平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測量旋(xuan)轉(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)子)不平衡(heng)量大(da)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。房山電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床(chuang)主軸、內燃機(ji)曲(qu)軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)和(he)鐘表擺(bai)輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部件(jian)在(zai)制(zhi)造過程(cheng)中，都(dou)需要經過平衡才能平穩正常(chang)地運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡機(ji)測出的(de)數(shu)據(ju)對(dui)轉子(zi)的(de)不平(ping)衡量(liang)進行校(xiao)正(zheng)，可改善(shan)轉子(zi)相對(dui)于軸線(xian)的(de)質量(liang)分布，使轉子(zi)旋轉時產生的(de)振動或作用(yong)于軸承上的(de)振動力減少(shao)到允(yun)許(xu)的(de)范圍之(zhi)內。因此(ci)，平(ping)衡機(ji)是減小振動、改善(shan)性能(neng)和提高質量(liang)的(de)必不可少(shao)的(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡包(bao)括不平(ping)衡量(liang)的(de)測(ce)量(liang)和校(xiao)(xiao)正(zheng)兩個(ge)(ge)步驟，平(ping)衡機主要用(yong)于不平(ping)衡量(liang)的(de)測(ce)量(liang)，而不平(ping)衡量(liang)的(de)校(xiao)(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借(jie)助于鉆(zhan)床、銑床和點焊機等其他輔助設(she)備(bei)，或用(yong)手工(gong)方法完成。有(you)些平(ping)衡機已將校(xiao)(xiao)正(zheng)裝置做成為平(ping)衡機的(de)一(yi)個(ge)(ge)部分。

重力(li)式平衡機和(he)離心力(li)式平衡機是兩類典型的平衡機。

1. 重力式平(ping)衡機(ji)一般稱為靜平(ping)衡機(ji)。

它是依賴(lai)轉子自身(shen)的重力(li)作用來測量靜不平衡(heng)的。

置于兩根水平導軌上(shang)(shang)的轉子如有不平衡量，則它(ta)對(dui)軸線的重力矩使轉子在導軌上(shang)(shang)滾動，直(zhi)至這(zhe)個不平衡量處于更低位置時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)轉子(zi)放在(zai)(zai)用靜壓(ya)軸承(cheng)支承(cheng)的(de)支座(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)支座(zuo)的(de)下(xia)面嵌裝一片(pian)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)。當轉子(zi)不存(cun)在(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)(she)出(chu)的(de)光(guang)束經此反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)(she)在(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)指示器(qi)的(de)極坐標原點(dian)。如果(guo)轉子(zi)存(cun)在(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，則轉子(zi)支座(zuo)在(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)重力矩作用下(xia)發生傾斜，支座(zuo)下(xia)的(de)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)也隨之傾斜并使(shi)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)出(chu)的(de)光(guang)束偏(pian)轉，這樣光(guang)束投(tou)在(zai)(zai)極坐標指示器(qi)上(shang)的(de)光(guang)點(dian)便離(li)開原點(dian)。根據這個(ge)光(guang)點(dian)偏(pian)轉的(de)坐標位置(zhi)，可以得到不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)大小(xiao)和位置(zhi)。

重力式平衡機(ji)僅適用于某(mou)些平衡要(yao)求不(bu)高的盤狀零件。對于平衡要(yao)求高的轉子，一般采用離心式單面(mian)或(huo)雙面(mian)平衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機是(shi)在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的狀態下，根據轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的支承振動(dong)，或(huo)作用(yong)于支承的振動(dong)力來測(ce)(ce)量不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)面(mian)數量的不(bu)(bu)同，可分為(wei)單(dan)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機只能(neng)測(ce)(ce)量一(yi)個平(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時(shi)進(jin)行測(ce)(ce)量，但(dan)仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能(neng)測(ce)(ce)量動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也(ye)能(neng)分別測(ce)(ce)量靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般(ban)稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分為軟(ruan)(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固有頻率的(de)稱為軟(ruan)(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)感器(qi)(qi)檢(jian)測(ce)出的(de)信號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動位(wei)移(yi)成(cheng)正比(bi)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固有頻率的(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大(da)，傳(chuan)感器(qi)(qi)檢(jian)測(ce)出的(de)信號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動力成(cheng)正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性能用最小(xiao)可達剩余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和(he)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩項綜合(he)指標(biao)(biao)表(biao)示(shi)(shi)。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉子達到的(de)剩余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)最小(xiao)值，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能力(li)的(de)指標(biao)(biao)；后者(zhe)是經(jing)過一次(ci)校正后所(suo)減少的(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率的(de)指標(biao)(biao)，一般用百分(fen)數表(biao)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。
  根據大(da)批量生(sheng)產的(de)需(xu)要，對特定(ding)的(de)轉子能自(zi)動(dong)完成(cheng)平(ping)(ping)衡測量和平(ping)(ping)衡校(xiao)正(zheng)的(de)自(zi)動(dong)平(ping)(ping)衡機(ji)，以(yi)及平(ping)(ping)衡自(zi)動(dong)線，現代已大(da)量的(de)裝備(bei)在汽車(che)制(zhi)造(zao)、電機(ji)制(zhi)造(zao)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(wei)保證旋轉(zhuan)機械正常工作所允(yun)許的轉(zhuan)子(zi)剩余(yu)不平衡量。該指標用不平衡度(du)表示時，稱為(wei)許用不平衡度(du)（亦(yi)稱許用不平衡率）。

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(gan)擾（相互(hu)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（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. 不平衡(heng)量(liang)減(jian)少率（URR）

經過一(yi)次(ci)平(ping)衡(heng)(heng)校正所減少的不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機效率(lv)的性(xing)能指標，以百分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式(shi)中：U1－初(chu)始不平(ping)衡量            

U2－一次平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不平衡力偶(ou)干擾比

單面平衡機抑止不平衡力偶影響(xiang)的性能(neng)指(zhi)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(yan)平衡機(ji)性能(neng)而設計的剛性轉(zhuan)子(zi)(zi)。其(qi)質(zhi)量(liang)、大小、尺(chi)寸均有規定，分立式(shi)和(he)臥式(shi)兩(liang)種。立式(shi)轉(zhuan)子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)從(cong)原理方面可以分(fen)為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)、軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)、半硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。

1. 硬支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率(lv)的(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)校驗(yan)時，支承擺架相(xiang)對處于“硬”狀(zhuang)態(tai)，因此(ci)轉子(zi)可以在接近(jin)實際軸承條件下進行平(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操作簡便、安全性能好的(de)(de)特點。

2. 軟(ruan)支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機是平衡(heng)(heng)轉速大于(yu)(yu)參振系統共(gong)振頻率的(de)平衡(heng)(heng)機。平衡(heng)(heng)校驗(yan)時，支(zhi)承(cheng)擺架相(xiang)對處于(yu)(yu)“軟(ruan)”狀(zhuang)態，因此轉子(zi)校驗(yan)平衡(heng)(heng)時。支(zhi)承(cheng)條(tiao)件與實際(ji)軸承(cheng)工作(zuo)條(tiao)件不同。具(ju)有測量精度(du)高的(de)特點。

3. 半(ban)硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是平衡(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍(bei)參振系統共振頻率之間的平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。同時(shi)具有(you)(you)有(you)(you)硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)支(zhi)承(cheng)剛度(du)高的特點(dian)，又有(you)(you)軟支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)精(jing)度(du)高的優點(dian)。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從應用方面分(fen)可分(fen)為立式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和臥式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)；專(zhuan)用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和通用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

臥式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上(shang)呈水平(ping)狀態的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用于(yu)有(you)轉(zhuan)軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)(ji)床主(zhu)軸(zhou)、滾筒(tong)、風(feng)機(ji)(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪(lun)機(ji)(ji)等等。

立式(shi)平衡機是被平衡轉子的(de)旋(xuan)轉軸在(zai)平衡機上呈垂直(zhi)狀(zhuang)態(tai)下的(de)平衡機。適(shi)用于轉子本身不具(ju)轉軸的(de)盤(pan)(pan)狀(zhuang)工件(jian)如離(li)合器(qi)、齒輪、風扇、壓(ya)盤(pan)(pan)及其總成、制(zhi)動盤(pan)(pan)、風葉、水泵葉輪、汽車飛輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等盤(pan)(pan)類零件(jian)。

通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形狀和(he)支承(cheng)形式比較規(gui)則的轉子進行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)操作(zuo)簡單，效率(lv)也較高。

專(zhuan)(zhuan)用(yong)平(ping)衡機(ji)是能對(dui)(dui)支(zhi)承形(xing)式和(he)外觀與一般轉子不(bu)同(tong)的轉子進(jin)行(xing)平(ping)衡的平(ping)衡機(ji)，例如特別針對(dui)(dui)發動機(ji)的曲軸，汽車(che)的傳動軸進(jin)行(xing)設計的平(ping)衡機(ji)。功能專(zhuan)(zhuan)一。  

四(si). 動(dong)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

即在不平(ping)衡方向去處一定的重量。常用的方式有：鏜削(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shu)的(de)(de)先(xian)進性和(he)經濟上的(de)(de)合理性，國際標準化(hua)組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界公(gong)認的(de)(de)ISO1940平(ping)衡(heng)(heng)等(deng)級，它將轉子(zi)平(ping)衡(heng)(heng)等(deng)級分為(wei)(wei)11個(ge)級別(bie)，每個(ge)級別(bie)間以2.5倍為(wei)(wei)增量，從要求(qiu)更(geng)高的(de)(de)G0.4到要求(qiu)更(geng)低(di)的(de)(de)G4000。單位為(wei)(wei)公(gong)克(ke)×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代(dai)表(biao)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)對于(yu)轉子(zi)軸心的(de)(de)偏心距離。