平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是(shi)測量(liang)旋轉物體(轉子)不平(ping)衡量(liang)大小(xiao)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。海淀電機轉子、機(ji)床(chuang)主(zhu)軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉子、陀螺轉子和鐘表擺輪等(deng)旋轉零部件(jian)在制(zhi)造過(guo)程中，都需要(yao)經過(guo)平衡才能平穩正常(chang)地運轉。

根據平(ping)衡(heng)機(ji)測出的(de)(de)數據對轉子的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量進行校正，可(ke)改(gai)善(shan)轉子相對于(yu)軸(zhou)線的(de)(de)質(zhi)量分布，使轉子旋轉時產生的(de)(de)振(zhen)動或作(zuo)用于(yu)軸(zhou)承上的(de)(de)振(zhen)動力減少到允許的(de)(de)范圍之(zhi)內。因此，平(ping)衡(heng)機(ji)是減小(xiao)振(zhen)動、改(gai)善(shan)性能和提高質(zhi)量的(de)(de)必(bi)不(bu)可(ke)少的(de)(de)設備(bei)。

通常，轉(zhuan)子的(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)包括不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)測(ce)(ce)量(liang)和(he)校正(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)主要用(yong)(yong)于不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)測(ce)(ce)量(liang)，而不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)校正(zheng)則往往借(jie)助(zhu)于鉆(zhan)床、銑床和(he)點焊機(ji)等其他輔(fu)助(zhu)設備，或用(yong)(yong)手(shou)工方(fang)法完成。有些平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)已將校正(zheng)裝(zhuang)置做成為平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)一個部分。

重力式平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)離心力式平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是兩(liang)類典型的平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

1. 重力式平衡(heng)機(ji)一(yi)般(ban)稱為靜平衡(heng)機(ji)。

它是依(yi)賴轉子自身的重力作用來測量靜不平衡(heng)的。

置于(yu)兩根水平導軌上(shang)的轉子如(ru)有不平衡(heng)量，則它對軸(zhou)線的重(zhong)力矩使轉子在導軌上(shang)滾動，直至這個不平衡(heng)量處于(yu)更(geng)低位(wei)置時(shi)才靜止。

被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)的(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)下(xia)(xia)面嵌裝一片反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)不(bu)存在(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)時(shi)，由光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)射(she)出的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)經(jing)此反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡反(fan)(fan)(fan)射(she)后(hou)，投(tou)射(she)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)指示(shi)器的(de)極(ji)坐(zuo)標原(yuan)點。如果轉(zhuan)子(zi)存在(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)重力矩作用下(xia)(xia)發生(sheng)傾(qing)斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下(xia)(xia)的(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡也隨之(zhi)傾(qing)斜(xie)并(bing)使反(fan)(fan)(fan)射(she)出的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這樣(yang)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)投(tou)在(zai)極(ji)坐(zuo)標指示(shi)器上的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)點便離開原(yuan)點。根據這個(ge)光(guang)(guang)(guang)(guang)點偏轉(zhuan)的(de)坐(zuo)標位(wei)置，可以(yi)得到(dao)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)大(da)小和位(wei)置。

重力式平(ping)衡機(ji)僅(jin)適(shi)用于(yu)某些(xie)平(ping)衡要求不(bu)高的(de)盤狀零件。對于(yu)平(ping)衡要求高的(de)轉(zhuan)子，一般采用離(li)心式單面或雙面平(ping)衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉子旋(xuan)轉的(de)狀態下，根據轉子不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)支承振(zhen)動(dong)，或(huo)作用于支承的(de)振(zhen)動(dong)力來測量(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)(liang)的(de)不(bu)同，可(ke)分為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測量(liang)(liang)一個平(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉子旋(xuan)轉時進行測量(liang)(liang)，但(dan)仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測量(liang)(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別測量(liang)(liang)靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般(ban)稱為動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)按支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可分(fen)為軟支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和硬支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子(zi)(zi)一(yi)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻率的(de)稱(cheng)為軟支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)小，傳(chuan)感器檢(jian)測(ce)出(chu)(chu)的(de)信號(hao)與(yu)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振動(dong)位移成正比。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子(zi)(zi)一(yi)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻率的(de)稱(cheng)為硬支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)大，傳(chuan)感器檢(jian)測(ce)出(chu)(chu)的(de)信號(hao)與(yu)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振動(dong)力(li)成正比。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性能用最小(xiao)可達剩余不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減少率兩項綜合指(zhi)(zhi)標(biao)表示(shi)。前者是(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉子達到的(de)剩余不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最小(xiao)值，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更(geng)高(gao)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力(li)的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)；后者是(shi)經過(guo)一(yi)次校正(zheng)后所減少的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)，一(yi)般(ban)用百分(fen)數(shu)表示(shi)。

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(gen)據(ju)大(da)批量生產的(de)(de)需(xu)要(yao)，對特(te)定的(de)(de)轉(zhuan)子能自(zi)動完成平(ping)(ping)衡(heng)測量和平(ping)(ping)衡(heng)校正的(de)(de)自(zi)動平(ping)(ping)衡(heng)機，以及平(ping)(ping)衡(heng)自(zi)動線，現(xian)代已大(da)量的(de)(de)裝備在汽車制(zhi)造(zao)、電機制(zhi)造(zao)等工業部(bu)門。

二. 平衡機(ji)常(chang)用術(shu)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(xuan)轉(zhuan)機械正常工作所允許的轉(zhuan)子剩(sheng)余不平(ping)衡(heng)量。該指標用不平(ping)衡(heng)度表示時，稱(cheng)為許用不平(ping)衡(heng)度（亦稱(cheng)許用不平(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. 校正平面的干擾(rao)（相互影(ying)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(liang)轉子平衡優劣程度(du)的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，單位(wei)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(sheng)余不平衡量（Umar）

最(zui)小(xiao)可達(da)剩余不平衡量（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）

經過一次平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)正所(suo)減少的不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比(bi)值。它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機效率(lv)的性能(neng)指標(biao)，以(yi)百分數表示：

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

U2－一次平衡校(xiao)正(zheng)后的剩余不(bu)平衡量(liang)

13. 不平衡力偶干擾比

單(dan)面平衡機抑止(zhi)不平衡力偶影響(xiang)的性能指(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

為校(xiao)驗平(ping)衡(heng)機性(xing)能而設計的剛性(xing)轉子(zi)。其質量(liang)、大小、尺寸均有規(gui)定，分立式(shi)和臥(wo)式(shi)兩(liang)種。立式(shi)轉子(zi)質量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉子(zi)質量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從原理方(fang)面可以分為硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟(ruan)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬支承平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉(zhuan)速遠低于參振(zhen)系統(tong)共振(zhen)頻率的(de)平(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)衡校驗時，支承擺架相對處于“硬”狀態，因此轉(zhuan)子(zi)可以在接近實際軸承條件(jian)下進行平(ping)(ping)衡校正。具有操作(zuo)簡便、安全(quan)性能好的(de)特點。

2. 軟支(zhi)承平(ping)(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)(ping)衡轉速大于參(can)振系統共(gong)振頻(pin)率的平(ping)(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)(ping)衡校驗(yan)時(shi)，支(zhi)承擺架相(xiang)對處于“軟”狀態，因此轉子校驗(yan)平(ping)(ping)(ping)衡時(shi)。支(zhi)承條件(jian)與實際軸承工作條件(jian)不同。具有(you)測量精度高的特(te)點(dian)。

3. 半(ban)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉速在0.3~0.5倍參(can)振系統共(gong)振頻率之間(jian)的(de)(de)平(ping)(ping)衡機(ji)。同時具有有硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度高的(de)(de)特點，又有軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)精度高的(de)(de)優點。

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

臥式(shi)平衡(heng)機(ji)是被平衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸在平衡(heng)機(ji)上(shang)呈水平狀態的平衡(heng)機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸或可裝配工藝(yi)軸的轉(zhuan)子(zi)，如(ru)機(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪(lun)機(ji)等(deng)等(deng)。

立式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在(zai)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機上呈垂(chui)直狀態下的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。適(shi)用于轉(zhuan)子本身不具轉(zhuan)軸的盤狀工件如(ru)離合器、齒輪、風扇(shan)、壓盤及其(qi)總(zong)成、制(zhi)動盤、風葉(xie)(xie)、水泵葉(xie)(xie)輪、汽車飛輪、剎車轂、皮帶(dai)輪、砂輪等(deng)盤類零件。

通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡機是指能對形狀和支承形式比較規(gui)則的轉子進行動平(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)衡機。通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡機操作(zuo)簡(jian)單，效率也(ye)較高。

專用平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)能對支(zhi)承形式和外觀與一般轉(zhuan)子不同的轉(zhuan)子進行平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)，例如特別針對發動機(ji)(ji)的曲軸，汽車的傳動軸進行設計的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。功能專一。  

四. 動平(ping)衡(heng)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(chu)一定的重量。常(chang)用的方式(shi)有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的先進性和經濟上的合理性，國際標準化組織(ISO)于1940年制定了世界公認的ISO1940平(ping)衡等級(ji)(ji)，它將轉(zhuan)子平(ping)衡等級(ji)(ji)分(fen)為(wei)11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以2.5倍(bei)為(wei)增量，從要(yao)求更(geng)高的G0.4到要(yao)求更(geng)低的G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于轉(zhuan)子軸心的偏(pian)心距離(li)。