平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機(ji)是測量(liang)旋(xuan)轉物體(轉子)不平衡(heng)量(liang)大小(xiao)和位置的(de)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。黑河電機轉(zhuan)子、機(ji)(ji)床主(zhu)軸、內燃機(ji)(ji)曲軸、汽輪機(ji)(ji)轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺輪等(deng)旋轉(zhuan)零部(bu)件在制造過程中，都需要經過平衡才(cai)能(neng)平穩正常地運轉(zhuan)。

根據平(ping)衡(heng)機(ji)測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)(de)數據對轉子(zi)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)進(jin)行校正，可(ke)改(gai)(gai)善(shan)(shan)轉子(zi)相對于軸線的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分布，使轉子(zi)旋(xuan)轉時產(chan)生的(de)(de)(de)(de)振動(dong)或作用于軸承上的(de)(de)(de)(de)振動(dong)力(li)減少到允(yun)許的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)之內。因此，平(ping)衡(heng)機(ji)是減小(xiao)振動(dong)、改(gai)(gai)善(shan)(shan)性(xing)能和(he)提高質量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)必不(bu)(bu)可(ke)少的(de)(de)(de)(de)設(she)備(bei)。

通常(chang)，轉子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)包括不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)測(ce)量和校(xiao)正(zheng)兩個步(bu)驟，平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)主要用于(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)測(ce)量，而不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)校(xiao)正(zheng)則往往借助(zhu)于(yu)鉆床、銑床和點(dian)焊機(ji)等其他輔助(zhu)設備，或用手(shou)工方法完成(cheng)。有(you)些平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)已將(jiang)校(xiao)正(zheng)裝置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)一個部分(fen)。

重力式平(ping)衡(heng)機和離(li)心(xin)力式平(ping)衡(heng)機是兩類典型的平(ping)衡(heng)機。

1. 重力式平衡(heng)機一般稱為靜平衡(heng)機。

它是依賴轉(zhuan)子自(zi)身的(de)重力作用(yong)來測量(liang)靜不平衡的(de)。

置(zhi)于(yu)兩根水平導軌(gui)上(shang)的轉子(zi)(zi)如(ru)有不(bu)平衡量，則它對軸線(xian)的重力矩使轉子(zi)(zi)在導軌(gui)上(shang)滾動，直(zhi)至這個不(bu)平衡量處(chu)于(yu)更低位置(zhi)時才(cai)靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)放在(zai)用靜(jing)壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)下(xia)面(mian)嵌裝一片反射(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)存(cun)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)時，由光(guang)源射(she)出的(de)光(guang)束(shu)經此反射(she)鏡(jing)反射(she)后，投射(she)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)指示(shi)器(qi)的(de)極(ji)坐(zuo)標原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)存(cun)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)重力(li)矩作用下(xia)發(fa)生傾斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)反射(she)鏡(jing)也隨之傾斜并使反射(she)出的(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)(zhuan)，這樣光(guang)束(shu)投在(zai)極(ji)坐(zuo)標指示(shi)器(qi)上的(de)光(guang)點便離開(kai)原點。根據這個光(guang)點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)坐(zuo)標位置，可以得(de)到不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)大小(xiao)和位置。

重力式平(ping)(ping)(ping)衡機僅適用于(yu)某些平(ping)(ping)(ping)衡要求不高(gao)的盤狀(zhuang)零件。對于(yu)平(ping)(ping)(ping)衡要求高(gao)的轉(zhuan)子，一般采用離心式單面或(huo)雙面平(ping)(ping)(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)(zhuan)子不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)引起的(de)支承(cheng)振動，或作用于(yu)支承(cheng)的(de)振動力來測量(liang)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)數量(liang)的(de)不同，可分(fen)為(wei)(wei)單面(mian)(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和雙(shuang)面(mian)(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)只能測量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)上的(de)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(靜(jing)(jing)(jing)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng))，它雖然是在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時(shi)進行(xing)測量(liang)，但(dan)仍屬于(yu)靜(jing)(jing)(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)能測量(liang)動不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)，也(ye)能分(fen)別測量(liang)靜(jing)(jing)(jing)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)和偶不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)，一般稱(cheng)為(wei)(wei)動平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

離心力(li)式平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)和(he)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡轉速高于轉子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)固有(you)(you)頻率(lv)的(de)稱為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳感器檢測出的(de)信(xin)號與支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動位移成正(zheng)比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡轉速低於(wu)轉子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)固有(you)(you)頻率(lv)的(de)稱為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)，這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳感器檢測出的(de)信(xin)號與支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動力(li)成正(zheng)比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)主要(yao)性能用最(zui)小(xiao)可(ke)達(da)剩余(yu)不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)減(jian)(jian)少(shao)率(lv)兩項(xiang)綜合(he)指(zhi)標表(biao)示(shi)(shi)。前者是(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能使(shi)轉(zhuan)子達(da)到的(de)(de)(de)剩余(yu)不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)最(zui)小(xiao)值，它(ta)(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)(de)(de)指(zhi)標；后者是(shi)經過一次(ci)校正(zheng)后所減(jian)(jian)少(shao)的(de)(de)(de)不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)與初始不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)的(de)(de)(de)指(zhi)標，一般用百分(fen)數表(biao)示(shi)(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。
  根據大批量(liang)生產的(de)需要(yao)，對特定(ding)的(de)轉子能(neng)自(zi)動完(wan)成平(ping)衡(heng)測量(liang)和(he)平(ping)衡(heng)校正的(de)自(zi)動平(ping)衡(heng)機(ji)，以及平(ping)衡(heng)自(zi)動線，現代已大量(liang)的(de)裝備在汽車制(zhi)造、電機(ji)制(zhi)造等工業部門。

二. 平(ping)衡機常用術語(yu)解(jie)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(wei)保證旋轉(zhuan)機械正(zheng)常工作(zuo)所允許(xu)的轉(zhuan)子剩余(yu)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡量。該指標用不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡度表示(shi)時(shi)，稱為(wei)許(xu)用不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡度（亦(yi)稱許(xu)用不(bu)(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(de)干(gan)擾(rao)（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

衡量轉子平衡優劣程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質(zhi)，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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余(yu)不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（Umar）。單位是(shi)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(jian)少率(lv)（URR）

經過(guo)一次平衡(heng)(heng)校(xiao)正所(suo)減少的(de)不平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比值。它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平衡(heng)(heng)機效率的(de)性(xing)能指標，以百分數表示：

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

U2－一次平衡校正(zheng)后(hou)的剩余不平衡量

13. 不平衡力偶干(gan)擾比

單面平(ping)衡機抑止不平(ping)衡力偶影響的性能指標。

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)校(xiao)驗平衡機性(xing)(xing)能而設(she)計的剛性(xing)(xing)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)。其質量(liang)、大小、尺寸均有規定，分立式(shi)(shi)和臥式(shi)(shi)兩(liang)種(zhong)。立式(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡機從(cong)原理(li)方(fang)面可以(yi)分(fen)為(wei)硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機、軟支承平(ping)(ping)衡機、半硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機。

1. 硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速遠(yuan)低于(yu)參振系統共振頻率的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校驗時，支(zhi)承擺架(jia)相對處(chu)于(yu)“硬(ying)”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際軸(zhou)承條件下進行平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校正。具有操作(zuo)簡(jian)便(bian)、安(an)全性能(neng)好的特點。

2. 軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速大于參振系統共(gong)振頻率(lv)的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支承(cheng)擺架(jia)相對處于“軟”狀(zhuang)態，因此轉子校(xiao)驗(yan)平(ping)衡(heng)時。支承(cheng)條件與實際(ji)軸承(cheng)工作條件不(bu)同。具有測量精(jing)度高的特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)(zhi)承平衡機是平衡轉速在0.3~0.5倍參振系統共(gong)振頻(pin)率之間的平衡機。同(tong)時(shi)具有有硬(ying)支(zhi)(zhi)承平衡機支(zhi)(zhi)承剛度高的特點，又(you)有軟(ruan)支(zhi)(zhi)承平衡機精度高的優(you)點。

平(ping)(ping)衡機從應用方面分可分為立式平(ping)(ping)衡機和臥(wo)式平(ping)(ping)衡機；專(zhuan)用平(ping)(ping)衡機和通(tong)用平(ping)(ping)衡機。

臥式平(ping)衡機是被平(ping)衡轉子(zi)(zi)的旋轉軸在(zai)平(ping)衡機上呈水(shui)平(ping)狀(zhuang)態(tai)的平(ping)衡機。適(shi)用于(yu)有轉軸或(huo)可裝配工藝(yi)軸的轉子(zi)(zi)，如機床主(zhu)軸、滾(gun)筒、風機、增(zeng)壓器、電機轉子(zi)(zi)、汽輪(lun)機等等。

立式平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)被平(ping)衡(heng)轉子(zi)(zi)的(de)旋轉軸在平(ping)衡(heng)機(ji)上呈(cheng)垂直狀態下(xia)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。適用(yong)于(yu)轉子(zi)(zi)本身不(bu)具轉軸的(de)盤(pan)狀工件如離合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等(deng)盤(pan)類零件。

通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機是指能(neng)對形狀和支(zhi)承形式(shi)比較規則(ze)的(de)轉子(zi)進行動平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機。通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機操作簡單，效率也較高。

專用(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是能(neng)對支(zhi)承形式和外(wai)觀與(yu)一(yi)(yi)般轉子不同的轉子進(jin)行(xing)平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)，例(li)如特別針對發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)的曲軸，汽車的傳動(dong)軸進(jin)行(xing)設計的平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。功能(neng)專一(yi)(yi)。  

四. 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

即在不平衡方向(xiang)去(qu)處一定的重量。常用的方式有：鏜(tang)削(xue)、鉆(zhan)孔、鑿削(xue)、銑(xian)削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shu)的(de)(de)先進性和經濟上的(de)(de)合理性，國際標準化組織(zhi)(ISO)于1940年制定了世界公(gong)認的(de)(de)ISO1940平(ping)衡(heng)(heng)等級(ji)，它將轉子(zi)平(ping)衡(heng)(heng)等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別(bie)，每個級(ji)別(bie)間以2.5倍為(wei)增量，從(cong)要求更高的(de)(de)G0.4到要求更低的(de)(de)G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(jin)(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)(heng)對于轉子(zi)軸心(xin)的(de)(de)偏心(xin)距離(li)。