平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測量(liang)旋轉物體(轉子)不平(ping)衡(heng)量(liang)大小和位(wei)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。德州電機轉子(zi)、機床主(zhu)軸(zhou)、內燃機曲軸(zhou)、汽輪(lun)機轉子(zi)、陀螺(luo)轉子(zi)和鐘表擺輪(lun)等旋轉零部件(jian)在制造(zao)過程中，都(dou)需要經過平衡(heng)才能平穩正常(chang)地(di)運轉。

根據平(ping)(ping)衡機測出的(de)(de)(de)數據對轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡量進行校正，可(ke)改善(shan)轉(zhuan)(zhuan)子相對于(yu)軸線(xian)的(de)(de)(de)質(zhi)量分布，使轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)(de)振動或作用于(yu)軸承上的(de)(de)(de)振動力減(jian)少到允(yun)許的(de)(de)(de)范圍(wei)之內(nei)。因此，平(ping)(ping)衡機是減(jian)小振動、改善(shan)性能和提高質(zhi)量的(de)(de)(de)必不(bu)(bu)可(ke)少的(de)(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子的平(ping)(ping)衡包括不平(ping)(ping)衡量的測(ce)量和校(xiao)正兩(liang)個步驟(zou)，平(ping)(ping)衡機主要用(yong)(yong)于不平(ping)(ping)衡量的測(ce)量，而不平(ping)(ping)衡量的校(xiao)正則往往借助于鉆床、銑床和點焊機等其(qi)他輔助設備，或(huo)用(yong)(yong)手工方法完(wan)成。有些(xie)平(ping)(ping)衡機已將校(xiao)正裝置做成為平(ping)(ping)衡機的一(yi)個部分。

重力式平(ping)衡機和離(li)心(xin)力式平(ping)衡機是兩類典型的平(ping)衡機。

1. 重力(li)式(shi)平(ping)衡(heng)機一般稱為(wei)靜平(ping)衡(heng)機。

它是(shi)依賴轉(zhuan)子自身的重力作(zuo)用來測量(liang)靜不(bu)平(ping)衡的。

置(zhi)于兩(liang)根水平(ping)導(dao)軌上(shang)的轉子如有不平(ping)衡量(liang)，則它對(dui)軸線的重力矩使轉子在導(dao)軌上(shang)滾動，直至這個(ge)不平(ping)衡量(liang)處于更低(di)位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉子(zi)放在用靜壓(ya)軸承(cheng)支承(cheng)的(de)(de)支座(zuo)(zuo)上(shang)，在支座(zuo)(zuo)的(de)(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)射(she)(she)鏡。當轉子(zi)不(bu)存(cun)在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)時，由光(guang)(guang)源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)(guang)束經此(ci)反(fan)射(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)指(zhi)示器的(de)(de)極坐(zuo)(zuo)標原(yuan)點。如果轉子(zi)存(cun)在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則轉子(zi)支座(zuo)(zuo)在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)重(zhong)力矩作用下(xia)發(fa)生傾斜，支座(zuo)(zuo)下(xia)的(de)(de)反(fan)射(she)(she)鏡也隨之傾斜并使反(fan)射(she)(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)(guang)束偏轉，這樣(yang)光(guang)(guang)束投(tou)在極坐(zuo)(zuo)標指(zhi)示器上(shang)的(de)(de)光(guang)(guang)點便(bian)離開原(yuan)點。根據(ju)這個(ge)光(guang)(guang)點偏轉的(de)(de)坐(zuo)(zuo)標位置，可以得到不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)大小(xiao)和位置。

重力式平(ping)(ping)衡(heng)機僅適(shi)用于(yu)某些平(ping)(ping)衡(heng)要求不高(gao)的盤狀零件。對于(yu)平(ping)(ping)衡(heng)要求高(gao)的轉子，一般采用離心式單(dan)面或雙面平(ping)(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀(zhuang)態下，根據轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)支(zhi)承(cheng)振動(dong)，或作(zuo)用(yong)于支(zhi)承(cheng)的(de)振動(dong)力來測量(liang)(liang)(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)(liang)的(de)不(bu)(bu)(bu)同，可分為(wei)單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只(zhi)能(neng)測量(liang)(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然(ran)是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時進行(xing)測量(liang)(liang)(liang)，但(dan)仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測量(liang)(liang)(liang)動(dong)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別測量(liang)(liang)(liang)靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)按支承(cheng)特性不同，又(you)可(ke)分為軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)高(gao)于轉子(zi)一(yi)(yi)支承(cheng)系統固有頻(pin)率的(de)(de)(de)稱為軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支承(cheng)剛度(du)小(xiao)，傳感器檢(jian)測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)信號與支承(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)(dong)位移成正(zheng)比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)低於轉子(zi)一(yi)(yi)支承(cheng)系統固有頻(pin)率的(de)(de)(de)稱為硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支承(cheng)剛度(du)大，傳感器檢(jian)測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)信號與支承(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)(dong)力(li)成正(zheng)比。

平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)主要(yao)性能(neng)用最小(xiao)可達(da)剩(sheng)(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩項綜(zong)合指標(biao)(biao)表示(shi)(shi)。前者是平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能(neng)使(shi)轉子達(da)到的(de)(de)剩(sheng)(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最小(xiao)值，它是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)指標(biao)(biao)；后者是經過(guo)一次校正后所減少的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與(yu)初始(shi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之(zhi)比(bi)，它是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效(xiao)率的(de)(de)指標(biao)(biao)，一般(ban)用百分數表示(shi)(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(gen)據(ju)大(da)批量生產的(de)需要，對特定(ding)的(de)轉子能(neng)自動(dong)完成平衡(heng)測量和平衡(heng)校正的(de)自動(dong)平衡(heng)機，以(yi)及平衡(heng)自動(dong)線，現代已大(da)量的(de)裝備在汽車制造、電機制造等工業部門。

二. 平衡機(ji)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

為保(bao)證旋轉(zhuan)機械正常工作所允許的轉(zhuan)子剩余不平(ping)衡(heng)量。該(gai)指標用不平(ping)衡(heng)度表示時，稱(cheng)為許用不平(ping)衡(heng)度（亦稱(cheng)許用不平(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. 校正(zheng)平面的干擾（相(xiang)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(du)的指(zhi)標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(ping)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：gmm/kg或μm

11. 最小可(ke)達剩余不平衡(heng)量（Umar）

最小可達剩余(yu)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(bu)平衡量減(jian)少率（URR）

經過一次(ci)平衡校正所減少的不平衡量與初(chu)始不平衡量之比值。它是衡量平衡機效率的性能(neng)指標，以百(bai)分數表示(shi)：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初始不平(ping)衡(heng)量            

U2－一次平衡校正后的(de)剩余不平衡量

13. 不平衡力偶干擾比

單面平(ping)衡機抑止(zhi)不平(ping)衡力偶(ou)影響的性(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

為校驗平(ping)衡機性能而(er)設(she)計的剛性轉子。其質量(liang)(liang)、大(da)小、尺寸均有規定，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩種(zhong)。立(li)式(shi)轉子質量(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質量(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機從(cong)原(yuan)理(li)方面可以分為硬支(zhi)承(cheng)平衡機、軟(ruan)支(zhi)承(cheng)平衡機、半硬支(zhi)承(cheng)平衡機。

1. 硬(ying)支(zhi)承平衡機(ji)(ji)是平衡轉(zhuan)速(su)遠低于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平衡機(ji)(ji)。平衡校(xiao)驗時，支(zhi)承擺架相對處(chu)于(yu)“硬(ying)”狀態(tai)，因(yin)此轉(zhuan)子可以在接近實際軸承條件(jian)下進(jin)行平衡校(xiao)正。具有操作簡(jian)便(bian)、安全性能(neng)好的特點。

2. 軟(ruan)支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速大于參振系統共振頻率的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗時，支承(cheng)擺架相對處于“軟(ruan)”狀態，因此轉子校(xiao)驗平(ping)衡(heng)(heng)時。支承(cheng)條(tiao)件與實際軸承(cheng)工作條(tiao)件不同。具有測量(liang)精度高的(de)特點。

3. 半硬支承平(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)轉速(su)在0.3~0.5倍參(can)振(zhen)系統共振(zhen)頻率之間的(de)(de)平(ping)衡(heng)機。同時具有(you)有(you)硬支承平(ping)衡(heng)機支承剛(gang)度高的(de)(de)特點，又有(you)軟支承平(ping)衡(heng)機精度高的(de)(de)優點。

平衡機從(cong)應(ying)用方面(mian)分可分為(wei)立式平衡機和(he)臥式平衡機；專用平衡機和(he)通用平衡機。

臥式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉子(zi)的(de)旋轉軸在(zai)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈水平(ping)(ping)(ping)狀態的(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適用(yong)于有轉軸或(huo)可裝配(pei)工藝軸的(de)轉子(zi)，如機(ji)床(chuang)主軸、滾筒、風機(ji)、增壓器、電(dian)機(ji)轉子(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式平衡機是被平衡轉子的(de)旋轉軸在平衡機上呈垂直狀態(tai)下的(de)平衡機。適用(yong)于轉子本身不(bu)具轉軸的(de)盤狀工件(jian)如(ru)離合器(qi)、齒輪、風扇、壓盤及其總成(cheng)、制動盤、風葉、水泵葉輪、汽(qi)車飛輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等盤類零件(jian)。

通用平(ping)衡(heng)機是指(zhi)能對形狀和支承形式比(bi)較(jiao)規則的轉子進行動(dong)平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機。通用平(ping)衡(heng)機操作簡單，效率也較(jiao)高。

專(zhuan)用平(ping)衡機(ji)是(shi)能對(dui)支承(cheng)形(xing)式和外觀與(yu)一般轉(zhuan)子(zi)不同(tong)的轉(zhuan)子(zi)進(jin)行平(ping)衡的平(ping)衡機(ji)，例如特(te)別針(zhen)對(dui)發動機(ji)的曲軸，汽車的傳動軸進(jin)行設(she)計(ji)的平(ping)衡機(ji)。功能專(zhuan)一。  

四. 動平衡(heng)加(jia)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

即在不平衡方向去處一定(ding)的重量。常用的方式(shi)有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)技術的先進(jin)性(xing)和經(jing)濟(ji)上的合理性(xing)，國際標準(zhun)化組織(ISO)于1940年制定了世(shi)界(jie)公(gong)認的ISO1940平衡(heng)(heng)等級(ji)，它將轉子平衡(heng)(heng)等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別，每個級(ji)別間以2.5倍為(wei)增(zeng)量，從要求(qiu)更高的G0.4到(dao)要求(qiu)更低的G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡(heng)(heng)對(dui)于轉子軸心的偏心距離。