平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量旋轉物體(轉子)不平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。大興電機轉子、機(ji)(ji)床主(zhu)軸、內燃機(ji)(ji)曲軸、汽(qi)輪機(ji)(ji)轉子、陀螺轉子和鐘(zhong)表擺(bai)輪等旋轉零部件在制(zhi)造過程(cheng)中，都需(xu)要經過平(ping)衡才(cai)能(neng)平(ping)穩正常(chang)地運轉。

根據平衡機測出的(de)(de)數(shu)據對(dui)轉子(zi)的(de)(de)不平衡量進行校正，可(ke)改善轉子(zi)相對(dui)于(yu)軸線的(de)(de)質量分布(bu)，使轉子(zi)旋(xuan)轉時(shi)產生的(de)(de)振動或作用于(yu)軸承(cheng)上(shang)的(de)(de)振動力減少到(dao)允(yun)許的(de)(de)范圍之內(nei)。因此，平衡機是減小(xiao)振動、改善性能和提高質量的(de)(de)必(bi)不可(ke)少的(de)(de)設(she)備。

通常，轉子的(de)平(ping)(ping)衡(heng)包括不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)和(he)校正兩個步驟(zou)，平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)主(zhu)要用于不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)，而不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)校正則(ze)往往借(jie)助(zhu)于鉆床、銑床和(he)點焊(han)機(ji)等其他輔助(zhu)設備(bei)，或用手(shou)工方法完(wan)成。有些平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)已將校正裝置做成為平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)一個部分。

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

1. 重力式平衡機(ji)一般(ban)稱(cheng)為靜(jing)平衡機(ji)。

它是(shi)依賴轉子自身的(de)重力作用來測量(liang)靜(jing)不(bu)平(ping)衡的(de)。

置(zhi)(zhi)于兩根水平導(dao)軌上的轉子(zi)如有不(bu)平衡(heng)量，則它對軸線(xian)的重力矩(ju)使(shi)轉子(zi)在導(dao)軌上滾動，直至(zhi)這(zhe)個不(bu)平衡(heng)量處(chu)于更低位(wei)置(zhi)(zhi)時才靜止(zhi)。

被平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)轉子放在(zai)(zai)(zai)用(yong)靜壓軸(zhou)承(cheng)(cheng)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)上(shang)(shang)，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)下面嵌裝一片反射(she)(she)(she)鏡。當轉子不(bu)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)平衡(heng)量時，由光(guang)(guang)源射(she)(she)(she)出的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)經此反射(she)(she)(she)鏡反射(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平衡(heng)量指示(shi)器的(de)(de)(de)(de)(de)極坐標(biao)原點(dian)。如果轉子存在(zai)(zai)(zai)不(bu)平衡(heng)量，則轉子支(zhi)(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平衡(heng)量的(de)(de)(de)(de)(de)重力矩作用(yong)下發生(sheng)傾(qing)(qing)斜，支(zhi)(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)(de)(de)反射(she)(she)(she)鏡也隨之(zhi)傾(qing)(qing)斜并使反射(she)(she)(she)出的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)偏轉，這(zhe)樣光(guang)(guang)束(shu)投在(zai)(zai)(zai)極坐標(biao)指示(shi)器上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)點(dian)便離開原點(dian)。根(gen)據這(zhe)個光(guang)(guang)點(dian)偏轉的(de)(de)(de)(de)(de)坐標(biao)位(wei)置(zhi)，可(ke)以得到不(bu)平衡(heng)量的(de)(de)(de)(de)(de)大小和(he)位(wei)置(zhi)。

重(zhong)力式平(ping)衡(heng)機僅(jin)適用于(yu)某些平(ping)衡(heng)要求不高的盤狀零(ling)件(jian)。對(dui)于(yu)平(ping)衡(heng)要求高的轉子，一般采用離心(xin)式單面(mian)(mian)或雙面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)在轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的(de)支(zhi)承振(zhen)動(dong)，或(huo)作用于支(zhi)承的(de)振(zhen)動(dong)力來測量(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其(qi)按(an)校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)(liang)的(de)不(bu)同，可(ke)分(fen)為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)只能(neng)測量(liang)(liang)一個(ge)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是(shi)在轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時進行測量(liang)(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)測量(liang)(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能(neng)分(fen)別測量(liang)(liang)靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和(he)偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)按(an)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)特性不同(tong)，又(you)可分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)高(gao)于轉子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系統(tong)固有(you)頻率的(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。這(zhe)種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度小，傳感(gan)(gan)器檢測出(chu)的(de)(de)信(xin)號(hao)與(yu)(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動(dong)位移成(cheng)正比。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)低(di)於轉子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系統(tong)固有(you)頻率的(de)(de)稱為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)，這(zhe)種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度大，傳感(gan)(gan)器檢測出(chu)的(de)(de)信(xin)號(hao)與(yu)(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動(dong)力成(cheng)正比。

平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的主(zhu)要(yao)性(xing)能用最(zui)小可(ke)達剩余不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)量，和不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)量減(jian)少率(lv)兩項綜合(he)指標(biao)表示。前者是(shi)(shi)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉(zhuan)子達到的剩余不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)量的最(zui)小值，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平衡(heng)(heng)(heng)能力的指標(biao)；后(hou)者是(shi)(shi)經過一次校(xiao)正后(hou)所減(jian)少的不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)量與(yu)初始(shi)不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)量之比，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)(heng)效率(lv)的指標(biao)，一般(ban)用百(bai)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。
  根據大批量(liang)(liang)生(sheng)產的需要(yao)，對特定的轉子(zi)能(neng)自(zi)動(dong)(dong)完成平(ping)衡測量(liang)(liang)和平(ping)衡校(xiao)正的自(zi)動(dong)(dong)平(ping)衡機，以及(ji)平(ping)衡自(zi)動(dong)(dong)線(xian)，現代已大量(liang)(liang)的裝備在(zai)汽(qi)車制造(zao)、電機制造(zao)等工業部(bu)門(men)。

二(er). 平衡機(ji)常用術語(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

為保證旋轉機(ji)械正常工作所(suo)允許的(de)轉子剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量。該指(zhi)標用不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡度(du)(du)表示(shi)時，稱為許用不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡度(du)(du)（亦稱許用不(bu)平(ping)(ping)(ping)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(ping)衡優劣程度(du)的指標。

G=eperω/1000

式(shi)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可(ke)達(da)剩余(yu)不平衡量（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. 不平衡(heng)量(liang)減少率(lv)（URR）

經過一(yi)次平衡校正所減(jian)少的不(bu)平衡量與初始(shi)不(bu)平衡量之比值。它是衡量平衡機效率的性(xing)能指標，以百分數表示(shi)：

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

U2－一次平衡(heng)校正后的剩余不平衡(heng)量

13. 不(bu)平衡力偶(ou)干(gan)擾比

單面平衡機抑止不平衡力偶影響的(de)性(xing)能(neng)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)校驗平衡機性能而設計的剛性轉子(zi)。其質(zhi)量(liang)、大小、尺寸均有規(gui)定，分立式(shi)和(he)臥式(shi)兩(liang)種(zhong)。立式(shi)轉子(zi)質(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子(zi)質(zhi)量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從(cong)原(yuan)理方(fang)面可以分為(wei)硬支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)、軟(ruan)支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)、半硬支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

1. 硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)轉速遠(yuan)低于(yu)參振系統共振頻率(lv)的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)擺架相對(dui)處于(yu)“硬”狀態，因此(ci)轉子可以在接近實(shi)際軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)正(zheng)。具有操作簡便、安(an)全性能好(hao)的(de)特點。

2. 軟(ruan)支承平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)大于(yu)(yu)參振系統共振頻率的平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)驗(yan)(yan)時(shi)，支承擺架(jia)相對處于(yu)(yu)“軟(ruan)”狀(zhuang)態(tai)，因此轉子校(xiao)驗(yan)(yan)平(ping)(ping)衡(heng)時(shi)。支承條件與實際軸(zhou)承工(gong)作(zuo)條件不同。具有測量精度高的特(te)點。

3. 半(ban)硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機是平衡(heng)轉(zhuan)速在0.3~0.5倍參(can)振(zhen)系統共(gong)振(zhen)頻率之(zhi)間的平衡(heng)機。同(tong)時具有有硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機支(zhi)(zhi)承剛度高的特點，又有軟支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機精度高的優點。

平(ping)衡(heng)機(ji)從(cong)應用(yong)方面分可分為立式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)和(he)(he)臥(wo)式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)；專(zhuan)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)和(he)(he)通用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)。

臥式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。適(shi)用于有(you)轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)，如機(ji)床(chuang)主軸、滾(gun)筒、風(feng)機(ji)、增(zeng)壓(ya)器、電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽(qi)輪機(ji)等等。

立式平(ping)衡(heng)機是被平(ping)衡(heng)轉子(zi)的(de)旋轉軸在平(ping)衡(heng)機上(shang)呈垂(chui)直狀(zhuang)態下的(de)平(ping)衡(heng)機。適(shi)用于轉子(zi)本身不具(ju)轉軸的(de)盤(pan)狀(zhuang)工件如離合器、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總成(cheng)、制動盤(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)(lun)、汽車(che)飛(fei)輪(lun)(lun)、剎(cha)車(che)轂、皮帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等(deng)盤(pan)類零件。

通用平(ping)(ping)衡機是指能對形(xing)狀和支承形(xing)式比較規則(ze)的轉子進行動平(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)衡機。通用平(ping)(ping)衡機操作簡(jian)單，效(xiao)率也(ye)較高。

專用(yong)平衡(heng)(heng)機(ji)是能對支承形式和外觀與一(yi)(yi)般轉子不(bu)同的(de)(de)轉子進(jin)行(xing)平衡(heng)(heng)的(de)(de)平衡(heng)(heng)機(ji)，例(li)如特別針對發動機(ji)的(de)(de)曲軸，汽(qi)車的(de)(de)傳動軸進(jin)行(xing)設計的(de)(de)平衡(heng)(heng)機(ji)。功能專一(yi)(yi)。  

四. 動平(ping)衡加(jia)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

即在不平衡方(fang)向去處一定的(de)(de)重量。常(chang)用的(de)(de)方(fang)式有：鏜(tang)削、鉆孔、鑿(zao)削、銑削、磨削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到(dao)(dao)技(ji)術的先進性和經濟上的合理(li)性，國(guo)際標準化組織(zhi)(ISO)于1940年制(zhi)定(ding)了世界公(gong)(gong)認(ren)的ISO1940平(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)，它將轉子(zi)平(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)分(fen)為11個(ge)(ge)級(ji)別(bie)，每個(ge)(ge)級(ji)別(bie)間以2.5倍為增量，從要求(qiu)更(geng)高的G0.4到(dao)(dao)要求(qiu)更(geng)低的G4000。單位為公(gong)(gong)克×毫米/公(gong)(gong)斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對(dui)于轉子(zi)軸心的偏(pian)心距離。