平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是測(ce)量旋(xuan)轉(zhuan)物(wu)體(ti)(轉(zhuan)子(zi))不平(ping)衡(heng)(heng)量大小和位(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。大興安嶺電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床(chuang)主(zhu)軸、內燃(ran)機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪等(deng)旋轉(zhuan)零(ling)部件在制(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)中(zhong)，都需要(yao)經過(guo)平衡才(cai)能平穩正常地運轉(zhuan)。

根據平(ping)衡機(ji)測(ce)出的(de)(de)數據對轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)不(bu)平(ping)衡量(liang)進行校(xiao)正，可改(gai)(gai)善轉(zhuan)(zhuan)子相對于(yu)軸線的(de)(de)質量(liang)分布，使轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用于(yu)軸承上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力(li)減少(shao)到允許的(de)(de)范圍之內。因此，平(ping)衡機(ji)是減小振(zhen)動(dong)、改(gai)(gai)善性(xing)能(neng)和(he)提高質量(liang)的(de)(de)必不(bu)可少(shao)的(de)(de)設備(bei)。

通常，轉子的(de)平衡(heng)包括(kuo)不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)和(he)校(xiao)正兩個步驟(zou)，平衡(heng)機主要用于(yu)不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)，而(er)不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)校(xiao)正則往往借助于(yu)鉆(zhan)床、銑床和(he)點(dian)焊機等其他輔(fu)助設備，或用手(shou)工方法完(wan)成。有些(xie)平衡(heng)機已將校(xiao)正裝置做成為平衡(heng)機的(de)一個部分。

重(zhong)力(li)(li)式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和離心力(li)(li)式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)兩類(lei)典型的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 重力(li)式平衡機(ji)一般稱為靜平衡機(ji)。

它是(shi)依賴轉子(zi)自身的(de)重力作用(yong)來(lai)測量靜不(bu)平衡(heng)的(de)。

置于兩根(gen)水平導軌上(shang)的轉子如有不平衡量，則它對軸線的重(zhong)力矩使(shi)轉子在導軌上(shang)滾動，直至這個不平衡量處于更低位置時才靜(jing)止。

被平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)子放在(zai)用靜壓軸(zhou)承支(zhi)(zhi)承的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)座上，在(zai)支(zhi)(zhi)座的(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝一(yi)片反(fan)(fan)射鏡。當(dang)轉(zhuan)子不存在(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)時，由光(guang)(guang)(guang)源射出的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束經此(ci)反(fan)(fan)射鏡反(fan)(fan)射后(hou)，投射在(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)指(zhi)示(shi)器的(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)坐標(biao)原點。如果(guo)轉(zhuan)子存在(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子支(zhi)(zhi)座在(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)重力矩作用下(xia)發生傾斜，支(zhi)(zhi)座下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)射鏡也隨之傾斜并(bing)使反(fan)(fan)射出的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束偏(pian)轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)(guang)束投在(zai)極(ji)坐標(biao)指(zhi)示(shi)器上的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)點便(bian)離開原點。根(gen)據這個(ge)光(guang)(guang)(guang)點偏(pian)轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)(de)坐標(biao)位置，可(ke)以(yi)得到不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)小和位置。

重力式平(ping)衡機僅適(shi)用于(yu)某些平(ping)衡要求(qiu)(qiu)不高(gao)的(de)(de)盤狀零(ling)件。對于(yu)平(ping)衡要求(qiu)(qiu)高(gao)的(de)(de)轉(zhuan)子，一般采用離心式單面或雙面平(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀態下(xia)，根(gen)據(ju)轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的(de)支承(cheng)振(zhen)動，或(huo)作用于支承(cheng)的(de)振(zhen)動力來(lai)測(ce)量(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其(qi)按校正平(ping)(ping)面(mian)數(shu)量(liang)的(de)不(bu)(bu)(bu)同，可分(fen)為單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和(he)(he)雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機只能(neng)(neng)測(ce)量(liang)一個平(ping)(ping)面(mian)上的(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時進行測(ce)量(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)(neng)測(ce)量(liang)動不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也(ye)能(neng)(neng)分(fen)別測(ce)量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)和(he)(he)偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱為動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

離心力(li)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機按(an)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可分為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速高于(yu)轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固(gu)(gu)有頻率的(de)(de)稱為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。這(zhe)(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度小(xiao)，傳感器(qi)檢測出的(de)(de)信號(hao)(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)位(wei)移(yi)成(cheng)正(zheng)比。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固(gu)(gu)有頻率的(de)(de)稱為(wei)(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機，這(zhe)(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度大(da)，傳感器(qi)檢測出的(de)(de)信號(hao)(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)力(li)成(cheng)正(zheng)比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)主要性能用最小可達(da)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量減少率(lv)兩項綜合指標(biao)表(biao)示。前(qian)者(zhe)是(shi)(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能使轉子達(da)到的(de)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)最小值，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)指標(biao)；后(hou)者(zhe)是(shi)(shi)經過一(yi)次校正后(hou)所減少的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量與初(chu)始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量之比，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)的(de)指標(biao)，一(yi)般用百(bai)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(liang)生產的(de)(de)(de)需(xu)要，對特定(ding)的(de)(de)(de)轉子能自(zi)(zi)動完成平(ping)(ping)(ping)衡測量(liang)和平(ping)(ping)(ping)衡校正的(de)(de)(de)自(zi)(zi)動平(ping)(ping)(ping)衡機，以及平(ping)(ping)(ping)衡自(zi)(zi)動線，現代(dai)已大量(liang)的(de)(de)(de)裝備(bei)在汽車制造(zao)(zao)、電機制造(zao)(zao)等工業部門(men)。

二. 平衡機常用術語解釋

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

為保證旋轉機械正(zheng)常工作所允許(xu)的轉子剩余不平衡量(liang)。該指標用(yong)不平衡度(du)表示時(shi)，稱(cheng)為許(xu)用(yong)不平衡度(du)（亦(yi)稱(cheng)許(xu)用(yong)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(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(you)劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平衡(heng)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(yu)不平衡(heng)量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（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. 不平衡量減少率(lv)（URR）

經過(guo)一次平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)正所減少(shao)的(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初(chu)始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比(bi)值。它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)效率的(de)性能(neng)指標(biao)，以百分數表(biao)示：

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

U2－一次平(ping)衡校(xiao)正后的(de)剩(sheng)余不平(ping)衡量(liang)

13. 不平衡力偶干擾比

單面平衡機(ji)抑止不平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(wei)(wei)校(xiao)驗平衡機性能而設計(ji)的剛性轉子。其(qi)質(zhi)量、大小、尺寸均有規定(ding)，分(fen)立式(shi)(shi)和臥(wo)式(shi)(shi)兩種。立式(shi)(shi)轉子質(zhi)量為(wei)(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)(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)機從原理(li)方面可以分為(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機、軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機、半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 硬(ying)(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)遠低于參(can)振系統共振頻(pin)率的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校(xiao)驗(yan)時(shi)，支(zhi)承(cheng)擺架相對處(chu)于“硬(ying)(ying)”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際軸(zhou)承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校(xiao)正。具有操作簡便、安全性(xing)能好的特點。

2. 軟支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速大于參(can)振系統(tong)共振頻率的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校(xiao)驗(yan)時(shi)，支承(cheng)(cheng)擺架相對(dui)處于“軟”狀態，因此轉子校(xiao)驗(yan)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)時(shi)。支承(cheng)(cheng)條件(jian)與實際軸承(cheng)(cheng)工作條件(jian)不同(tong)。具有(you)測量精(jing)度高的特(te)點。

3. 半硬(ying)支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻(pin)率(lv)之(zhi)間(jian)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。同時具有(you)有(you)硬(ying)支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)支承(cheng)剛(gang)度(du)高的(de)特(te)點(dian)，又有(you)軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)精度(du)高的(de)優點(dian)。

平(ping)衡(heng)機(ji)從應用(yong)(yong)方面分(fen)可分(fen)為立式平(ping)衡(heng)機(ji)和臥式平(ping)衡(heng)機(ji)；專用(yong)(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)和通用(yong)(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)。

臥(wo)式平(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)轉子的(de)旋轉軸在平(ping)衡(heng)機(ji)上呈水平(ping)狀態的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。適用于有轉軸或可裝配工藝軸的(de)轉子，如機(ji)床主軸、滾(gun)筒(tong)、風機(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)轉子、汽(qi)輪(lun)機(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)衡機是(shi)被平(ping)衡轉子(zi)的旋轉軸在平(ping)衡機上呈垂直狀態下的平(ping)衡機。適(shi)用于轉子(zi)本(ben)身不具轉軸的盤(pan)狀工件如離合器、齒輪、風扇、壓盤(pan)及(ji)其總成、制動(dong)盤(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪、汽車(che)飛輪、剎車(che)轂、皮帶輪、砂輪等盤(pan)類(lei)零件。

通(tong)用(yong)平衡(heng)(heng)機是指能(neng)對形狀和支承(cheng)形式比較規則的轉子進行動(dong)平衡(heng)(heng)的平衡(heng)(heng)機。通(tong)用(yong)平衡(heng)(heng)機操作(zuo)簡(jian)單，效(xiao)率也(ye)較高。

專用平(ping)衡機(ji)是能對支承形式和外觀(guan)與一般轉子不同的轉子進行平(ping)衡的平(ping)衡機(ji)，例如(ru)特別(bie)針對發動(dong)機(ji)的曲軸，汽車的傳動(dong)軸進行設(she)計(ji)的平(ping)衡機(ji)。功(gong)能專一。  

四(si). 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(ping)衡方向去(qu)處一定的重(zhong)量。常用的方式有：鏜(tang)削、鉆孔、鑿(zao)削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的先(xian)進(jin)性和經濟上(shang)的合理性，國(guo)際標準化組織(ISO)于1940年制(zhi)定(ding)了世(shi)界公認的ISO1940平(ping)衡(heng)等級，它將轉(zhuan)子平(ping)衡(heng)等級分為11個級別(bie)，每個級別(bie)間以2.5倍為增量，從要求(qiu)更(geng)(geng)高的G0.4到要求(qiu)更(geng)(geng)低的G4000。單位為公克×毫(hao)米(mi)/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對于轉(zhuan)子軸心的偏心距離。