平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量旋轉物體(ti)(轉子)不平(ping)衡量大小和位置的機器。

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。涪陵電機轉(zhuan)(zhuan)子、機(ji)床主軸(zhou)(zhou)、內(nei)燃(ran)機(ji)曲軸(zhou)(zhou)、汽輪機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表擺輪等(deng)旋轉(zhuan)(zhuan)零部件在制造過程中，都(dou)需(xu)要經過平衡才能平穩正常(chang)地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據平衡機(ji)測(ce)出的(de)(de)數據對(dui)(dui)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)不平衡量(liang)進(jin)行校正，可(ke)改(gai)善(shan)(shan)轉(zhuan)(zhuan)子相(xiang)對(dui)(dui)于(yu)(yu)軸線(xian)的(de)(de)質量(liang)分布，使轉(zhuan)(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)時(shi)產生的(de)(de)振動(dong)或(huo)作用于(yu)(yu)軸承上的(de)(de)振動(dong)力減少(shao)到(dao)允許的(de)(de)范(fan)圍之內。因此，平衡機(ji)是減小振動(dong)、改(gai)善(shan)(shan)性能和提高(gao)質量(liang)的(de)(de)必不可(ke)少(shao)的(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子的平(ping)衡(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的測(ce)量(liang)和校正兩個步驟，平(ping)衡(heng)機主要用(yong)于(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的測(ce)量(liang)，而(er)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的校正則往往借(jie)助(zhu)于(yu)鉆床(chuang)、銑(xian)床(chuang)和點焊(han)機等其他輔助(zhu)設(she)備，或用(yong)手工方法完(wan)成。有些平(ping)衡(heng)機已將校正裝置(zhi)做成為(wei)平(ping)衡(heng)機的一個部分。

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

1. 重力(li)式平衡機一般稱為靜平衡機。

它是依賴轉(zhuan)子自身的重(zhong)力作(zuo)用(yong)來(lai)測量靜不平衡的。

置于(yu)兩根(gen)水平導軌(gui)上(shang)的(de)轉(zhuan)子(zi)如有不(bu)平衡量，則它對軸線的(de)重力矩使(shi)轉(zhuan)子(zi)在導軌(gui)上(shang)滾動，直至這個(ge)不(bu)平衡量處于(yu)更低位(wei)置時才靜(jing)止。

被平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在用靜壓(ya)軸承支(zhi)承的(de)(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)(zuo)上(shang)，在支(zhi)座(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)下(xia)面嵌(qian)裝一片反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子(zi)不(bu)存在不(bu)平衡(heng)量(liang)時，由光(guang)(guang)源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)(shu)經此反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)反(fan)(fan)射(she)(she)后(hou)，投射(she)(she)在不(bu)平衡(heng)量(liang)指(zhi)示(shi)器的(de)(de)(de)(de)極坐標(biao)原點(dian)(dian)(dian)。如果轉(zhuan)子(zi)存在不(bu)平衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)(zuo)在不(bu)平衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)重力矩(ju)作(zuo)用下(xia)發生傾(qing)斜，支(zhi)座(zuo)(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)也(ye)隨之傾(qing)斜并使(shi)反(fan)(fan)射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)(shu)偏轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)束(shu)(shu)投在極坐標(biao)指(zhi)示(shi)器上(shang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)點(dian)(dian)(dian)便(bian)離開原點(dian)(dian)(dian)。根(gen)據(ju)這個光(guang)(guang)點(dian)(dian)(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)坐標(biao)位置(zhi)，可以得到(dao)不(bu)平衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)和位置(zhi)。

重(zhong)力(li)式平衡(heng)機(ji)僅適用于(yu)某些平衡(heng)要求不高的盤狀零件(jian)。對(dui)于(yu)平衡(heng)要求高的轉子，一般(ban)采用離心式單面或雙面平衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是在轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)的狀(zhuang)態(tai)下，根據轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引(yin)起的支(zhi)承振動(dong)，或(huo)作用于支(zhi)承的振動(dong)力來測量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)(ping)面數量(liang)的不(bu)(bu)同(tong)，可(ke)分為(wei)單(dan)面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。單(dan)面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機只(zhi)能測量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)面上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然是在轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)時進行測量(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能測量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分別(bie)測量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。

離心(xin)力(li)式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機按支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可分為軟支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子(zi)一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為軟支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。這(zhe)種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳感器(qi)檢(jian)測(ce)出(chu)的(de)(de)信(xin)(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)位移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)子(zi)一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機，這(zhe)種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度大，傳感器(qi)檢(jian)測(ce)出(chu)的(de)(de)信(xin)(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)力(li)成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)主要性能用最(zui)小可達(da)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)減少率兩項綜合指(zhi)標(biao)(biao)表(biao)示。前者是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能使轉子達(da)到(dao)的(de)(de)(de)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)最(zui)小值，它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)更(geng)高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)(de)(de)指(zhi)標(biao)(biao)；后者是經(jing)過一(yi)次校正后所減少的(de)(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比，它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)(de)(de)指(zhi)標(biao)(biao)，一(yi)般用百分數(shu)表(biao)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(ju)大(da)批量(liang)生產的需(xu)要，對特定的轉子能自動(dong)(dong)完(wan)成平衡測量(liang)和平衡校正的自動(dong)(dong)平衡機，以及平衡自動(dong)(dong)線，現代已大(da)量(liang)的裝備在汽車制造、電機制造等工業部門。

二. 平衡機常(chang)用(yong)術語解釋

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)保證旋轉機械正常工(gong)作所允許(xu)的轉子剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡量。該(gai)指標用(yong)不(bu)平(ping)(ping)衡度表示時，稱(cheng)為(wei)許(xu)用(yong)不(bu)平(ping)(ping)衡度（亦稱(cheng)許(xu)用(yong)不(bu)平(ping)(ping)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(zheng)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣(lie)程度的指標。

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. 最小(xiao)可達剩余不(bu)平衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余不(bu)平衡量（Umar）。單(dan)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(heng)量減少率（URR）

經過一次平衡(heng)(heng)校(xiao)正所減少的(de)不平衡(heng)(heng)量與初始不平衡(heng)(heng)量之比(bi)值。它是衡(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)機效率(lv)的(de)性能(neng)指標，以百(bai)分數表示：

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

U2－一次平衡校正后的剩(sheng)余(yu)不平衡量

13. 不(bu)平衡力偶干擾比

單面(mian)平衡(heng)機抑(yi)止不平衡(heng)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(wei)校驗平衡機性(xing)能而設計(ji)的剛性(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子。其質量、大(da)小(xiao)、尺寸均有(you)規定，分(fen)立式和(he)臥式兩(liang)種。立式轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)從原理方面(mian)可以分為硬支(zhi)承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、軟(ruan)支(zhi)承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、半(ban)硬支(zhi)承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低(di)于參振系統共振頻率(lv)的平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承(cheng)擺架相對處于“硬”狀(zhuang)態，因此轉子可以在接近實際軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操作簡便(bian)、安全性(xing)能好(hao)的特(te)點(dian)。

2. 軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速大于參振系(xi)統共振頻(pin)率的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支(zhi)承擺架相對處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校驗平(ping)(ping)衡(heng)(heng)時。支(zhi)承條件與實際軸承工作條件不(bu)同。具有測量精度高(gao)的特點。

3. 半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是平(ping)衡(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻(pin)率(lv)之(zhi)間的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。同時具有有硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)支(zhi)承(cheng)剛度(du)高(gao)的特點(dian)(dian)，又有軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)精(jing)度(du)高(gao)的優點(dian)(dian)。

平衡(heng)機(ji)從(cong)應用方面分可分為立式平衡(heng)機(ji)和臥式平衡(heng)機(ji)；專用平衡(heng)機(ji)和通用平衡(heng)機(ji)。

臥(wo)式平衡(heng)機(ji)(ji)是被平衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平衡(heng)機(ji)(ji)上呈水平狀態的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)。適用于有(you)轉(zhuan)(zhuan)軸或(huo)可裝(zhuang)配工藝(yi)軸的(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如機(ji)(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓(ya)器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈垂(chui)直狀態(tai)下的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適用于轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子本身不具轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸(zhou)的盤狀工件如離合(he)器、齒輪(lun)(lun)、風(feng)扇、壓(ya)盤及其總(zong)成、制動盤、風(feng)葉、水泵葉輪(lun)(lun)、汽車飛輪(lun)(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等(deng)盤類零件。

通用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)是指(zhi)能對(dui)形狀(zhuang)和(he)支承(cheng)形式比較(jiao)規則(ze)的轉子進(jin)行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡單，效率也(ye)較(jiao)高。

專(zhuan)用平衡(heng)機(ji)是能對支承形式和外觀與一般轉子(zi)不同(tong)的(de)轉子(zi)進行平衡(heng)的(de)平衡(heng)機(ji)，例如特別針對發(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)曲(qu)軸(zhou)(zhou)，汽車的(de)傳(chuan)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)進行設計的(de)平衡(heng)機(ji)。功(gong)能專(zhuan)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(ji)在不平衡方向去處一定的重量(liang)。常(chang)用的方式有(you)：鏜削(xue)、鉆(zhan)孔、鑿(zao)削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技(ji)術的(de)先進性和經濟上(shang)的(de)合理性，國際標準化(hua)組織(zhi)(ISO)于1940年制定了(le)世界(jie)公認的(de)ISO1940平(ping)衡等級，它(ta)將(jiang)轉子平(ping)衡等級分為(wei)11個(ge)級別，每個(ge)級別間以2.5倍(bei)為(wei)增量(liang)，從要求(qiu)更(geng)高的(de)G0.4到要求(qiu)更(geng)低(di)的(de)G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于轉子軸(zhou)心(xin)的(de)偏心(xin)距離。