平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是(shi)測量旋轉物體(轉子)不平衡量大(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。哈爾濱電機轉子、機(ji)床主軸(zhou)、內燃機(ji)曲(qu)軸(zhou)、汽輪機(ji)轉子、陀螺(luo)轉子和鐘表擺輪等旋轉零部件在制造過程中(zhong)，都需要(yao)經過平衡才能(neng)平穩(wen)正常地(di)運(yun)轉。

根據平衡機測出的(de)數據對(dui)轉子的(de)不平衡量進行校正(zheng)，可改善(shan)轉子相對(dui)于軸線的(de)質量分布，使轉子旋轉時產生的(de)振(zhen)動或(huo)作用(yong)于軸承上(shang)的(de)振(zhen)動力減少到允(yun)許的(de)范圍(wei)之(zhi)內。因(yin)此(ci)，平衡機是減小振(zhen)動、改善(shan)性能(neng)和提(ti)高質量的(de)必不可少的(de)設備。

通(tong)常，轉(zhuan)子的(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡包括不平(ping)(ping)(ping)衡量的(de)(de)(de)測量和校(xiao)正(zheng)(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)主要用于(yu)不平(ping)(ping)(ping)衡量的(de)(de)(de)測量，而(er)不平(ping)(ping)(ping)衡量的(de)(de)(de)校(xiao)正(zheng)(zheng)則往往借助于(yu)鉆床(chuang)、銑床(chuang)和點(dian)焊機(ji)等其(qi)他(ta)輔助設備(bei)，或用手工方法完成。有些(xie)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)已將(jiang)校(xiao)正(zheng)(zheng)裝置做成為平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)(de)一(yi)個部(bu)分。

重力式(shi)平(ping)衡機(ji)和離心力式(shi)平(ping)衡機(ji)是兩類典型(xing)的平(ping)衡機(ji)。

1. 重力式(shi)平衡機一般稱為靜(jing)平衡機。

它是依賴轉子自身的重力作用(yong)來(lai)測量靜不平衡的。

置(zhi)于兩根(gen)水平(ping)(ping)導軌(gui)上的轉(zhuan)子如有不平(ping)(ping)衡量，則它對(dui)軸線的重力矩使轉(zhuan)子在導軌(gui)上滾動，直至這個不平(ping)(ping)衡量處(chu)于更低(di)位置(zhi)時才靜止。

被平衡(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)放(fang)在(zai)(zai)用靜壓軸承支(zhi)(zhi)承的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)上，在(zai)(zai)支(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一片反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)。當(dang)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)(bu)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)量時，由(you)光(guang)(guang)源(yuan)射(she)(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)經此反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)反(fan)射(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)量指示(shi)(shi)器的(de)(de)(de)極(ji)坐(zuo)標(biao)原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)量，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支(zhi)(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)量的(de)(de)(de)重力矩作用下發生傾(qing)斜(xie)，支(zhi)(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)也隨之傾(qing)斜(xie)并使反(fan)射(she)(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)偏轉(zhuan)(zhuan)，這樣光(guang)(guang)束(shu)投在(zai)(zai)極(ji)坐(zuo)標(biao)指示(shi)(shi)器上的(de)(de)(de)光(guang)(guang)點便離(li)開原點。根據這個光(guang)(guang)點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位置，可以得到不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)量的(de)(de)(de)大小和位置。

重力式(shi)平衡(heng)機僅(jin)適用于(yu)(yu)某些平衡(heng)要求不高(gao)(gao)的(de)盤(pan)狀零(ling)件(jian)。對于(yu)(yu)平衡(heng)要求高(gao)(gao)的(de)轉子(zi)，一般(ban)采用離(li)心式(shi)單面或雙面平衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是在轉子旋轉的(de)(de)狀(zhuang)態(tai)下，根(gen)據(ju)轉子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)振(zhen)動(dong)，或作用于支(zhi)承(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)力來測量(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數(shu)量(liang)(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)同，可(ke)分為單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)只能(neng)測量(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然是在轉子旋轉時進行測量(liang)(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)能(neng)測量(liang)(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別測量(liang)(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

離心力(li)式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)特性(xing)不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子一(yi)(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)系統(tong)固有頻率(lv)的(de)稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。這(zhe)種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度小(xiao)，傳感(gan)(gan)器檢測出(chu)的(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)振動(dong)位移成(cheng)正比。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子一(yi)(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)系統(tong)固有頻率(lv)的(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)，這(zhe)種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度大，傳感(gan)(gan)器檢測出(chu)的(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)振動(dong)力(li)成(cheng)正比。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)主(zhu)要(yao)性能(neng)用(yong)最小可達剩余不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)，和不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)減少率兩項(xiang)綜合指標(biao)表示。前者是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能(neng)使轉子(zi)達到的(de)(de)剩余不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)最小值，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機更(geng)高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)指標(biao)；后者是經過一次校正后所減少的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)與初(chu)始(shi)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)(de)指標(biao)，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(ju)大(da)批量(liang)(liang)生產的需要，對特(te)定的轉子能(neng)自(zi)(zi)動(dong)完(wan)成平(ping)衡(heng)測量(liang)(liang)和平(ping)衡(heng)校正的自(zi)(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)機(ji)，以及平(ping)衡(heng)自(zi)(zi)動(dong)線，現(xian)代已大(da)量(liang)(liang)的裝備在(zai)汽車制(zhi)造(zao)(zao)、電機(ji)制(zhi)造(zao)(zao)等工業部門(men)。

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(bao)證旋轉(zhuan)(zhuan)機械正常工作所(suo)允許的(de)轉(zhuan)(zhuan)子剩余不平衡(heng)(heng)量(liang)。該指標(biao)用不平衡(heng)(heng)度表(biao)示時，稱為(wei)許用不平衡(heng)(heng)度（亦稱許用不平衡(heng)(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(hu)影響(xiang)）

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(you)劣程度的指標(biao)。

G=eperω/1000

式(shi)中(zhong)：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)不平衡量（Umar）

最小可達剩余不(bu)平衡(heng)量(liang)（Umar）。單位是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(jing)過一次(ci)平(ping)衡校正所減(jian)少的不平(ping)衡量(liang)(liang)與初(chu)始不平(ping)衡量(liang)(liang)之比值。它是衡量(liang)(liang)平(ping)衡機效率的性能指(zhi)標，以百分數表示：

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

U2－一次平衡校正后的剩(sheng)余不(bu)平衡量

13. 不(bu)平衡(heng)力偶(ou)干(gan)擾比

單面平(ping)衡(heng)機抑止(zhi)不平(ping)衡(heng)力偶影響的性能(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(wei)校驗平衡機性能而設(she)計的(de)剛(gang)性轉子。其質量、大小、尺寸均有規定，分(fen)立(li)式和臥式兩種。立(li)式轉子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機從原(yuan)理方面可以分為硬(ying)支承平衡(heng)機、軟支承平衡(heng)機、半硬(ying)支承平衡(heng)機。

1. 硬支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低于(yu)參振系統共振頻率(lv)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承擺架相對處于(yu)“硬”狀態，因此(ci)轉子(zi)可以(yi)在接近實際軸承條(tiao)件下進行平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操(cao)作簡便、安全性能好(hao)的(de)特(te)點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)平衡機是平衡轉(zhuan)速大于參振系統共振頻率的平衡機。平衡校驗(yan)時，支(zhi)承(cheng)擺架相對(dui)處(chu)于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子(zi)校驗(yan)平衡時。支(zhi)承(cheng)條(tiao)(tiao)件與(yu)實際軸(zhou)承(cheng)工(gong)作(zuo)條(tiao)(tiao)件不同。具有測量精度(du)高的特點。

3. 半硬支承平衡機(ji)是(shi)平衡轉速在0.3~0.5倍參(can)振系統共振頻率之間的(de)(de)平衡機(ji)。同(tong)時(shi)具有有硬支承平衡機(ji)支承剛度(du)高(gao)的(de)(de)特點(dian)，又有軟支承平衡機(ji)精度(du)高(gao)的(de)(de)優點(dian)。

平(ping)衡(heng)機從應用(yong)方面分可分為立式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機和(he)臥式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機；專用(yong)平(ping)衡(heng)機和(he)通用(yong)平(ping)衡(heng)機。

臥式平(ping)衡(heng)機是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子的(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機上呈水平(ping)狀(zhuang)態(tai)的(de)平(ping)衡(heng)機。適用(yong)于有轉(zhuan)軸或可(ke)裝配(pei)工藝軸的(de)轉(zhuan)子，如(ru)機床主軸、滾筒(tong)、風機、增壓器、電機轉(zhuan)子、汽輪機等等。

立式平(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子的(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機(ji)上呈垂直狀態下的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。適用于轉(zhuan)子本(ben)身不具轉(zhuan)軸的(de)(de)盤(pan)(pan)狀工(gong)件如離合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)(pan)及其總(zong)成(cheng)、制動(dong)盤(pan)(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎(cha)車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)(pan)類零件。

通用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形狀(zhuang)和(he)支承形式比較規則的轉(zhuan)子(zi)進行(xing)動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡(jian)單，效率也較高。

專用平衡機是能(neng)對(dui)支承形式(shi)和外觀與一(yi)般轉子(zi)不(bu)同的(de)(de)(de)轉子(zi)進行平衡的(de)(de)(de)平衡機，例(li)如特別針對(dui)發動機的(de)(de)(de)曲軸，汽車的(de)(de)(de)傳動軸進行設計的(de)(de)(de)平衡機。功能(neng)專一(yi)。  

四. 動(dong)平衡加(jia)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(heng)方向去處(chu)一定的(de)重量。常用的(de)方式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑(xian)削、磨(mo)削等。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技術的(de)先進(jin)性和經濟上的(de)合(he)理性，國際標準(zhun)化組織(zhi)(ISO)于1940年制定了世界公認的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)，它將轉子(zi)平(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)分為11個級(ji)(ji)別(bie)，每個級(ji)(ji)別(bie)間以2.5倍(bei)為增量，從要(yao)(yao)求(qiu)更(geng)高(gao)的(de)G0.4到(dao)要(yao)(yao)求(qiu)更(geng)低的(de)G4000。單位為公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對于轉子(zi)軸(zhou)心(xin)的(de)偏心(xin)距離(li)。