平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量旋轉物(wu)體(轉子)不平衡量大小和位置的機器(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。奉賢電機轉(zhuan)子(zi)、機床主軸、內燃(ran)機曲軸、汽輪機轉(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零部件在制造過(guo)程中，都需要經過(guo)平(ping)衡才能(neng)平(ping)穩正(zheng)常地運轉(zhuan)。

根據平(ping)衡機(ji)(ji)測出的(de)數據對(dui)(dui)轉(zhuan)子的(de)不平(ping)衡量(liang)(liang)進行校正，可改(gai)善轉(zhuan)子相對(dui)(dui)于(yu)(yu)軸線的(de)質(zhi)量(liang)(liang)分布(bu)，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)動(dong)(dong)或(huo)作用于(yu)(yu)軸承(cheng)上的(de)振(zhen)動(dong)(dong)力減(jian)(jian)少(shao)到允許的(de)范圍之內。因(yin)此(ci)，平(ping)衡機(ji)(ji)是(shi)減(jian)(jian)小振(zhen)動(dong)(dong)、改(gai)善性(xing)能和提高質(zhi)量(liang)(liang)的(de)必不可少(shao)的(de)設備。

通(tong)常(chang)，轉子的(de)平(ping)衡包括不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)測(ce)量(liang)和校(xiao)(xiao)正兩個步驟，平(ping)衡機(ji)主要用于不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)測(ce)量(liang)，而(er)不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)校(xiao)(xiao)正則往往借助(zhu)于鉆床、銑床和點焊機(ji)等其他輔(fu)助(zhu)設備，或(huo)用手工(gong)方(fang)法完成(cheng)(cheng)。有些平(ping)衡機(ji)已(yi)將校(xiao)(xiao)正裝(zhuang)置做成(cheng)(cheng)為(wei)平(ping)衡機(ji)的(de)一(yi)個部分。

重力(li)(li)式平衡機(ji)和(he)離心(xin)力(li)(li)式平衡機(ji)是兩(liang)類典型的(de)平衡機(ji)。

1. 重力式平(ping)衡機一般稱為(wei)靜平(ping)衡機。

它(ta)是依賴轉(zhuan)子自(zi)身的重力(li)作(zuo)用(yong)來測量靜(jing)不平(ping)衡的。

置(zhi)于(yu)兩根水平導軌上的(de)轉子如有不(bu)(bu)平衡(heng)量，則它(ta)對(dui)軸線的(de)重力矩(ju)使轉子在導軌上滾動，直至這個不(bu)(bu)平衡(heng)量處(chu)于(yu)更(geng)低(di)位置(zhi)時才靜(jing)止。

被(bei)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)放在用靜(jing)壓軸承(cheng)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)上(shang)(shang)，在支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一(yi)片反射(she)(she)鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)存在不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量時，由(you)光(guang)源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)束經此反射(she)(she)鏡反射(she)(she)后(hou)，投射(she)(she)在不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量指示器的(de)(de)(de)(de)(de)極坐(zuo)(zuo)標(biao)原(yuan)(yuan)點。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)存在不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)在不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)力矩作(zuo)用下發生傾斜，支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)(de)(de)反射(she)(she)鏡也(ye)隨之(zhi)傾斜并使反射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)束偏轉(zhuan)(zhuan)，這樣光(guang)束投在極坐(zuo)(zuo)標(biao)指示器上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)點便離(li)開原(yuan)(yuan)點。根據這個光(guang)點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)(de)(de)坐(zuo)(zuo)標(biao)位置，可以得到不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)(de)(de)大小和(he)位置。

重力式平(ping)(ping)衡(heng)機僅適用于(yu)某些平(ping)(ping)衡(heng)要求(qiu)不(bu)高(gao)的盤狀零件。對于(yu)平(ping)(ping)衡(heng)要求(qiu)高(gao)的轉子(zi)，一般采用離心式單面或(huo)雙面平(ping)(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)引(yin)起的(de)支承(cheng)振(zhen)動(dong)(dong)，或作用于支承(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)(dong)力來測量(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)面數量(liang)(liang)的(de)不(bu)(bu)同，可分為(wei)單(dan)面平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和(he)(he)雙面平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。單(dan)面平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)只能測量(liang)(liang)一個平(ping)面上的(de)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)(jing)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng))，它(ta)雖然(ran)是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時進(jin)行測量(liang)(liang)，但仍屬(shu)于靜(jing)(jing)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。雙面平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)能測量(liang)(liang)動(dong)(dong)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)，也能分別(bie)測量(liang)(liang)靜(jing)(jing)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)和(he)(he)偶不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)，一般(ban)稱為(wei)動(dong)(dong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

離(li)心(xin)力(li)式平(ping)衡機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)特性(xing)不同，又可分為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)。平(ping)衡轉速(su)高于轉子(zi)一支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固有頻(pin)率(lv)的(de)稱為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)。這(zhe)種平(ping)衡機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度小，傳感(gan)器(qi)檢測(ce)(ce)出(chu)的(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)振動位移成正比(bi)。平(ping)衡轉速(su)低於轉子(zi)一支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固有頻(pin)率(lv)的(de)稱為(wei)(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)，這(zhe)種平(ping)衡機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度大，傳感(gan)器(qi)檢測(ce)(ce)出(chu)的(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)振動力(li)成正比(bi)。

平衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主要性(xing)能(neng)用(yong)最小可達剩余(yu)不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)量，和不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)量減少率(lv)兩(liang)項綜合指標表示。前者是平衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)使(shi)轉子(zi)達到(dao)的(de)(de)剩余(yu)不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)最小值，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平衡(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)指標；后者是經過一(yi)次(ci)校(xiao)正后所減少的(de)(de)不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)量與初(chu)始(shi)不平衡(heng)(heng)(heng)(heng)量之比，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)(heng)(heng)效(xiao)率(lv)的(de)(de)指標，一(yi)般用(yong)百(bai)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)(liang)生產的需要，對(dui)特定(ding)的轉(zhuan)子(zi)能自動完成平衡測量(liang)(liang)和平衡校正的自動平衡機，以及平衡自動線，現代(dai)已大量(liang)(liang)的裝備在汽車制(zhi)造、電機制(zhi)造等工(gong)業(ye)部門(men)。

二. 平衡機常用(yong)術語(yu)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

為保證旋轉機械正常(chang)工(gong)作所允許(xu)的轉子剩余不平衡(heng)量。該指標用(yong)(yong)不平衡(heng)度表示時，稱為許(xu)用(yong)(yong)不平衡(heng)度（亦稱許(xu)用(yong)(yong)不平衡(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(ping)衡優劣程度的指標。

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. 最小可達剩余(yu)不平衡量（Umar）

最小可(ke)達剩余不平衡(heng)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. 不平衡量減少率（URR）

經過一次(ci)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校正(zheng)所減少的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量與初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量之比值(zhi)。它是衡(heng)(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機效率的(de)性能(neng)指標，以百分數表示(shi)：

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

U2－一次(ci)平(ping)(ping)衡校正后的(de)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡量

13. 不(bu)平衡(heng)力偶(ou)干擾比

單面平(ping)衡機(ji)抑止不平(ping)衡力偶影響(xiang)的性能指標(biao)。

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)校驗平衡機性能而設計的剛性轉(zhuan)子(zi)。其質量、大(da)小、尺寸均有(you)規定，分立(li)式和臥(wo)式兩種(zhong)。立(li)式轉(zhuan)子(zi)質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉(zhuan)子(zi)質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡機從原理方面可(ke)以(yi)分為硬(ying)(ying)支承平(ping)衡機、軟支承平(ping)衡機、半(ban)硬(ying)(ying)支承平(ping)衡機。

1. 硬(ying)支承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低(di)于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支承(cheng)擺架相對處于“硬(ying)”狀(zhuang)態，因此(ci)轉(zhuan)子可以在接近實際軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)校正。具有(you)操作簡(jian)便、安(an)全性能好的特(te)點。

2. 軟支承(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)(ping)(ping)衡轉速(su)大于(yu)參振系統共振頻率(lv)的(de)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)(ping)(ping)衡校(xiao)驗(yan)時，支承(cheng)擺架相對處于(yu)“軟”狀(zhuang)態，因此轉子校(xiao)驗(yan)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡時。支承(cheng)條件與實(shi)際(ji)軸(zhou)承(cheng)工(gong)作條件不同。具有(you)測量精(jing)度高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)是平(ping)衡轉速在0.3~0.5倍參(can)振(zhen)系統共振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)。同(tong)時具有(you)(you)有(you)(you)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度高(gao)的(de)特點(dian)，又(you)有(you)(you)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)精度高(gao)的(de)優點(dian)。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)從應用方面分(fen)可分(fen)為立式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)臥式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)；專用平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)通用平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。

臥式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉子的旋(xuan)轉軸在平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈水平(ping)(ping)(ping)狀態(tai)的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適(shi)用(yong)于有轉軸或可裝配工藝軸的轉子，如機(ji)床主軸、滾筒、風(feng)機(ji)、增壓器、電機(ji)轉子、汽輪機(ji)等(deng)等(deng)。

立(li)式平衡(heng)機是(shi)被平衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)在平衡(heng)機上呈垂(chui)直狀態下的平衡(heng)機。適用于(yu)轉(zhuan)(zhuan)子本(ben)身不具(ju)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)的盤(pan)狀工件(jian)如離合器(qi)、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及(ji)其(qi)總(zong)成、制(zhi)動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂、皮(pi)帶輪(lun)、砂輪(lun)等(deng)盤(pan)類零件(jian)。

通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是指能對形狀和(he)支承形式比(bi)較(jiao)(jiao)規則的轉子(zi)進行動(dong)平(ping)衡(heng)(heng)的平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)操(cao)作簡單，效率也較(jiao)(jiao)高。

專用平(ping)衡機(ji)是能對(dui)支承形式和外(wai)觀與一(yi)般轉(zhuan)子不同(tong)的(de)(de)轉(zhuan)子進行平(ping)衡的(de)(de)平(ping)衡機(ji)，例如特別(bie)針(zhen)對(dui)發動機(ji)的(de)(de)曲(qu)軸(zhou)，汽車的(de)(de)傳動軸(zhou)進行設計的(de)(de)平(ping)衡機(ji)。功能專一(yi)。  

四. 動平衡加(jia)工(gong)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

即在不(bu)平衡方向去處一定的(de)重量。常(chang)用的(de)方式有(you)：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨(mo)削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技術的(de)先(xian)進性和(he)經濟上(shang)的(de)合理(li)性，國際(ji)標準化(hua)組織(ISO)于(yu)1940年制定了世(shi)界公認的(de)ISO1940平(ping)(ping)衡等級(ji)(ji)，它(ta)將轉(zhuan)子平(ping)(ping)衡等級(ji)(ji)分為(wei)(wei)11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間(jian)以2.5倍為(wei)(wei)增量，從(cong)要求更(geng)高的(de)G0.4到(dao)要求更(geng)低的(de)G4000。單(dan)位為(wei)(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表(biao)不(bu)平(ping)(ping)衡對(dui)于(yu)轉(zhuan)子軸心的(de)偏(pian)心距(ju)離(li)。