平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測量旋轉物體(轉子)不(bu)平衡(heng)量大小(xiao)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。東麗電機轉(zhuan)子、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零部件在制造過(guo)程中，都需要經過(guo)平衡才能平穩正常地(di)運轉(zhuan)。

根據(ju)(ju)平衡機測出的數據(ju)(ju)對(dui)(dui)轉(zhuan)子的不平衡量(liang)進行校(xiao)正(zheng)，可(ke)改(gai)善轉(zhuan)子相對(dui)(dui)于(yu)軸線的質量(liang)分布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生的振動或作用于(yu)軸承上的振動力減少到允(yun)許(xu)的范圍之內。因(yin)此，平衡機是減小振動、改(gai)善性能和提高質量(liang)的必(bi)不可(ke)少的設備(bei)。

通(tong)常(chang)，轉子的(de)(de)平(ping)(ping)衡包括不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)測量(liang)(liang)和(he)校正兩個步(bu)驟，平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)主要用于不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)測量(liang)(liang)，而不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)校正則往往借助于鉆(zhan)床(chuang)、銑(xian)床(chuang)和(he)點焊(han)機(ji)(ji)等其他輔助設(she)備，或用手工方法完成。有些平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)已將校正裝置做成為平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)的(de)(de)一個部分。

重(zhong)力式平(ping)衡(heng)(heng)機和離心力式平(ping)衡(heng)(heng)機是兩類典型的平(ping)衡(heng)(heng)機。

1. 重(zhong)力(li)式平(ping)衡(heng)機一(yi)般稱為靜平(ping)衡(heng)機。

它(ta)是依賴轉(zhuan)子自(zi)身的重力作用來測量靜不(bu)平衡的。

置(zhi)(zhi)于兩根水平(ping)(ping)導(dao)軌上的(de)(de)轉子(zi)如有不平(ping)(ping)衡量，則它(ta)對軸線的(de)(de)重力矩使轉子(zi)在導(dao)軌上滾動(dong)，直至這個不平(ping)(ping)衡量處于更(geng)低位置(zhi)(zhi)時才靜(jing)止。

被平(ping)衡的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)子放在(zai)用(yong)靜壓軸(zhou)承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)(de)支(zhi)座上，在(zai)支(zhi)座的(de)(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一片反射鏡(jing)。當轉(zhuan)子不(bu)存(cun)在(zai)不(bu)平(ping)衡量(liang)時，由光(guang)(guang)源射出的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)束經此反射鏡(jing)反射后，投射在(zai)不(bu)平(ping)衡量(liang)指示器的(de)(de)(de)(de)極(ji)坐(zuo)標(biao)原(yuan)點。如(ru)果轉(zhuan)子存(cun)在(zai)不(bu)平(ping)衡量(liang)，則轉(zhuan)子支(zhi)座在(zai)不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)(de)重力矩作用(yong)下發生傾斜，支(zhi)座下的(de)(de)(de)(de)反射鏡(jing)也(ye)隨之傾斜并使反射出的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)束偏(pian)轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)束投在(zai)極(ji)坐(zuo)標(biao)指示器上的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)點便離開原(yuan)點。根據這個光(guang)(guang)點偏(pian)轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位置，可以得到不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)(de)大小和位置。

重力(li)式(shi)平(ping)衡(heng)機僅適用于某(mou)些平(ping)衡(heng)要求不高的(de)盤狀零件。對于平(ping)衡(heng)要求高的(de)轉(zhuan)子，一般采用離(li)心式(shi)單面(mian)或雙(shuang)面(mian)平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機是在轉子旋轉的(de)狀態下(xia)，根據轉子不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)支承(cheng)振動(dong)(dong)，或作用于(yu)支承(cheng)的(de)振動(dong)(dong)力(li)來測量(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面(mian)數(shu)量(liang)的(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)，可(ke)分為(wei)單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機和雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機只能(neng)測量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉子旋轉時進行測量(liang)，但仍屬于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能(neng)測量(liang)動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也(ye)能(neng)分別測量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為(wei)動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性(xing)不同(tong)，又可分(fen)為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)固有頻率(lv)的(de)(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)感(gan)器檢測出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)號與(yu)(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動位移成正(zheng)比(bi)。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)固有頻率(lv)的(de)(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳(chuan)感(gan)器檢測出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)號與(yu)(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動力成正(zheng)比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)主要(yao)性能用最小可(ke)達(da)剩(sheng)余(yu)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(zhi)標表(biao)示(shi)。前者是(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能使轉子(zi)達(da)到的(de)剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)最小值，它是(shi)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)能力的(de)指(zhi)標；后(hou)者是(shi)經過一次校正(zheng)后(hou)所減少的(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標，一般用百分數表(biao)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(gen)據大(da)批量(liang)生產的(de)(de)需要(yao)，對特定(ding)的(de)(de)轉子能自動(dong)完成(cheng)平衡(heng)測量(liang)和平衡(heng)校正的(de)(de)自動(dong)平衡(heng)機(ji)，以及平衡(heng)自動(dong)線，現(xian)代已大(da)量(liang)的(de)(de)裝備在汽(qi)車制造、電機(ji)制造等工業部(bu)門。

二. 平衡機常(chang)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(wei)保(bao)證旋轉機械(xie)正(zheng)常工(gong)作所允許的轉子剩余不平衡(heng)量。該指標用不平衡(heng)度(du)表示時，稱為(wei)許用不平衡(heng)度(du)（亦(yi)稱許用不平衡(heng)率(lv)）。

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(gan)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(zhuan)子(zi)平衡優(you)劣程度(du)的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子(zi)平衡品質，單(dan)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(zui)小可(ke)達(da)剩余(yu)不(bu)平衡量（Umar）

最小(xiao)可達剩余不平衡(heng)量（Umar）。單位是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. 不平衡量減少率（URR）

經過一次(ci)平(ping)(ping)衡(heng)校正所減少(shao)的(de)不平(ping)(ping)衡(heng)量與初始不平(ping)(ping)衡(heng)量之比(bi)值(zhi)。它(ta)是衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)機效率的(de)性能指標(biao)，以百(bai)分數表示：

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

U2－一次平(ping)衡(heng)校正后的剩(sheng)余不平(ping)衡(heng)量

13. 不(bu)平(ping)衡力偶干擾比

單面(mian)平(ping)衡機抑止不平(ping)衡力偶影響(xiang)的(de)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

為校驗平衡機性(xing)能(neng)而設計(ji)的剛性(xing)轉子(zi)。其質量(liang)(liang)、大(da)小、尺(chi)寸均有規定，分立式(shi)和(he)臥(wo)式(shi)兩種。立式(shi)轉子(zi)質量(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉子(zi)質量(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機從原(yuan)理方面可(ke)以分為(wei)硬支承(cheng)平衡機、軟支承(cheng)平衡機、半硬支承(cheng)平衡機。

1. 硬支承(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)(ping)(ping)衡轉速(su)遠低于(yu)(yu)參振系統共振頻率的平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)(ping)(ping)衡校(xiao)驗(yan)時，支承(cheng)擺架相對(dui)處于(yu)(yu)“硬”狀態，因此轉子可以在接近實際軸承(cheng)條件(jian)下進(jin)行平(ping)(ping)(ping)(ping)衡校(xiao)正。具有操作簡便、安全性能好的特點。

2. 軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉速大于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)衡校(xiao)驗(yan)時(shi)，支承(cheng)擺架(jia)相對處于“軟”狀態，因此(ci)轉子校(xiao)驗(yan)平(ping)(ping)衡時(shi)。支承(cheng)條(tiao)件與實際軸承(cheng)工作條(tiao)件不(bu)同。具有測量精度(du)高的特點。

3. 半硬支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參(can)振(zhen)系統(tong)共(gong)振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。同時具有(you)有(you)硬支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)支承剛度高(gao)的(de)特點(dian)，又有(you)軟支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)精度高(gao)的(de)優(you)點(dian)。

平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)從應用(yong)方(fang)面分(fen)可分(fen)為立(li)式平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和臥式平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)；專用(yong)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和通用(yong)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

臥式(shi)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在(zai)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)上呈水平(ping)(ping)狀態(tai)的平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。適用于(yu)有轉(zhuan)軸或可裝配工(gong)藝軸的轉(zhuan)子，如(ru)機(ji)(ji)床主軸、滾(gun)筒、風(feng)機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子、汽(qi)輪機(ji)(ji)等等。

立式平(ping)衡機(ji)是被平(ping)衡轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡機(ji)上(shang)呈(cheng)垂直(zhi)狀(zhuang)(zhuang)態下的(de)平(ping)衡機(ji)。適用于轉(zhuan)子本(ben)身不具轉(zhuan)軸的(de)盤(pan)狀(zhuang)(zhuang)工件如離合(he)器、齒輪(lun)、風扇(shan)、壓盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)、汽(qi)車飛輪(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等盤(pan)類(lei)零件。

通用(yong)平衡(heng)(heng)機是指(zhi)能對形狀(zhuang)和(he)支承(cheng)形式(shi)比較(jiao)(jiao)規則的轉(zhuan)子(zi)進行動平衡(heng)(heng)的平衡(heng)(heng)機。通用(yong)平衡(heng)(heng)機操作簡(jian)單，效率(lv)也較(jiao)(jiao)高。

專用平衡(heng)機是能(neng)對(dui)支承形式和外觀與一(yi)般轉子(zi)不同的轉子(zi)進行平衡(heng)的平衡(heng)機，例如(ru)特別(bie)針對(dui)發動(dong)機的曲(qu)軸，汽車的傳動(dong)軸進行設(she)計的平衡(heng)機。功(gong)能(neng)專一(yi)。  

四. 動平衡加(jia)工(gong)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(bu)平衡方向(xiang)去處一定(ding)的(de)(de)重量。常用的(de)(de)方式有：鏜削(xue)、鉆孔(kong)、鑿削(xue)、銑(xian)削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技術的先(xian)進性和經濟上的合理性，國際標準化組織(ISO)于1940年制定了世界公認的ISO1940平衡等級(ji)，它(ta)將轉子平衡等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別，每個級(ji)別間以2.5倍為(wei)增量，從要求(qiu)更高的G0.4到(dao)要求(qiu)更低的G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代(dai)表不平衡對于轉子軸(zhou)心(xin)的偏(pian)心(xin)距離(li)。