平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測(ce)量旋轉(zhuan)物體(ti)(轉(zhuan)子)不平衡量大(da)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。河東電機轉子(zi)、機床主軸、內燃機曲(qu)軸、汽輪機轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和鐘表擺輪等旋轉零部件在制造過程中，都需要(yao)經過平(ping)衡才(cai)能平(ping)穩正常地運轉。

根(gen)據平衡機測出(chu)的(de)數據對轉(zhuan)子(zi)的(de)不平衡量進(jin)行(xing)校正，可(ke)(ke)改(gai)(gai)善轉(zhuan)子(zi)相對于軸線(xian)的(de)質量分布，使轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時產生的(de)振動或作用于軸承上的(de)振動力(li)減(jian)少到允(yun)許的(de)范圍(wei)之內。因此，平衡機是減(jian)小振動、改(gai)(gai)善性能(neng)和提高質量的(de)必不可(ke)(ke)少的(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)包括(kuo)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量和(he)校(xiao)正(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機主要用于不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量，而不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)校(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借助于鉆床、銑床和(he)點焊機等其他輔助設備(bei)，或用手工(gong)方(fang)法完成。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機已將校(xiao)正(zheng)裝置做成為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)一個(ge)部分。

重力式平衡機(ji)和(he)離心力式平衡機(ji)是兩類典(dian)型(xing)的平衡機(ji)。

1. 重力(li)式(shi)平衡機一般稱(cheng)為靜平衡機。

它是依賴(lai)轉子自身的重力作(zuo)用來測量(liang)靜不平衡的。

置于兩根水平導軌(gui)上的轉(zhuan)子如有(you)不平衡量，則它對軸線的重(zhong)力矩使轉(zhuan)子在導軌(gui)上滾動(dong)，直至這(zhe)個不平衡量處于更低(di)位置時才靜止。

被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子放(fang)在用靜(jing)壓軸承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在支(zhi)座(zuo)的(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子不存在不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量時，由光(guang)(guang)(guang)源射(she)出(chu)的(de)光(guang)(guang)(guang)束經此反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡反(fan)(fan)(fan)射(she)后，投(tou)射(she)在不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量指示(shi)(shi)器的(de)極(ji)坐標(biao)原點(dian)。如果轉(zhuan)(zhuan)子存在不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量，則(ze)轉(zhuan)(zhuan)子支(zhi)座(zuo)在不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)重力(li)矩作用下(xia)發生傾斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡也隨之傾斜并使反(fan)(fan)(fan)射(she)出(chu)的(de)光(guang)(guang)(guang)束偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)(zhe)樣光(guang)(guang)(guang)束投(tou)在極(ji)坐標(biao)指示(shi)(shi)器上(shang)的(de)光(guang)(guang)(guang)點(dian)便離開原點(dian)。根據(ju)這(zhe)(zhe)個(ge)光(guang)(guang)(guang)點(dian)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)的(de)坐標(biao)位置，可以得(de)到不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)大小和位置。

重力(li)式(shi)平(ping)衡機僅適用(yong)(yong)于(yu)某些平(ping)衡要求不高的(de)盤狀零(ling)件。對于(yu)平(ping)衡要求高的(de)轉子，一般(ban)采用(yong)(yong)離心式(shi)單面或雙面平(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是在(zai)轉子(zi)(zi)旋(xuan)轉的(de)狀態下，根據(ju)轉子(zi)(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)支(zhi)承振動，或作(zuo)用于支(zhi)承的(de)振動力來測(ce)(ce)量不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量的(de)不(bu)(bu)同，可分為(wei)單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只能(neng)測(ce)(ce)量一(yi)(yi)個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然是在(zai)轉子(zi)(zi)旋(xuan)轉時(shi)進行測(ce)(ce)量，但(dan)仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)測(ce)(ce)量動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別測(ce)(ce)量靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)(yi)般稱為(wei)動平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)特性不同，又可(ke)分為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速高(gao)于轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統固(gu)有頻率(lv)的(de)(de)(de)稱(cheng)為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。這種平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度小，傳感器檢測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)振動位移成正(zheng)比(bi)。平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統固(gu)有頻率(lv)的(de)(de)(de)稱(cheng)為(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機，這種平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度大(da)，傳感器檢測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)振動力成正(zheng)比(bi)。

平(ping)衡(heng)機的(de)(de)主(zhu)要性能用(yong)(yong)最(zui)小(xiao)可達剩余(yu)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，和不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)減(jian)少率兩項綜(zong)合指標表示。前者(zhe)(zhe)是(shi)平(ping)衡(heng)機能使(shi)轉子達到的(de)(de)剩余(yu)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最(zui)小(xiao)值(zhi)，它是(shi)衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)機更(geng)高平(ping)衡(heng)能力的(de)(de)指標；后者(zhe)(zhe)是(shi)經過一次校(xiao)正后所減(jian)少的(de)(de)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)與初(chu)始不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)之比(bi)，它是(shi)衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)效率的(de)(de)指標，一般用(yong)(yong)百分數(shu)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。
  根據大批量生(sheng)產的(de)需要(yao)，對特定的(de)轉子能自動(dong)完成平衡測量和平衡校正的(de)自動(dong)平衡機，以及平衡自動(dong)線，現(xian)代已(yi)大量的(de)裝備在汽車制(zhi)造、電機制(zhi)造等工業部門。

二. 平衡機(ji)常(chang)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(zheng)旋轉機械正常工(gong)作所允許的轉子剩余不(bu)平衡(heng)量。該指標用不(bu)平衡(heng)度表(biao)示(shi)時，稱為許用不(bu)平衡(heng)度（亦稱許用不(bu)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(xiao)正(zheng)平面(mian)的(de)干擾（相(xiang)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

衡量轉子平衡優劣(lie)程度的指標(biao)。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡(heng)品(pin)質(zhi)，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(huo)μm

11. 最小(xiao)可達剩余不平(ping)衡(heng)量（Umar）

最小可(ke)達剩余不平衡量（Umar）。單(dan)位(wei)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(bu)平衡(heng)量減少(shao)率(lv)（URR）

經過(guo)一次平(ping)衡(heng)校正所減少的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量與初(chu)始不(bu)平(ping)衡(heng)量之比值。它是衡(heng)量平(ping)衡(heng)機效(xiao)率(lv)的(de)性(xing)能指標(biao)，以百分數(shu)表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中(zhong)：U1－初(chu)始(shi)不(bu)平衡量     ;       

U2－一次平(ping)衡校正(zheng)后的剩(sheng)余不平(ping)衡量

13. 不平衡(heng)力偶干擾比

單面(mian)平衡機(ji)抑止不平衡力偶(ou)影(ying)響的(de)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

為校(xiao)驗平衡機性能而設(she)計(ji)的剛性轉(zhuan)子。其質(zhi)量、大小、尺寸均有規定(ding)，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉(zhuan)子質(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子質(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡機(ji)從原理方(fang)面可以分為硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)、軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)、半硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)。

1. 硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速遠低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支(zhi)承擺架相(xiang)對處于“硬”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子可以在接近(jin)實際軸承條(tiao)件下進行(xing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操(cao)作(zuo)簡便(bian)、安全性能好(hao)的特點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速大于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)擺架(jia)相對處(chu)于(yu)“軟”狀態，因(yin)此轉子校(xiao)驗平(ping)(ping)衡(heng)(heng)時。支(zhi)承(cheng)條(tiao)件與實(shi)際(ji)軸承(cheng)工作條(tiao)件不同。具有測量精度高的特點。

3. 半硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍參振系(xi)統共振頻率之間的平(ping)衡(heng)機。同(tong)時具(ju)有有硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機支承(cheng)(cheng)剛度(du)高(gao)的特(te)點(dian)，又有軟支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機精度(du)高(gao)的優點(dian)。

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)從應(ying)用方面分可分為立(li)式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和臥式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)；專用平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和通(tong)用平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

臥(wo)式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)被(bei)平(ping)(ping)衡(heng)轉子(zi)的(de)旋轉軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈水(shui)平(ping)(ping)狀態的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適(shi)用于有轉軸(zhou)或(huo)可(ke)裝配工藝軸(zhou)的(de)轉子(zi)，如機(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風(feng)機(ji)(ji)、增(zeng)壓器、電(dian)機(ji)(ji)轉子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立式(shi)平衡(heng)(heng)(heng)機是被(bei)平衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸在平衡(heng)(heng)(heng)機上呈垂直狀(zhuang)態下的平衡(heng)(heng)(heng)機。適用于轉(zhuan)子(zi)本身不具轉(zhuan)軸的盤狀(zhuang)工件如離(li)合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤及其(qi)總成、制動(dong)盤、風葉、水泵葉輪(lun)、汽(qi)車(che)(che)飛(fei)輪(lun)、剎車(che)(che)轂、皮(pi)帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件。

通用平衡(heng)機是指能對形(xing)狀和支承形(xing)式比較(jiao)規則的(de)轉子進(jin)行動(dong)平衡(heng)的(de)平衡(heng)機。通用平衡(heng)機操作簡(jian)單，效(xiao)率也(ye)較(jiao)高。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是能對(dui)支承(cheng)形式(shi)和外觀(guan)與一般轉子(zi)不同的(de)(de)轉子(zi)進行平(ping)衡(heng)的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，例如特別針對(dui)發動機(ji)(ji)的(de)(de)曲軸(zhou)(zhou)，汽(qi)車的(de)(de)傳動軸(zhou)(zhou)進行設(she)計的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。功能專一。  

四(si). 動平衡加工(gong)的方法(fa)

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

即在不平衡方(fang)向去處一定的重量。常用的方(fang)式有(you)：鏜削(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到技術的先進性和(he)經濟上的合理性，國(guo)際標準化組織(ISO)于1940年制定了世界(jie)公(gong)(gong)認的ISO1940平衡等級，它將轉子(zi)(zi)平衡等級分為11個級別，每個級別間以(yi)2.5倍為增量，從要(yao)求更高的G0.4到要(yao)求更低的G4000。單(dan)位為公(gong)(gong)克×毫米/公(gong)(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡對于轉子(zi)(zi)軸心的偏心距(ju)離。