平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測量旋轉物體(轉子(zi))不平衡量大小(xiao)和位(wei)置的機(ji)器(qi)。

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。豐都電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內燃(ran)機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)和鐘表(biao)擺輪等旋轉(zhuan)零部件在制造過程中(zhong)，都需(xu)要經過平(ping)衡(heng)才能平(ping)穩正常地運(yun)轉(zhuan)。

根據平衡機(ji)測出的(de)(de)(de)(de)數據對轉子(zi)的(de)(de)(de)(de)不平衡量(liang)(liang)進行校正，可(ke)改(gai)善(shan)(shan)轉子(zi)相(xiang)對于軸(zhou)線的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)布，使轉子(zi)旋轉時產生的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動或作用于軸(zhou)承上的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動力減少到(dao)允許的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍之(zhi)內(nei)。因此(ci)，平衡機(ji)是減小振(zhen)動、改(gai)善(shan)(shan)性能和提高質量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)必(bi)不可(ke)少的(de)(de)(de)(de)設備。

通常，轉子的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)包(bao)括不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)測量(liang)(liang)和校(xiao)(xiao)正(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)主要用于(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)測量(liang)(liang)，而(er)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)校(xiao)(xiao)正(zheng)則往往借助于(yu)鉆床(chuang)、銑床(chuang)和點焊機(ji)等(deng)其他輔助設備，或用手工方(fang)法完成。有(you)些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)已(yi)將校(xiao)(xiao)正(zheng)裝(zhuang)置做成為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)一個(ge)部分。

重力式平衡機和離心力式平衡機是兩類典型的平衡機。

1. 重(zhong)力式平(ping)衡機(ji)一般稱為靜(jing)平(ping)衡機(ji)。

它是依賴(lai)轉子自(zi)身的(de)重力作用來測量靜不平衡的(de)。

置于(yu)兩根水平導軌(gui)上的轉子(zi)如有(you)不平衡(heng)量，則它(ta)對(dui)軸(zhou)線的重(zhong)力矩使轉子(zi)在導軌(gui)上滾動，直至這個不平衡(heng)量處于(yu)更低位置時才靜止(zhi)。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子放在(zai)用靜壓軸承支(zhi)(zhi)承的(de)(de)支(zhi)(zhi)座上，在(zai)支(zhi)(zhi)座的(de)(de)下面嵌裝(zhuang)一片反射(she)(she)(she)鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)(bu)(bu)存在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量時，由光源射(she)(she)(she)出的(de)(de)光束(shu)(shu)經(jing)此(ci)反射(she)(she)(she)鏡反射(she)(she)(she)后(hou)，投射(she)(she)(she)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量指示器的(de)(de)極坐標原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子存在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量，則(ze)轉(zhuan)(zhuan)子支(zhi)(zhi)座在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)(de)重力(li)矩作用下發生傾斜(xie)，支(zhi)(zhi)座下的(de)(de)反射(she)(she)(she)鏡也隨之(zhi)傾斜(xie)并(bing)使反射(she)(she)(she)出的(de)(de)光束(shu)(shu)偏轉(zhuan)(zhuan)，這樣光束(shu)(shu)投在(zai)極坐標指示器上的(de)(de)光點便離開原點。根(gen)據這個光點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)坐標位置，可以(yi)得到不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)(de)大小和位置。

重力式(shi)平(ping)衡(heng)機僅適(shi)用于(yu)某些平(ping)衡(heng)要(yao)求不(bu)高的盤狀零件。對于(yu)平(ping)衡(heng)要(yao)求高的轉(zhuan)子，一(yi)般采(cai)用離心式(shi)單面(mian)或(huo)雙面(mian)平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機是在轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)的(de)(de)狀態下，根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)(de)支承振(zhen)動(dong)，或作用于支承的(de)(de)振(zhen)動(dong)力來測(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)面(mian)數量(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)同，可分為單(dan)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機和雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機只能(neng)測(ce)量(liang)一(yi)個平(ping)(ping)面(mian)上的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時進(jin)行測(ce)量(liang)，但仍屬(shu)于靜平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能(neng)測(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別測(ce)量(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按(an)支(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分為(wei)(wei)(wei)軟(ruan)(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子(zi)一支(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統固有頻率的(de)(de)稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)軟(ruan)(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳感器檢測(ce)出的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)位(wei)移成正比。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子(zi)一支(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統固有頻率的(de)(de)稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳感器檢測(ce)出的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)力成正比。

平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的主要性能(neng)用(yong)最小可達(da)剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)減少(shao)(shao)率(lv)兩項綜合指(zhi)(zhi)標表示。前者(zhe)是(shi)(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)使轉(zhuan)子達(da)到的剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)的最小值(zhi)，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機更(geng)高(gao)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的指(zhi)(zhi)標；后者(zhe)是(shi)(shi)經過一(yi)次校正后所減少(shao)(shao)的不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)與初(chu)始(shi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)之比(bi)，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)的指(zhi)(zhi)標，一(yi)般用(yong)百分(fen)數表示。

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(gen)據大批量生產(chan)的需要，對(dui)特定的轉(zhuan)子能自(zi)動完成平(ping)(ping)衡測量和平(ping)(ping)衡校(xiao)正的自(zi)動平(ping)(ping)衡機，以及平(ping)(ping)衡自(zi)動線，現(xian)代已大量的裝(zhuang)備在汽車制(zhi)造、電機制(zhi)造等工(gong)業部門。

二. 平(ping)衡機常用術語解釋(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

為保證(zheng)旋轉機械(xie)正(zheng)常工(gong)作所允許(xu)(xu)的轉子剩余(yu)不平衡(heng)(heng)量(liang)。該指標用(yong)不平衡(heng)(heng)度表(biao)示時，稱(cheng)為許(xu)(xu)用(yong)不平衡(heng)(heng)度（亦稱(cheng)許(xu)(xu)用(yong)不平衡(heng)(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(liang)轉子平衡優劣程度的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子(zi)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 

         單位：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余不平(ping)衡量(liang)（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)一次平衡校正所(suo)減少的(de)不平衡量與初始不平衡量之比值(zhi)。它是(shi)衡量平衡機(ji)效率的(de)性能(neng)指標，以百分數表示：

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

U2－一次平衡(heng)校(xiao)正后的剩余不平衡(heng)量

13. 不(bu)平(ping)衡力(li)偶干擾比

單面平(ping)衡(heng)機抑止不(bu)平(ping)衡(heng)力(li)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

為校驗平衡(heng)機性能而(er)設計的剛性轉(zhuan)子(zi)。其質量、大小(xiao)、尺(chi)寸(cun)均(jun)有規(gui)定，分立式(shi)和臥式(shi)兩種。立式(shi)轉(zhuan)子(zi)質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子(zi)質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機從(cong)原理方面可以分為(wei)硬(ying)支承平(ping)衡(heng)機、軟支承平(ping)衡(heng)機、半硬(ying)支承平(ping)衡(heng)機。

1. 硬(ying)支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)遠低于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承擺架相對處于(yu)“硬(ying)”狀態，因(yin)此轉子可以在接近實際軸承條(tiao)件(jian)下進行平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操(cao)作簡便、安(an)全性能好的特點(dian)。

2. 軟支承(cheng)平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉(zhuan)速大于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校驗時，支承(cheng)擺(bai)架相對處于“軟”狀(zhuang)態，因此(ci)轉(zhuan)子校驗平衡(heng)時。支承(cheng)條(tiao)件與(yu)實際軸承(cheng)工作條(tiao)件不同(tong)。具有測(ce)量(liang)精度高的特點。

3. 半(ban)硬支(zhi)承平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉速在0.3~0.5倍參(can)振系統(tong)共(gong)振頻率之間的平(ping)衡機(ji)。同時(shi)具(ju)有(you)(you)有(you)(you)硬支(zhi)承平(ping)衡機(ji)支(zhi)承剛度高的特(te)點，又有(you)(you)軟支(zhi)承平(ping)衡機(ji)精度高的優點。

平衡(heng)(heng)機從應用方面(mian)分(fen)可(ke)分(fen)為立式平衡(heng)(heng)機和臥(wo)式平衡(heng)(heng)機；專用平衡(heng)(heng)機和通用平衡(heng)(heng)機。

臥(wo)式平衡機(ji)(ji)(ji)(ji)是被平衡轉子(zi)的旋轉軸(zhou)在平衡機(ji)(ji)(ji)(ji)上呈水平狀態(tai)的平衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。適用于(yu)有轉軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的轉子(zi)，如機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)、滾筒、風(feng)機(ji)(ji)(ji)(ji)、增壓器、電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)轉子(zi)、汽輪機(ji)(ji)(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)上呈垂直(zhi)狀態下的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。適用(yong)于轉(zhuan)(zhuan)子本身不具(ju)轉(zhuan)(zhuan)軸的(de)盤狀工件(jian)如(ru)離(li)合(he)器、齒輪(lun)(lun)(lun)、風扇、壓(ya)盤及其總(zong)成、制動(dong)盤、風葉、水泵葉輪(lun)(lun)(lun)、汽車(che)飛輪(lun)(lun)(lun)、剎(cha)車(che)轂、皮帶輪(lun)(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)(lun)等盤類零件(jian)。

通(tong)用平(ping)(ping)衡(heng)機是指能對形狀和支(zhi)承(cheng)形式比(bi)較規則的轉子(zi)進行動平(ping)(ping)衡(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)機。通(tong)用平(ping)(ping)衡(heng)機操作簡單，效率也較高(gao)。

專用平(ping)衡機是(shi)能對支承形(xing)式和外觀與一般轉子不(bu)同的轉子進行平(ping)衡的平(ping)衡機，例如特別針對發動機的曲軸，汽車的傳動軸進行設計(ji)的平(ping)衡機。功能專一。  

四. 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(bu)平(ping)衡方(fang)向去處一定(ding)的重(zhong)量。常用的方(fang)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

考慮到(dao)技術(shu)的(de)先進(jin)性(xing)和(he)經(jing)濟上的(de)合理性(xing)，國(guo)際標準化(hua)組織(zhi)(ISO)于(yu)1940年制定(ding)了世界公(gong)認的(de)ISO1940平(ping)衡等(deng)級(ji)，它將轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡等(deng)級(ji)分為(wei)(wei)11個級(ji)別，每個級(ji)別間(jian)以2.5倍為(wei)(wei)增量，從要求(qiu)更高(gao)的(de)G0.4到(dao)要求(qiu)更低的(de)G4000。單位為(wei)(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于(yu)轉(zhuan)子(zi)軸心的(de)偏心距(ju)離。