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(bu)平衡(heng)(heng)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。阜新電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽(qi)輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部件(jian)在制造過程(cheng)中，都需要經過平衡才能平穩正(zheng)常地(di)運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡機(ji)(ji)測出的數據(ju)對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的不平(ping)衡量(liang)進行(xing)校(xiao)正(zheng)，可改善轉(zhuan)(zhuan)子(zi)相對于軸線的質(zhi)量(liang)分布，使(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的振(zhen)動(dong)或作(zuo)用于軸承上的振(zhen)動(dong)力(li)減少到允許的范圍之(zhi)內。因此，平(ping)衡機(ji)(ji)是(shi)減小振(zhen)動(dong)、改善性能和提高(gao)質(zhi)量(liang)的必不可少的設備。

通(tong)常，轉子(zi)的(de)平(ping)衡(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)測(ce)量和校(xiao)(xiao)正兩個步驟，平(ping)衡(heng)機主要用于不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)測(ce)量，而不(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)校(xiao)(xiao)正則往往借(jie)助于鉆(zhan)床、銑床和點焊機等(deng)其他(ta)輔助設(she)備，或用手(shou)工方法完成。有些平(ping)衡(heng)機已將(jiang)校(xiao)(xiao)正裝(zhuang)置做成為平(ping)衡(heng)機的(de)一個部分(fen)。

重力式(shi)平(ping)衡(heng)機和離心力式(shi)平(ping)衡(heng)機是兩(liang)類典(dian)型(xing)的(de)平(ping)衡(heng)機。

1. 重力式(shi)平(ping)衡機(ji)一(yi)般稱為靜平(ping)衡機(ji)。

它(ta)是依賴轉(zhuan)子(zi)自身的重力作用來測量靜(jing)不(bu)平(ping)衡的。

置于兩(liang)根水平(ping)導軌(gui)上的轉(zhuan)子(zi)如(ru)有不(bu)平(ping)衡量，則它對軸線的重力(li)矩使轉(zhuan)子(zi)在導軌(gui)上滾動(dong)，直至這(zhe)個不(bu)平(ping)衡量處于更(geng)低位置時才(cai)靜止。

被平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)轉子(zi)(zi)放在(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)(zuo)上(shang)，在(zai)支(zhi)座(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)下(xia)(xia)面嵌裝一片(pian)反(fan)射(she)鏡。當轉子(zi)(zi)不(bu)存(cun)(cun)在(zai)不(bu)平衡(heng)量(liang)時，由光源射(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光束經此反(fan)射(she)鏡反(fan)射(she)后(hou)，投射(she)在(zai)不(bu)平衡(heng)量(liang)指示(shi)器的(de)(de)(de)(de)極(ji)(ji)坐標原(yuan)點(dian)。如果轉子(zi)(zi)存(cun)(cun)在(zai)不(bu)平衡(heng)量(liang)，則轉子(zi)(zi)支(zhi)座(zuo)(zuo)在(zai)不(bu)平衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)重力矩作用下(xia)(xia)發生傾(qing)(qing)斜，支(zhi)座(zuo)(zuo)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)反(fan)射(she)鏡也隨(sui)之傾(qing)(qing)斜并使反(fan)射(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光束偏(pian)轉，這樣光束投在(zai)極(ji)(ji)坐標指示(shi)器上(shang)的(de)(de)(de)(de)光點(dian)便離(li)開原(yuan)點(dian)。根據(ju)這個光點(dian)偏(pian)轉的(de)(de)(de)(de)坐標位置(zhi)，可以得到不(bu)平衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)和(he)位置(zhi)。

重力(li)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)僅適用(yong)于(yu)某些平(ping)(ping)(ping)衡(heng)要求(qiu)不高(gao)的盤(pan)狀(zhuang)零件(jian)。對(dui)于(yu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)要求(qiu)高(gao)的轉子，一般采用(yong)離心式單面(mian)或雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉子(zi)旋轉的(de)(de)狀(zhuang)態下，根據(ju)轉子(zi)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)(de)支承振動(dong)(dong)，或作用(yong)于支承的(de)(de)振動(dong)(dong)力來測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的(de)(de)不同，可分為單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)一個平(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)(jing)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉子(zi)旋轉時進行測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜(jing)(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)動(dong)(dong)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也(ye)能分別(bie)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)靜(jing)(jing)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可分為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速高于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)一支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)稱為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。這種(zhong)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)(du)小(xiao)，傳感器檢(jian)測(ce)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)信號與支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)位移(yi)成(cheng)(cheng)正比。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速低於轉(zhuan)(zhuan)子(zi)一支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)稱為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)，這種(zhong)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)(du)大(da)，傳感器檢(jian)測(ce)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)信號與支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)力成(cheng)(cheng)正比。

平(ping)衡(heng)(heng)機的主要性能(neng)用(yong)最(zui)小(xiao)可達(da)剩余(yu)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)減(jian)少率(lv)兩項綜合(he)指(zhi)標表(biao)示。前者是(shi)(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)使轉子達(da)到的剩余(yu)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的最(zui)小(xiao)值(zhi)，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機更高(gao)平(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力(li)的指(zhi)標；后者是(shi)(shi)經過一次校正后所減(jian)少的不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始(shi)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)效(xiao)率(lv)的指(zhi)標，一般用(yong)百分數表(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。
  根據大批量生(sheng)產的(de)需要，對特定的(de)轉子能自動(dong)完成平(ping)衡(heng)測量和平(ping)衡(heng)校正的(de)自動(dong)平(ping)衡(heng)機，以及平(ping)衡(heng)自動(dong)線，現代已(yi)大量的(de)裝備在汽(qi)車制(zhi)造、電機制(zhi)造等工業部門(men)。

二. 平衡機常用術語解釋

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

為保證旋轉(zhuan)機械正(zheng)常工(gong)作所允許的轉(zhuan)子(zi)剩余不(bu)平(ping)衡(heng)量。該指(zhi)標用不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)表示(shi)時，稱為許用不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)（亦稱許用不(bu)平(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. 校正平面(mian)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(liang)轉(zhuan)子平(ping)衡(heng)優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子(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(xiao)可達剩余不平(ping)衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（Umar）。單(dan)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(shao)率（URR）

經過一(yi)次平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正(zheng)所減(jian)少的不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量與初始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量之(zhi)比值。它(ta)是衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機效率的性能指標，以百分數表示：

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

U2－一次(ci)平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不平衡(heng)力(li)偶干擾比

單(dan)面平衡機抑止不平衡力偶(ou)影響的性能(neng)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(yan)平衡機性能而(er)設計的(de)剛性轉子(zi)(zi)。其質(zhi)量(liang)(liang)、大小、尺(chi)寸均(jun)有規定，分立式(shi)和(he)臥式(shi)兩(liang)種(zhong)。立式(shi)轉子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機從(cong)原理方面可(ke)以分為硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機、軟支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機、半(ban)硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機。

1. 硬支承平衡機(ji)是平衡轉速遠低于參振系統共振頻率(lv)的平衡機(ji)。平衡校驗時(shi)，支承擺(bai)架相對處于“硬”狀態，因此(ci)轉子可以在接近實際軸承條件下進行平衡校正(zheng)。具(ju)有操作簡便(bian)、安全性能好的特(te)點。

2. 軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉速大(da)于參振系(xi)統共(gong)振頻率的平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承(cheng)(cheng)擺架(jia)相對(dui)處(chu)于“軟(ruan)”狀態，因此(ci)轉子校(xiao)驗(yan)平(ping)(ping)衡(heng)時。支(zhi)承(cheng)(cheng)條(tiao)件與實(shi)際軸承(cheng)(cheng)工作條(tiao)件不同。具有測量(liang)精度高(gao)的特點(dian)。

3. 半硬支承平衡(heng)機是(shi)平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的平衡(heng)機。同時具有(you)有(you)硬支承平衡(heng)機支承剛度高的特點，又有(you)軟支承平衡(heng)機精度高的優(you)點。

平(ping)衡(heng)機(ji)從(cong)應用(yong)方面分(fen)可分(fen)為立式平(ping)衡(heng)機(ji)和臥式平(ping)衡(heng)機(ji)；專(zhuan)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)和通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)。

臥式平(ping)衡機(ji)是(shi)被平(ping)衡轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡機(ji)上呈(cheng)水平(ping)狀態(tai)的(de)平(ping)衡機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸或可裝配(pei)工藝(yi)軸的(de)轉(zhuan)子，如機(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)子、汽(qi)輪機(ji)等等。

立式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是被平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉子(zi)的(de)旋轉軸(zhou)在平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機上呈(cheng)垂直狀(zhuang)態下的(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。適用于轉子(zi)本身不具轉軸(zhou)的(de)盤狀(zhuang)工件(jian)如離(li)合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤及其總成、制動盤、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件(jian)。

通用(yong)平衡(heng)機是指能對形狀和支承形式比較規則的轉子進行(xing)動(dong)平衡(heng)的平衡(heng)機。通用(yong)平衡(heng)機操作簡單，效率也較高。

專用(yong)平衡機(ji)是(shi)能對(dui)支承形式(shi)和外觀與一(yi)般轉子(zi)不同的轉子(zi)進(jin)行平衡的平衡機(ji)，例(li)如特別針對(dui)發(fa)動(dong)機(ji)的曲(qu)軸，汽車的傳動(dong)軸進(jin)行設(she)計的平衡機(ji)。功能專一(yi)。  

四(si). 動平(ping)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)不平衡(heng)方向去處一定的重量。常(chang)用的方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到(dao)技術的(de)(de)先進(jin)性和(he)經濟上的(de)(de)合理性，國際標準化(hua)組織(ISO)于1940年制定了世界(jie)公(gong)認的(de)(de)ISO1940平(ping)衡等(deng)級(ji)，它將轉子平(ping)衡等(deng)級(ji)分為(wei)(wei)11個(ge)(ge)級(ji)別(bie)，每個(ge)(ge)級(ji)別(bie)間以2.5倍為(wei)(wei)增量，從要求更(geng)高(gao)的(de)(de)G0.4到(dao)要求更(geng)低的(de)(de)G4000。單位為(wei)(wei)公(gong)克×毫米(mi)/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于轉子軸心(xin)的(de)(de)偏(pian)心(xin)距離。