平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測量旋轉物體(轉子)不(bu)平衡量大小和位(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。和平電機轉(zhuan)子、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子、陀(tuo)螺(luo)轉(zhuan)子和鐘表擺輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部件在制造過(guo)程中，都需要經過(guo)平衡(heng)才能平穩正常(chang)地運轉(zhuan)。

根據平(ping)衡(heng)機測出的(de)(de)(de)(de)數據對(dui)(dui)轉子(zi)的(de)(de)(de)(de)不平(ping)衡(heng)量進行(xing)校正(zheng)，可(ke)改(gai)善轉子(zi)相對(dui)(dui)于軸(zhou)線的(de)(de)(de)(de)質量分布，使轉子(zi)旋轉時產(chan)生的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動或作(zuo)用于軸(zhou)承上的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動力減少到(dao)允(yun)許(xu)的(de)(de)(de)(de)范圍之內。因此(ci)，平(ping)衡(heng)機是減小振(zhen)動、改(gai)善性能和提(ti)高質量的(de)(de)(de)(de)必不可(ke)少的(de)(de)(de)(de)設備。

通常，轉(zhuan)子的(de)平衡包括不(bu)(bu)平衡量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)和(he)校(xiao)正兩(liang)個步驟，平衡機(ji)主要用(yong)(yong)于不(bu)(bu)平衡量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)，而不(bu)(bu)平衡量(liang)(liang)的(de)校(xiao)正則往往借助于鉆(zhan)床(chuang)(chuang)、銑床(chuang)(chuang)和(he)點焊機(ji)等其他輔助設備，或用(yong)(yong)手工方(fang)法(fa)完成。有些平衡機(ji)已將(jiang)校(xiao)正裝置做成為平衡機(ji)的(de)一個部分(fen)。

重(zhong)力式平衡機(ji)和離心力式平衡機(ji)是兩類典型的平衡機(ji)。

1. 重力式平衡(heng)機(ji)一般稱(cheng)為靜平衡(heng)機(ji)。

它是依賴轉(zhuan)子自身的(de)重力作用來測量靜不平衡的(de)。

置于兩(liang)根(gen)水平(ping)導軌上的轉子(zi)如有不平(ping)衡量，則它對軸線的重力(li)矩使轉子(zi)在導軌上滾動(dong)，直至(zhi)這個(ge)不平(ping)衡量處于更低位置時才靜(jing)止。

被平(ping)(ping)衡的(de)轉(zhuan)子放(fang)在(zai)(zai)用靜壓軸承支(zhi)(zhi)承的(de)支(zhi)(zhi)座上，在(zai)(zai)支(zhi)(zhi)座的(de)下面(mian)嵌(qian)裝一片(pian)反射(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子不(bu)(bu)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡量時(shi)，由光(guang)(guang)源射(she)(she)出的(de)光(guang)(guang)束(shu)經(jing)此反射(she)(she)鏡(jing)反射(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡量指(zhi)示(shi)器的(de)極(ji)坐標(biao)(biao)(biao)原點。如果(guo)轉(zhuan)子存在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡量，則轉(zhuan)子支(zhi)(zhi)座在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡量的(de)重力矩作用下發(fa)生傾斜(xie)，支(zhi)(zhi)座下的(de)反射(she)(she)鏡(jing)也(ye)隨之傾斜(xie)并使反射(she)(she)出的(de)光(guang)(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)(guang)束(shu)投(tou)在(zai)(zai)極(ji)坐標(biao)(biao)(biao)指(zhi)示(shi)器上的(de)光(guang)(guang)點便離開原點。根據這(zhe)個光(guang)(guang)點偏轉(zhuan)的(de)坐標(biao)(biao)(biao)位(wei)置，可以(yi)得到不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡量的(de)大小和位(wei)置。

重力式(shi)平(ping)衡機(ji)僅適用于(yu)某(mou)些平(ping)衡要(yao)求不高(gao)的盤狀零件。對于(yu)平(ping)衡要(yao)求高(gao)的轉(zhuan)子，一般采用離心式(shi)單面(mian)(mian)或雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是在轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)的(de)狀態下，根(gen)據(ju)轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起的(de)支承振動，或作用于(yu)支承的(de)振動力來測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)(liang)的(de)不(bu)(bu)同，可分(fen)為單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上(shang)的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時進(jin)行測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)，但仍屬于(yu)靜(jing)(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分(fen)別測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)靜(jing)(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式平(ping)衡(heng)機(ji)按(an)支(zhi)(zhi)承(cheng)特性不(bu)同，又可分為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)轉速高于轉子(zi)一支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱(cheng)為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)。這(zhe)種平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度小，傳感器(qi)檢測(ce)出的(de)(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動位(wei)移成正比。平(ping)衡(heng)轉速低於轉子(zi)一支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱(cheng)為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)，這(zhe)種平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度大，傳感器(qi)檢測(ce)出的(de)(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動力成正比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的主(zhu)要性能(neng)用(yong)最(zui)小可達剩余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩項綜合指標(biao)(biao)表示。前者(zhe)是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)使轉子(zi)達到的剩余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的最(zui)小值，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)力的指標(biao)(biao)；后者(zhe)是(shi)經(jing)過(guo)一次校正(zheng)后所(suo)減少的不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與(yu)初始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率的指標(biao)(biao)，一般用(yong)百分(fen)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(da)批量生產的(de)需要，對特(te)定(ding)的(de)轉子能自(zi)(zi)動(dong)完成平衡(heng)測量和平衡(heng)校(xiao)正的(de)自(zi)(zi)動(dong)平衡(heng)機，以及(ji)平衡(heng)自(zi)(zi)動(dong)線，現代已大(da)量的(de)裝(zhuang)備(bei)在汽車制(zhi)造(zao)、電機制(zhi)造(zao)等工業部門(men)。

二(er). 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(wei)保證旋轉(zhuan)機械正常(chang)工作(zuo)所允許(xu)的(de)轉(zhuan)子剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)衡量。該(gai)指標用(yong)不(bu)平(ping)(ping)衡度表示時，稱(cheng)為(wei)許(xu)用(yong)不(bu)平(ping)(ping)衡度（亦稱(cheng)許(xu)用(yong)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(mian)的(de)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(heng)量(liang)轉子平衡(heng)優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(ping)衡(heng)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 

         單位：gmm/kg或μm

11. 最小可達(da)剩余不(bu)平衡量（Umar）

最(zui)小可達剩余不平衡量（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(ping)衡量(liang)減少率(lv)（URR）

經過一次(ci)平(ping)衡校(xiao)正所(suo)減少(shao)的不(bu)平(ping)衡量與初始不(bu)平(ping)衡量之比值(zhi)。它是衡量平(ping)衡機效率的性能指標(biao)，以百分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初始不平衡(heng)量            

U2－一次平衡(heng)校正后的(de)剩余不平衡(heng)量(liang)

13. 不(bu)平(ping)衡力偶干擾比

單(dan)面平衡機抑(yi)止不平衡力偶影(ying)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

為校驗平衡機性能(neng)而設計的剛性轉(zhuan)子(zi)。其(qi)質(zhi)量(liang)、大小、尺寸均有規定(ding)，分立(li)式(shi)和臥(wo)式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機從原理方面(mian)可(ke)以分為硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機、軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機、半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機。

1. 硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉速遠低于(yu)參振系統共振頻率的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)衡校驗時，支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)擺(bai)架相(xiang)對處于(yu)“硬”狀態(tai)，因此轉子可以在接(jie)近實(shi)際軸承(cheng)(cheng)條件下進行平(ping)(ping)衡校正。具(ju)有操作(zuo)簡便、安(an)全性能好的(de)特點。

2. 軟支承(cheng)(cheng)平衡(heng)機(ji)是(shi)平衡(heng)轉速(su)大于參振系統共振頻率(lv)的平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校驗時，支承(cheng)(cheng)擺(bai)架相對處于“軟”狀態，因此轉子校驗平衡(heng)時。支承(cheng)(cheng)條件與實際軸承(cheng)(cheng)工作條件不同。具有測量精度高(gao)的特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)是平衡(heng)(heng)轉速(su)在0.3~0.5倍參(can)振系(xi)統(tong)共振頻率(lv)之間(jian)的平衡(heng)(heng)機(ji)。同時具有有硬(ying)支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)支(zhi)承(cheng)剛度高(gao)(gao)的特點，又有軟支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)精度高(gao)(gao)的優點。

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)從應用方面分可分為立(li)式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和(he)臥式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)；專(zhuan)用平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和(he)通用平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

臥式平衡(heng)機(ji)(ji)是被平衡(heng)轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在平衡(heng)機(ji)(ji)上呈水平狀態的平衡(heng)機(ji)(ji)。適用(yong)于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配(pei)工藝軸(zhou)(zhou)的轉(zhuan)子，如機(ji)(ji)床主軸(zhou)(zhou)、滾(gun)筒、風(feng)機(ji)(ji)、增(zeng)壓器(qi)、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)等等。

立式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機是(shi)被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸在(zai)平(ping)(ping)衡(heng)機上呈垂(chui)直狀態下的平(ping)(ping)衡(heng)機。適用于轉(zhuan)子(zi)本身不具(ju)轉(zhuan)軸的盤狀工件如離(li)合器(qi)、齒(chi)輪(lun)(lun)、風扇、壓盤及其總成、制動盤、風葉(xie)、水泵(beng)葉(xie)輪(lun)(lun)、汽(qi)車飛輪(lun)(lun)、剎車轂(gu)、皮帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等(deng)盤類零(ling)件。

通(tong)用平衡機是(shi)指能(neng)對形(xing)狀(zhuang)和支承形(xing)式比較規則的(de)轉(zhuan)子進行動(dong)平衡的(de)平衡機。通(tong)用平衡機操作簡(jian)單，效率(lv)也較高。

專(zhuan)用平(ping)衡(heng)機是(shi)能對支(zhi)承形式(shi)和外(wai)觀與一般(ban)轉子(zi)不同(tong)的(de)轉子(zi)進行平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機，例如(ru)特別針對發動機的(de)曲(qu)軸，汽車的(de)傳動軸進行設計的(de)平(ping)衡(heng)機。功能專(zhuan)一。  

四. 動平衡加工的方(fang)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

即在不平衡方向去處一定(ding)的重(zhong)量。常用的方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技術(shu)的(de)(de)先進性(xing)和經濟上(shang)的(de)(de)合理性(xing)，國際標準(zhun)化組織(ISO)于(yu)1940年(nian)制定(ding)了世界公(gong)(gong)認的(de)(de)ISO1940平(ping)衡等(deng)(deng)級，它將轉子平(ping)衡等(deng)(deng)級分為11個級別，每個級別間以2.5倍為增量，從要求(qiu)更高的(de)(de)G0.4到(dao)要求(qiu)更低的(de)(de)G4000。單位為公(gong)(gong)克×毫米/公(gong)(gong)斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對(dui)于(yu)轉子軸心(xin)的(de)(de)偏心(xin)距離。