平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量(liang)旋轉(zhuan)物體(ti)(轉(zhuan)子(zi))不平衡量(liang)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。合川電機轉(zhuan)子(zi)、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪機轉(zhuan)子(zi)、陀螺(luo)轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部(bu)件在制造(zao)過(guo)程中，都需要經(jing)過(guo)平(ping)衡才能平(ping)穩正常地(di)運(yun)轉(zhuan)。

根據平(ping)衡(heng)機測出的數據對(dui)轉子(zi)的不平(ping)衡(heng)量(liang)進行校正，可(ke)改(gai)善轉子(zi)相對(dui)于(yu)軸線的質量(liang)分(fen)布，使轉子(zi)旋轉時產生的振(zhen)(zhen)動或(huo)作用于(yu)軸承上的振(zhen)(zhen)動力減少到允許的范圍之內。因此(ci)，平(ping)衡(heng)機是減小振(zhen)(zhen)動、改(gai)善性能和(he)提高(gao)質量(liang)的必不可(ke)少的設(she)備。

通常(chang)，轉(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)包括不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)和(he)校正(zheng)兩個(ge)步驟(zou)，平衡(heng)(heng)機(ji)主要用于(yu)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)，而不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)校正(zheng)則往(wang)往(wang)借(jie)助于(yu)鉆(zhan)床(chuang)、銑床(chuang)和(he)點焊機(ji)等其他(ta)輔助設備，或(huo)用手工方(fang)法完成。有些平衡(heng)(heng)機(ji)已將校正(zheng)裝(zhuang)置(zhi)做(zuo)成為平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)一個(ge)部分。

重力式(shi)平衡(heng)機和離心力式(shi)平衡(heng)機是兩(liang)類典型的(de)平衡(heng)機。

1. 重(zhong)力式平衡機(ji)一(yi)般稱為靜平衡機(ji)。

它是依賴轉(zhuan)子自身的(de)重力(li)作用來測量靜不平衡的(de)。

置(zhi)于兩根水平(ping)導軌上(shang)的轉子如有不平(ping)衡(heng)量(liang)，則它(ta)對軸線的重力矩使(shi)轉子在導軌上(shang)滾動，直至這個不平(ping)衡(heng)量(liang)處于更低位置(zhi)時才(cai)靜(jing)止。

被平(ping)衡(heng)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子放在用靜(jing)壓軸承(cheng)支承(cheng)的(de)支座(zuo)上(shang)，在支座(zuo)的(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)射(she)(she)鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)(bu)存(cun)(cun)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)時(shi)，由光(guang)源射(she)(she)出(chu)的(de)光(guang)束經(jing)此(ci)反(fan)射(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)指(zhi)示器的(de)極坐標(biao)原點。如(ru)果轉(zhuan)(zhuan)子存(cun)(cun)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子支座(zuo)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)重力(li)矩作用下(xia)發生傾(qing)(qing)斜(xie)，支座(zuo)下(xia)的(de)反(fan)射(she)(she)鏡也隨之(zhi)傾(qing)(qing)斜(xie)并使反(fan)射(she)(she)出(chu)的(de)光(guang)束偏轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束投(tou)在極坐標(biao)指(zhi)示器上(shang)的(de)光(guang)點便離(li)開(kai)原點。根(gen)據這(zhe)個光(guang)點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)坐標(biao)位置，可(ke)以得到不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)大小和位置。

重力式(shi)平衡機僅(jin)適(shi)用于(yu)(yu)某些(xie)平衡要(yao)求不高的(de)盤狀零(ling)件。對于(yu)(yu)平衡要(yao)求高的(de)轉子，一般采用離(li)心式(shi)單面或雙面平衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是在(zai)轉子(zi)(zi)旋(xuan)轉的(de)(de)狀(zhuang)態下，根據轉子(zi)(zi)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)引(yin)起的(de)(de)支(zhi)承振動(dong)，或作用于(yu)支(zhi)承的(de)(de)振動(dong)力來測(ce)(ce)量不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)面(mian)數量的(de)(de)不(bu)同，可分為(wei)單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測(ce)(ce)量一(yi)個(ge)平(ping)(ping)面(mian)上的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉子(zi)(zi)旋(xuan)轉時進(jin)行(xing)測(ce)(ce)量，但仍屬(shu)于(yu)靜平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能測(ce)(ce)量動(dong)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分別測(ce)(ce)量靜不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一(yi)般稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機按(an)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性(xing)不(bu)同，又可分為軟(ruan)(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)速高(gao)于(yu)轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有頻(pin)率的(de)稱為軟(ruan)(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度小(xiao)，傳感器檢(jian)測出(chu)(chu)的(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振動位移(yi)成正(zheng)(zheng)比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有頻(pin)率的(de)稱為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機，這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳感器檢(jian)測出(chu)(chu)的(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振動力成正(zheng)(zheng)比。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性(xing)能(neng)用最小(xiao)可達(da)剩余不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩項綜合指(zhi)標(biao)表(biao)示。前者(zhe)是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)使轉子達(da)到(dao)的(de)剩余不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)最小(xiao)值(zhi)，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)力的(de)指(zhi)標(biao)；后(hou)者(zhe)是經過(guo)一次校正后(hou)所減少的(de)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始(shi)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效(xiao)率的(de)指(zhi)標(biao)，一般用百(bai)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。
  根據大批量生產的(de)需要，對(dui)特定的(de)轉子能自(zi)動完成(cheng)平衡測量和平衡校(xiao)正(zheng)的(de)自(zi)動平衡機，以及平衡自(zi)動線，現代(dai)已(yi)大量的(de)裝(zhuang)備在汽車制造、電機制造等工業部門。

二. 平衡機常用術(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(bao)證旋轉機械正常工(gong)作所允(yun)許的(de)轉子剩余不(bu)平(ping)(ping)衡量。該(gai)指標用不(bu)平(ping)(ping)衡度表示(shi)時，稱為許用不(bu)平(ping)(ping)衡度（亦稱許用不(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(liang)轉子平衡優(you)劣程度(du)的指標。

G=eperω/1000

式(shi)中：G－轉子平衡(heng)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最(zui)小可(ke)達剩(sheng)余(yu)不平衡量（Umar）

最小可達剩余不(bu)平(ping)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(yi)次(ci)平(ping)衡(heng)校正所(suo)減少的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量與初始不(bu)平(ping)衡(heng)量之比值(zhi)。它是衡(heng)量平(ping)衡(heng)機效率的(de)性能(neng)指標，以百分(fen)數表(biao)示(shi)：

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

U2－一次平(ping)衡校正后的剩余不平(ping)衡量(liang)

13. 不平衡(heng)力偶干(gan)擾比

單面平衡機抑止不平衡力(li)偶影響(xiang)的性能指標。

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)(wei)校驗平衡機性(xing)能而設計(ji)的剛性(xing)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)。其質量、大小、尺寸均有規定，分(fen)立式(shi)和臥式(shi)兩(liang)種。立式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質量為(wei)(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質量為(wei)(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從原理方面可以分為硬(ying)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半硬(ying)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉(zhuan)速(su)遠低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率(lv)的(de)平(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)衡校驗時，支承擺架相對(dui)處于“硬(ying)”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際軸承條件(jian)下進行(xing)平(ping)(ping)衡校正。具有操作簡(jian)便(bian)、安全性能(neng)好(hao)的(de)特點。

2. 軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)大于參振系統(tong)共振頻(pin)率(lv)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)校(xiao)驗時，支(zhi)承擺(bai)架相對處(chu)于“軟”狀(zhuang)態，因此轉(zhuan)子校(xiao)驗平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)時。支(zhi)承條(tiao)(tiao)件(jian)與實際軸承工(gong)作條(tiao)(tiao)件(jian)不(bu)同(tong)。具有(you)測量精度高的(de)特點(dian)。

3. 半硬支(zhi)承(cheng)平衡機(ji)是平衡轉速在(zai)0.3~0.5倍(bei)參振系(xi)統共振頻(pin)率之間的(de)平衡機(ji)。同時具(ju)有(you)有(you)硬支(zhi)承(cheng)平衡機(ji)支(zhi)承(cheng)剛(gang)度高(gao)的(de)特點(dian)，又有(you)軟支(zhi)承(cheng)平衡機(ji)精度高(gao)的(de)優點(dian)。

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

臥式平衡(heng)機(ji)是被平衡(heng)轉子(zi)的(de)(de)旋轉軸在平衡(heng)機(ji)上呈水(shui)平狀態的(de)(de)平衡(heng)機(ji)。適用于有轉軸或(huo)可(ke)裝配工藝(yi)軸的(de)(de)轉子(zi)，如機(ji)床主軸、滾筒(tong)、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉子(zi)、汽輪(lun)機(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)被(bei)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機上呈垂直狀(zhuang)態下(xia)的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。適用于(yu)轉(zhuan)子(zi)本身不(bu)具轉(zhuan)軸(zhou)的盤(pan)狀(zhuang)工件(jian)如(ru)離合器、齒輪(lun)、風扇、壓(ya)盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等(deng)盤(pan)類零(ling)件(jian)。

通(tong)用(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)是指能(neng)對形狀(zhuang)和支承形式比較規則的轉子進行動平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)(ji)。通(tong)用(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)操作簡(jian)單，效率也較高。

專(zhuan)(zhuan)用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是(shi)能(neng)對支(zhi)承形式和(he)外觀與一般(ban)轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)同的(de)轉(zhuan)(zhuan)子進行平(ping)(ping)(ping)衡(heng)的(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)，例如特別(bie)針對發動(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽(qi)車的(de)傳動(dong)軸(zhou)進行設(she)計的(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。功能(neng)專(zhuan)(zhuan)一。  

四(si). 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(ping)衡(heng)方向去(qu)處一(yi)定的重(zhong)量(liang)。常用的方式有：鏜削(xue)(xue)、鉆孔(kong)、鑿(zao)削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨(mo)削(xue)(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shu)的(de)(de)先(xian)進性(xing)和經濟上的(de)(de)合理性(xing)，國(guo)際(ji)標準化組織(ISO)于1940年制定(ding)了世界公認的(de)(de)ISO1940平(ping)衡等(deng)級(ji)(ji)(ji)，它(ta)將轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡等(deng)級(ji)(ji)(ji)分為11個(ge)(ge)級(ji)(ji)(ji)別，每個(ge)(ge)級(ji)(ji)(ji)別間以(yi)2.5倍為增量，從要(yao)求更(geng)高的(de)(de)G0.4到要(yao)求更(geng)低的(de)(de)G4000。單(dan)位為公克(ke)×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于轉(zhuan)子(zi)軸心(xin)的(de)(de)偏心(xin)距離(li)。