平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)(heng)機是測量旋轉物體(轉子)不平衡(heng)(heng)量大(da)小和位置的(de)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。豐臺電機轉子、機床主軸、內燃機曲(qu)軸、汽輪(lun)機轉子、陀螺轉子和鐘(zhong)表(biao)擺輪(lun)等(deng)旋(xuan)轉零部件(jian)在(zai)制造過(guo)程中(zhong)，都需(xu)要經過(guo)平衡才能(neng)平穩正常地運轉。

根(gen)據平(ping)衡機(ji)測出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)不平(ping)衡量(liang)進行校正，可(ke)改(gai)善(shan)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)相對(dui)于軸線的(de)質量(liang)分(fen)布，使轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)旋轉(zhuan)時產生的(de)振動或作(zuo)用于軸承(cheng)上(shang)的(de)振動力減少到允許的(de)范圍(wei)之(zhi)內。因此(ci)，平(ping)衡機(ji)是減小振動、改(gai)善(shan)性能和提高質量(liang)的(de)必(bi)不可(ke)少的(de)設備。

通常，轉子的(de)(de)平衡(heng)(heng)包括不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)測量(liang)(liang)和校正兩個(ge)步驟，平衡(heng)(heng)機主要用(yong)于不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)測量(liang)(liang)，而不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)校正則往往借助于鉆床、銑床和點焊機等其他輔助設備，或(huo)用(yong)手工方法(fa)完成。有(you)些平衡(heng)(heng)機已將校正裝置做成為平衡(heng)(heng)機的(de)(de)一(yi)個(ge)部分。

重力式(shi)平(ping)衡機和離(li)心力式(shi)平(ping)衡機是兩(liang)類(lei)典型(xing)的平(ping)衡機。

1. 重力(li)式平衡機一般(ban)稱為(wei)靜平衡機。

它是依賴轉子自身的重力作用來測(ce)量靜(jing)不平衡的。

置于兩根水平(ping)導軌上的轉子(zi)如有不平(ping)衡量(liang)，則它(ta)對軸線(xian)的重力矩(ju)使轉子(zi)在(zai)導軌上滾動，直至這個不平(ping)衡量(liang)處(chu)于更(geng)低位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)(zai)(zai)(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)(zuo)上，在(zai)(zai)(zai)(zai)支(zhi)座(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)下面嵌裝一片反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)存在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)時，由光源射(she)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光束(shu)經此反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡反(fan)(fan)(fan)射(she)后(hou)，投射(she)在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)指示器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)極坐(zuo)標(biao)(biao)原點(dian)。如果轉(zhuan)子(zi)存在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)(zuo)在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)力矩作(zuo)用下發生傾斜，支(zhi)座(zuo)(zuo)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡也隨之傾斜并(bing)使反(fan)(fan)(fan)射(she)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光束(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光束(shu)投在(zai)(zai)(zai)(zai)極坐(zuo)標(biao)(biao)指示器上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光點(dian)便離開原點(dian)。根據(ju)這(zhe)個光點(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)(biao)位(wei)置(zhi)，可以得(de)到(dao)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大小和位(wei)置(zhi)。

重力式(shi)平(ping)衡機(ji)僅適(shi)用于(yu)某些平(ping)衡要求不高的盤狀零件。對于(yu)平(ping)衡要求高的轉子(zi)，一般采用離心式(shi)單(dan)面或(huo)雙(shuang)面平(ping)衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是在轉子旋轉的狀態下(xia)，根據轉子不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引(yin)起的支承振(zhen)動，或作(zuo)用于(yu)支承的振(zhen)動力來測量(liang)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)的不同，可分為單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只能測量(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然(ran)是在轉子旋轉時進(jin)行測量(liang)，但仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能測量(liang)動不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分別測量(liang)靜不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶(ou)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一(yi)般(ban)稱為動平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離心(xin)力式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承特性不同，又可分為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)高于轉子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承系(xi)統(tong)固有(you)頻率的(de)稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承剛(gang)度小，傳感(gan)器檢測出(chu)的(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承的(de)振動位(wei)移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)低(di)於轉子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承系(xi)統(tong)固有(you)頻率的(de)稱為(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承剛(gang)度大，傳感(gan)器檢測出(chu)的(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承的(de)振動力成正比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)主要(yao)性能用(yong)最小可達剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)減少率兩(liang)項綜合指(zhi)標表示。前者(zhe)(zhe)是(shi)(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)能使轉(zhuan)子達到的(de)(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最小值，它是(shi)(shi)衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)(ping)衡(heng)能力的(de)(de)指(zhi)標；后者(zhe)(zhe)是(shi)(shi)經過(guo)一次(ci)校正后所減少的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)與初始(shi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)之比，它是(shi)(shi)衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)效率的(de)(de)指(zhi)標，一般用(yong)百分數表示。

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。
  根據大批量(liang)生產的需(xu)要，對(dui)特定的轉子能(neng)自動完成平衡(heng)(heng)(heng)測量(liang)和平衡(heng)(heng)(heng)校正的自動平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)，以及平衡(heng)(heng)(heng)自動線(xian)，現代(dai)已大量(liang)的裝備在汽車制造(zao)、電機(ji)(ji)制造(zao)等工業部(bu)門(men)。

二. 平衡(heng)機常(chang)用(yong)術語解(jie)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(wei)保證旋轉機械(xie)正常工作所(suo)允許的轉子剩余不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)。該(gai)指(zhi)標(biao)用(yong)不平(ping)(ping)衡(heng)度表(biao)示時，稱為(wei)許用(yong)不平(ping)(ping)衡(heng)度（亦稱許用(yong)不平(ping)(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. 校正平(ping)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

衡量轉子平衡優劣(lie)程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，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(yu)不平(ping)衡量（Umar）

最小(xiao)可達剩余不平衡量（Umar）。單(dan)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. 不平衡量(liang)減少率（URR）

經過一次平衡(heng)(heng)(heng)校正所減少的(de)不平衡(heng)(heng)(heng)量與初始不平衡(heng)(heng)(heng)量之比值。它是衡(heng)(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)(heng)機效率的(de)性能指(zhi)標，以百(bai)分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初(chu)始不(bu)平(ping)衡量            

U2－一次平衡校正后(hou)的剩余不平衡量

13. 不平衡(heng)力(li)偶干擾比

單面平衡機抑止不平衡力偶影響(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

為校驗平衡機性能而設(she)計的(de)剛性轉(zhuan)子(zi)(zi)。其質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)、大小、尺寸均有規定，分立式(shi)和臥式(shi)兩種。立式(shi)轉(zhuan)子(zi)(zi)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子(zi)(zi)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)(heng)機(ji)從原理方面(mian)可以分為硬(ying)支(zhi)承平衡(heng)(heng)機(ji)、軟支(zhi)承平衡(heng)(heng)機(ji)、半硬(ying)支(zhi)承平衡(heng)(heng)機(ji)。

1. 硬支承(cheng)平衡(heng)機是平衡(heng)轉(zhuan)速遠(yuan)低于參振系(xi)統共振頻率(lv)的平衡(heng)機。平衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支承(cheng)擺架相對處于“硬”狀態，因(yin)此(ci)轉(zhuan)子可以在接近實際軸承(cheng)條件下進行平衡(heng)校(xiao)正。具有操作簡便、安全性能好的特(te)點。

2. 軟支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)大于參振(zhen)系(xi)統共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗時(shi)，支(zhi)(zhi)承擺架相對處于“軟”狀態，因此(ci)轉子校(xiao)驗平(ping)(ping)衡(heng)(heng)時(shi)。支(zhi)(zhi)承條(tiao)(tiao)件(jian)與實(shi)際(ji)軸承工(gong)作條(tiao)(tiao)件(jian)不同(tong)。具有測量精(jing)度高的特點(dian)。

3. 半(ban)硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機是平(ping)衡轉速在(zai)0.3~0.5倍(bei)參振系統共振頻率之(zhi)間的平(ping)衡機。同時具(ju)有有硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機支(zhi)承(cheng)剛(gang)度高的特(te)點(dian)，又(you)有軟(ruan)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機精度高的優點(dian)。

平衡(heng)機(ji)從應(ying)用(yong)方面(mian)分可分為立式平衡(heng)機(ji)和臥(wo)式平衡(heng)機(ji)；專用(yong)平衡(heng)機(ji)和通用(yong)平衡(heng)機(ji)。

臥式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸在(zai)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)上(shang)呈水平(ping)狀態的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。適(shi)用(yong)于有(you)轉(zhuan)軸或可裝配工(gong)藝軸的(de)轉(zhuan)子，如(ru)機(ji)床主軸、滾筒(tong)、風機(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)轉(zhuan)子、汽輪機(ji)等(deng)等(deng)。

立(li)式(shi)平(ping)衡機(ji)是被平(ping)衡轉子(zi)的旋轉軸在平(ping)衡機(ji)上呈垂(chui)直(zhi)狀態下的平(ping)衡機(ji)。適用(yong)于轉子(zi)本身(shen)不具轉軸的盤狀工件如離合器(qi)、齒輪(lun)、風扇、壓(ya)盤及其總成、制動盤、風葉、水(shui)泵(beng)葉輪(lun)、汽(qi)車(che)飛輪(lun)、剎(cha)車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等(deng)盤類(lei)零(ling)件。

通(tong)用(yong)平衡(heng)機是指(zhi)能對(dui)形狀和支承形式比較(jiao)規則的(de)轉子進(jin)行動平衡(heng)的(de)平衡(heng)機。通(tong)用(yong)平衡(heng)機操作簡單，效率(lv)也較(jiao)高。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)能對支承形式和外觀與一般轉(zhuan)子不(bu)同(tong)的轉(zhuan)子進(jin)行平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)，例(li)如特別針對發動機(ji)的曲(qu)軸，汽車的傳動軸進(jin)行設計(ji)的平(ping)衡(heng)機(ji)。功能專一。  

四. 動(dong)平衡(heng)加工的方法(fa)

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(de)重(zhong)量。常用的(de)方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先(xian)進性和經濟(ji)上的(de)合理性，國際標準化組織(zhi)(ISO)于1940年制定了世(shi)界公認的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等級，它將(jiang)轉子平(ping)衡(heng)等級分為(wei)11個級別(bie)，每個級別(bie)間(jian)以2.5倍為(wei)增量(liang)，從要求更高的(de)G0.4到要求更低的(de)G4000。單位(wei)為(wei)公克(ke)×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對于轉子軸心的(de)偏(pian)心距離。