平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是(shi)測量旋轉物體(轉子)不(bu)平衡量大(da)小和位(wei)置的機(ji)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。鶴崗電機轉(zhuan)(zhuan)子、機(ji)床主軸(zhou)、內燃機(ji)曲軸(zhou)、汽輪機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表(biao)擺輪等旋轉(zhuan)(zhuan)零部件(jian)在制造過程中，都需(xu)要(yao)經(jing)過平(ping)衡(heng)才(cai)能(neng)平(ping)穩正常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據(ju)平衡機(ji)測出的(de)(de)數據(ju)對(dui)轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)不平衡量(liang)進(jin)行校正(zheng)，可(ke)改善(shan)轉(zhuan)子(zi)相(xiang)對(dui)于軸(zhou)線的(de)(de)質量(liang)分布(bu)，使(shi)轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時產(chan)生的(de)(de)振動或作用于軸(zhou)承(cheng)上(shang)的(de)(de)振動力減少(shao)到允許的(de)(de)范圍之內。因此(ci)，平衡機(ji)是減小振動、改善(shan)性能和提高質量(liang)的(de)(de)必不可(ke)少(shao)的(de)(de)設備(bei)。

通常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)包括不平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)測量和校(xiao)正兩個步驟，平(ping)衡(heng)(heng)機主要用于不平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)測量，而不平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)校(xiao)正則往往借助于鉆(zhan)床、銑(xian)床和點焊機等(deng)其他輔助設(she)備(bei)，或用手工方法完成。有些平(ping)衡(heng)(heng)機已將校(xiao)正裝置做(zuo)成為平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)一(yi)個部分。

重(zhong)力(li)式(shi)平衡機(ji)和離心(xin)力(li)式(shi)平衡機(ji)是兩(liang)類典型(xing)的平衡機(ji)。

1. 重(zhong)力式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)一(yi)般稱為(wei)靜平衡(heng)(heng)機(ji)。

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

置于(yu)兩根(gen)水(shui)平導軌(gui)上(shang)(shang)的(de)轉(zhuan)子如(ru)有(you)不(bu)平衡量，則(ze)它對軸線的(de)重(zhong)力矩使(shi)轉(zhuan)子在導軌(gui)上(shang)(shang)滾動，直至這個不(bu)平衡量處于(yu)更低位置時才靜止。

被平衡(heng)(heng)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)用(yong)靜壓軸承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)支(zhi)座上(shang)，在(zai)支(zhi)座的(de)(de)下面嵌裝一片反(fan)射(she)鏡(jing)。當(dang)轉(zhuan)子(zi)不(bu)存在(zai)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)時，由光(guang)(guang)源射(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)經此反(fan)射(she)鏡(jing)反(fan)射(she)后，投射(she)在(zai)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)指示(shi)器的(de)(de)極坐(zuo)標(biao)原點(dian)。如(ru)果(guo)轉(zhuan)子(zi)存在(zai)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座在(zai)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)重力矩作用(yong)下發生傾(qing)斜(xie)，支(zhi)座下的(de)(de)反(fan)射(she)鏡(jing)也隨之(zhi)傾(qing)斜(xie)并使反(fan)射(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)(guang)束(shu)投在(zai)極坐(zuo)標(biao)指示(shi)器上(shang)的(de)(de)光(guang)(guang)點(dian)便離開原點(dian)。根據這(zhe)個光(guang)(guang)點(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)坐(zuo)標(biao)位置(zhi)，可以得到不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)大(da)小(xiao)和位置(zhi)。

重力式(shi)平(ping)衡機僅適(shi)用(yong)(yong)于某些(xie)平(ping)衡要(yao)求不高(gao)(gao)的盤狀零(ling)件。對于平(ping)衡要(yao)求高(gao)(gao)的轉子(zi)，一(yi)般采用(yong)(yong)離心式(shi)單面或雙(shuang)面平(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離(li)心式(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)是在轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的狀態下，根(gen)據轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支(zhi)承振動(dong)，或作用于(yu)支(zhi)承的振動(dong)力來測量(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)數(shu)量(liang)的不(bu)同，可分(fen)為單(dan)(dan)面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)和雙面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。單(dan)(dan)面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)只能測量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)上(shang)的不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時進行(xing)測量(liang)，但仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。雙面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)能測量(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分(fen)別測量(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一般(ban)稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。

離心力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分(fen)為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)速高于轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有(you)頻率(lv)的(de)(de)稱(cheng)(cheng)為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小(xiao)，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)位移成正比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有(you)頻率(lv)的(de)(de)稱(cheng)(cheng)為(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)力成正比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡機的(de)(de)(de)主要(yao)性能(neng)用(yong)最(zui)小可(ke)達剩余不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡量(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡量(liang)減(jian)(jian)少(shao)率兩項綜(zong)合指(zhi)標(biao)表示。前者(zhe)是平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡機能(neng)使轉子達到的(de)(de)(de)剩余不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)最(zui)小值，它是衡量(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡機更高平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡能(neng)力的(de)(de)(de)指(zhi)標(biao)；后者(zhe)是經過一次校正后所減(jian)(jian)少(shao)的(de)(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡量(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡量(liang)之比(bi)，它是衡量(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡效率的(de)(de)(de)指(zhi)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)大批(pi)量(liang)(liang)生產的需要，對特定的轉子能自(zi)動(dong)完成平衡測量(liang)(liang)和平衡校正的自(zi)動(dong)平衡機，以(yi)及平衡自(zi)動(dong)線，現代已(yi)大量(liang)(liang)的裝備(bei)在汽車(che)制造、電機制造等工業部門。

二. 平(ping)衡機常用術語解釋

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

為保證旋轉機械正常工作(zuo)所允許的(de)轉子(zi)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)。該指標用不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)表示(shi)時，稱為許用不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)（亦稱許用不(bu)平(ping)衡(heng)率(lv)）。

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(gan)擾（相(xiang)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

衡量轉子平衡優劣程度(du)的(de)指(zhi)標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質(zhi)，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(wei)：gmm/kg或(huo)μm

11. 最小可(ke)達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余(yu)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(jing)過(guo)一(yi)次平(ping)(ping)衡(heng)校正所減(jian)少(shao)的不平(ping)(ping)衡(heng)量與初始不平(ping)(ping)衡(heng)量之(zhi)比值。它(ta)是衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)機效率的性能指標，以百分(fen)數表示：

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

U2－一次平(ping)衡(heng)校正后的(de)剩余不平(ping)衡(heng)量

13. 不平衡力偶(ou)干擾比(bi)

單面平衡機抑止不平衡力偶影響的(de)性(xing)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(xiao)驗平(ping)衡機性能而設計的剛性轉子。其(qi)質量、大小(xiao)、尺寸均有(you)規定，分立(li)式(shi)(shi)和臥(wo)(wo)式(shi)(shi)兩種。立(li)式(shi)(shi)轉子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)(wo)式(shi)(shi)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)機從原理方面(mian)可以分為硬支承(cheng)平衡(heng)機、軟支承(cheng)平衡(heng)機、半硬支承(cheng)平衡(heng)機。

1. 硬支承(cheng)(cheng)平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉速遠低于參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻(pin)率的(de)平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校(xiao)驗時，支承(cheng)(cheng)擺架(jia)相對處于“硬”狀(zhuang)態，因此(ci)轉子可(ke)以在(zai)接近實際軸承(cheng)(cheng)條件下進行平衡(heng)校(xiao)正。具有操作簡(jian)便、安全性能好(hao)的(de)特點。

2. 軟(ruan)支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速大(da)于(yu)參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗(yan)時，支承(cheng)(cheng)擺架相對處于(yu)“軟(ruan)”狀(zhuang)態，因(yin)此轉子校驗(yan)平(ping)衡(heng)時。支承(cheng)(cheng)條件與實際(ji)軸承(cheng)(cheng)工(gong)作條件不同。具有測量精度高的特點。

3. 半(ban)硬(ying)支承平衡(heng)機是(shi)平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統(tong)共振頻率之(zhi)間的平衡(heng)機。同(tong)時具(ju)有(you)有(you)硬(ying)支承平衡(heng)機支承剛度(du)高的特點，又有(you)軟支承平衡(heng)機精(jing)度(du)高的優點。

平衡機從應用方面分可分為立式平衡機和臥式平衡機；專(zhuan)用平衡機和通用平衡機。

臥式(shi)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平衡(heng)轉子(zi)(zi)的(de)旋轉軸(zhou)在平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈水平狀態的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。適(shi)用于有(you)轉軸(zhou)或可裝(zhuang)配工藝軸(zhou)的(de)轉子(zi)(zi)，如機(ji)(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒(tong)、風機(ji)(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)(ji)轉子(zi)(zi)、汽輪機(ji)(ji)(ji)等等。

立式(shi)平衡機(ji)是被平衡轉子的(de)旋轉軸(zhou)在平衡機(ji)上(shang)呈垂直狀(zhuang)態(tai)下的(de)平衡機(ji)。適(shi)用于轉子本身不具轉軸(zhou)的(de)盤(pan)狀(zhuang)工(gong)件(jian)如離(li)合器、齒輪(lun)、風(feng)扇、壓盤(pan)及其總成、制(zhi)動盤(pan)、風(feng)葉、水泵葉輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)類零件(jian)。

通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)指能對形狀和支(zhi)承形式比較規則的(de)轉子進行動平(ping)衡(heng)(heng)的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)機操作簡單，效率也較高(gao)。

專用平衡(heng)機(ji)(ji)是能(neng)對(dui)支承形式和外觀與一般轉子不同(tong)的轉子進(jin)行(xing)平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)(ji)，例如特(te)別針對(dui)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)的曲軸(zhou)，汽車(che)的傳動(dong)軸(zhou)進(jin)行(xing)設計的平衡(heng)機(ji)(ji)。功(gong)能(neng)專一。  

四. 動平衡加工的(de)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)在不平衡方向(xiang)去(qu)處一(yi)定的重量。常用的方式有(you)：鏜削(xue)、鉆孔、鑿(zao)削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)(de)先進性和經濟(ji)上的(de)(de)合理性，國際標準化組(zu)織(ISO)于1940年制定了(le)世界公認(ren)的(de)(de)ISO1940平衡(heng)等級，它(ta)將轉(zhuan)子平衡(heng)等級分為11個級別(bie)(bie)，每個級別(bie)(bie)間以(yi)2.5倍(bei)為增量，從要求更高的(de)(de)G0.4到要求更低的(de)(de)G4000。單(dan)位(wei)為公克(ke)×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡(heng)對于轉(zhuan)子軸(zhou)心的(de)(de)偏心距離。