)個步(bu)驟，平(ping)衡(heng)機主(zhu)要用(yong)于不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)測量，而不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)校(xiao)正(zheng)則(ze)往往借助于鉆床(chuang)、銑床(chuang)和點焊機等其他輔助設備，或用(yong)手工方法完成。有些平(ping)衡(heng)機已(yi)將校(xiao)正(zheng)裝置(zhi)做成為平(ping)衡(heng)機的(de)一個部分。

重力(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和離心(xin)力(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是兩類(lei)典型的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重力式平(ping)衡機一般稱為靜平(ping)衡機。

它是依(yi)賴轉子(zi)自(zi)身的重力作用來測(ce)量(liang)靜(jing)不平(ping)衡(heng)的。

置于(yu)兩根水平(ping)導軌上的轉子(zi)如有不(bu)平(ping)衡(heng)量，則它對軸線的重(zhong)力矩使(shi)轉子(zi)在導軌上滾動，直至(zhi)這個不(bu)平(ping)衡(heng)量處(chu)于(yu)更低位(wei)置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子放在用(yong)靜(jing)壓(ya)軸承(cheng)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)上，在支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)的(de)(de)下面嵌裝一片反(fan)射(she)(she)鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)存(cun)在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)出的(de)(de)光(guang)束經此反(fan)射(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)指示(shi)器(qi)的(de)(de)極坐(zuo)標原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子存(cun)在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，則(ze)轉(zhuan)(zhuan)子支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)重力矩作用(yong)下發(fa)生傾(qing)斜，支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)下的(de)(de)反(fan)射(she)(she)鏡也隨之(zhi)傾(qing)斜并使反(fan)射(she)(she)出的(de)(de)光(guang)束偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束投在極坐(zuo)標指示(shi)器(qi)上的(de)(de)光(guang)點便離開原點。根據這(zhe)個光(guang)點偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)坐(zuo)標位置，可以得到不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)大小和位置。

重力式平衡(heng)機僅適用于某些平衡(heng)要求(qiu)不高(gao)的盤狀(zhuang)零件(jian)。對于平衡(heng)要求(qiu)高(gao)的轉(zhuan)子，一般采用離(li)心式單(dan)面(mian)或雙(shuang)面(mian)平衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的狀態(tai)下，根據轉(zhuan)子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的支承(cheng)振(zhen)動(dong)，或(huo)作用于支承(cheng)的振(zhen)動(dong)力來測量(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可(ke)分(fen)為單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測量(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它(ta)雖然是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進(jin)行測量(liang)(liang)，但仍屬(shu)于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能測量(liang)(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分(fen)別測量(liang)(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般(ban)稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分(fen)為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有(you)頻率的稱(cheng)為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳感(gan)器(qi)檢測出(chu)的信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的振(zhen)動位(wei)移成正比。平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有(you)頻率的稱(cheng)為(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳感(gan)器(qi)檢測出(chu)的信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的振(zhen)動力成正比。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的主要性能(neng)用最小可達(da)剩(sheng)余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和(he)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩項(xiang)綜(zong)合(he)指標表示(shi)。前者(zhe)是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能(neng)使轉(zhuan)子(zi)達(da)到的剩(sheng)余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的最小值，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)力的指標；后者(zhe)是(shi)經過(guo)一(yi)次校正后所減少的不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率的指標，一(yi)般用百(bai)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(da)批量(liang)生產的(de)需要，對特(te)定的(de)轉子能自動(dong)完成平(ping)衡測量(liang)和(he)平(ping)衡校正的(de)自動(dong)平(ping)衡機(ji)，以(yi)及(ji)平(ping)衡自動(dong)線，現代已大(da)量(liang)的(de)裝備在汽(qi)車制造(zao)、電機(ji)制造(zao)等工業部門。

二(er). 平衡機(ji)常(chang)用術語(yu)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)證旋轉機(ji)械正(zheng)常工(gong)作所允許的轉子(zi)剩(sheng)余不平衡量。該指(zhi)標用不平衡度(du)表示時，稱(cheng)為(wei)許用不平衡度(du)（亦(yi)稱(cheng)許用不平衡率）。

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. 校正平面的干擾（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

式中(zhong)：G－轉子平衡品質(zhi)，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(yu)不平衡量（Umar）

最小(xiao)可達剩余(yu)不平(ping)衡量（Umar）。單(dan)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(bu)平衡量減少率（URR）

經過一(yi)次平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)正所減(jian)少的不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比(bi)值。它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機效(xiao)率的性能指標，以百分(fen)數表(biao)示(shi)：

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

U2－一次平衡校正后的剩余不平衡量(liang)

13. 不平衡力偶干擾比

單面(mian)平(ping)衡(heng)機抑止(zhi)不(bu)平(ping)衡(heng)力偶影響(xiang)的性能指(zhi)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)校驗平衡機(ji)性能(neng)而(er)設計的剛性轉(zhuan)子。其質量(liang)、大小(xiao)、尺寸均(jun)有規定，分立式(shi)和臥式(shi)兩種(zhong)。立式(shi)轉(zhuan)子質量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子質量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)從原理方(fang)面可以(yi)分為硬(ying)支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)、軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)、半硬(ying)支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速遠低(di)于(yu)參振系(xi)統共振頻率的(de)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗時(shi)，支承(cheng)擺架相對處于(yu)“硬”狀態，因此(ci)轉子(zi)可以在接近實際(ji)軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)校(xiao)正。具有(you)操作簡便、安全(quan)性能(neng)好的(de)特點(dian)。

2. 軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉速大于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)衡校驗時，支承(cheng)擺(bai)架(jia)相對處于(yu)“軟”狀態，因此轉子校驗平(ping)(ping)衡時。支承(cheng)條件(jian)與實(shi)際軸承(cheng)工作條件(jian)不同(tong)。具(ju)有(you)測量精(jing)度高的特點(dian)。

3. 半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍參振(zhen)系統共振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。同(tong)時具有(you)(you)有(you)(you)硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機支(zhi)承(cheng)剛(gang)度(du)高的(de)特點(dian)，又有(you)(you)軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機精度(du)高的(de)優點(dian)。

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

臥(wo)式平(ping)衡(heng)機是(shi)被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)的旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在(zai)平(ping)衡(heng)機上呈水平(ping)狀態(tai)的平(ping)衡(heng)機。適用于有(you)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配工(gong)藝軸(zhou)的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)，如(ru)機床主(zhu)軸(zhou)、滾筒、風機、增壓器、電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)、汽(qi)輪機等等。

立式(shi)平(ping)(ping)衡機是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡機上呈垂直狀態下(xia)的平(ping)(ping)衡機。適用于轉(zhuan)子本身不具轉(zhuan)軸的盤(pan)狀工件如離合(he)器(qi)、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總成(cheng)、制(zhi)動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車(che)(che)飛輪(lun)、剎車(che)(che)轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等盤(pan)類零件。

通(tong)用平衡機是(shi)指(zhi)能對形狀和支承(cheng)形式比(bi)較規則的(de)轉(zhuan)子進行(xing)動(dong)平衡的(de)平衡機。通(tong)用平衡機操作簡單，效(xiao)率也較高。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)是能(neng)對(dui)支承形式和外觀與一般轉(zhuan)子不同的(de)轉(zhuan)子進行(xing)平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)，例如特別針對(dui)發動機(ji)的(de)曲(qu)軸(zhou)，汽(qi)車的(de)傳動軸(zhou)進行(xing)設計的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。功能(neng)專一。  

四. 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

即在不平(ping)衡方向(xiang)去(qu)處一定的重(zhong)量。常用的方式有(you)：鏜削、鉆(zhan)孔(kong)、鑿(zao)削、銑(xian)削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)技(ji)術的(de)先(xian)進(jin)性(xing)和經(jing)濟上(shang)的(de)合理性(xing)，國際標準化組織(ISO)于1940年(nian)制(zhi)定了世界公(gong)認的(de)ISO1940平衡等級(ji)(ji)，它將轉子平衡等級(ji)(ji)分(fen)為(wei)11個級(ji)(ji)別(bie)，每(mei)個級(ji)(ji)別(bie)間以2.5倍(bei)為(wei)增量，從要求(qiu)(qiu)更(geng)高(gao)的(de)G0.4到(dao)要求(qiu)(qiu)更(geng)低的(de)G4000。單位(wei)為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡對(dui)于轉子軸心(xin)的(de)偏心(xin)距離。