平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量旋轉物體(轉子)不平(ping)衡量大小(xiao)和(he)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。虹口電機轉(zhuan)(zhuan)子、機(ji)(ji)床主軸、內(nei)燃機(ji)(ji)曲軸、汽輪(lun)機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、陀(tuo)螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表擺輪(lun)等旋轉(zhuan)(zhuan)零(ling)部件在制造過程中，都需要(yao)經(jing)過平衡才能平穩正常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據平(ping)衡機(ji)測出的(de)(de)(de)(de)數據對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)(de)(de)不(bu)平(ping)衡量進行校正，可(ke)(ke)改(gai)(gai)善(shan)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)相(xiang)對于軸線的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量分布，使轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用(yong)于軸承上的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)力減(jian)少到允許的(de)(de)(de)(de)范圍之內。因(yin)此，平(ping)衡機(ji)是減(jian)小振(zhen)動(dong)、改(gai)(gai)善(shan)性能和提高質(zhi)量的(de)(de)(de)(de)必不(bu)可(ke)(ke)少的(de)(de)(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子的平(ping)(ping)衡(heng)包括不平(ping)(ping)衡(heng)量的測(ce)量和校正(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)主(zhu)要用(yong)于不平(ping)(ping)衡(heng)量的測(ce)量，而(er)不平(ping)(ping)衡(heng)量的校正(zheng)則往往借助于鉆床、銑床和點焊機(ji)等其他輔助設備(bei)，或用(yong)手工方法完(wan)成。有些(xie)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)已將校正(zheng)裝置做成為(wei)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的一(yi)個部分。

重力式平(ping)衡(heng)機(ji)和(he)離心(xin)力式平(ping)衡(heng)機(ji)是兩類典型的平(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重力式平(ping)衡(heng)機一(yi)般稱為(wei)靜平(ping)衡(heng)機。

它是(shi)依(yi)賴轉子(zi)自(zi)身(shen)的(de)重力作(zuo)用來測量(liang)靜不平衡的(de)。

置(zhi)于兩根水平導軌上(shang)的轉(zhuan)子如有不平衡量(liang)，則它對軸(zhou)線的重(zhong)力矩(ju)使轉(zhuan)子在導軌上(shang)滾動，直(zhi)至這個不平衡量(liang)處于更低位置(zhi)時才靜(jing)止。

被平衡(heng)(heng)的(de)轉子(zi)放在(zai)(zai)用靜壓軸(zhou)承支(zhi)(zhi)(zhi)承的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)下面嵌裝一(yi)片反(fan)射(she)(she)(she)鏡。當轉子(zi)不(bu)(bu)(bu)存(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)時，由(you)光(guang)源射(she)(she)(she)出的(de)光(guang)束經此反(fan)射(she)(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)指示器的(de)極坐(zuo)標原點(dian)(dian)(dian)。如果轉子(zi)存(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)，則轉子(zi)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)重力矩作用下發(fa)生傾斜，支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)下的(de)反(fan)射(she)(she)(she)鏡也隨之傾斜并使反(fan)射(she)(she)(she)出的(de)光(guang)束偏轉，這(zhe)樣光(guang)束投在(zai)(zai)極坐(zuo)標指示器上(shang)的(de)光(guang)點(dian)(dian)(dian)便離開原點(dian)(dian)(dian)。根據這(zhe)個光(guang)點(dian)(dian)(dian)偏轉的(de)坐(zuo)標位置(zhi)，可以得(de)到不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)大小和位置(zhi)。

重力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機僅適用于(yu)某些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)要(yao)求不高的(de)盤狀零件。對于(yu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)要(yao)求高的(de)轉(zhuan)子，一般采用離(li)心(xin)式單(dan)面或雙面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)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)引起(qi)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承振動(dong)，或(huo)作用于支(zhi)(zhi)承的(de)(de)振動(dong)力來測(ce)(ce)量不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其(qi)按校正平(ping)(ping)面數量的(de)(de)不(bu)同，可分(fen)為單面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和雙面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。單面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機只能測(ce)(ce)量一個平(ping)(ping)面上的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是(shi)在(zai)轉子(zi)(zi)旋(xuan)轉時(shi)進行測(ce)(ce)量，但仍屬于靜平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。雙面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能測(ce)(ce)量動(dong)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分(fen)別(bie)測(ce)(ce)量靜不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般(ban)稱為動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

離心力式平(ping)衡機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)。平(ping)衡轉速(su)高于轉子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)。這種平(ping)衡機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳(chuan)感器檢測出(chu)的(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動(dong)位移成正比(bi)。平(ping)衡轉速(su)低(di)於(wu)轉子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)稱為(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)，這種平(ping)衡機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳(chuan)感器檢測出(chu)的(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動(dong)力成正比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)主(zhu)要性能用(yong)最小可達剩余(yu)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)，和不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)減少率兩(liang)項綜合指(zhi)標表示(shi)。前(qian)者是(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能使轉(zhuan)子達到(dao)的(de)剩余(yu)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)最小值，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)標；后(hou)者是(shi)經過一次校(xiao)正后(hou)所減少的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)與初始(shi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標，一般用(yong)百分數表示(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)生產的需要，對(dui)特定的轉子能(neng)自(zi)動完成平(ping)衡(heng)測量(liang)和平(ping)衡(heng)校正的自(zi)動平(ping)衡(heng)機，以(yi)及平(ping)衡(heng)自(zi)動線(xian)，現代已(yi)大量(liang)的裝備(bei)在汽車制造(zao)、電機制造(zao)等工業部門(men)。

二. 平(ping)衡機(ji)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(wei)(wei)保證旋轉(zhuan)機械正常工作所允(yun)許的(de)轉(zhuan)子(zi)剩余(yu)不平衡(heng)(heng)量(liang)。該指標用(yong)不平衡(heng)(heng)度表示時，稱(cheng)為(wei)(wei)許用(yong)不平衡(heng)(heng)度（亦(yi)稱(cheng)許用(yong)不平衡(heng)(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. 校正平(ping)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣程(cheng)度(du)的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平衡品質(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μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量(liang)（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(guo)一次平衡(heng)校正(zheng)所減少(shao)的不平衡(heng)量(liang)與初(chu)始不平衡(heng)量(liang)之比(bi)值(zhi)。它(ta)是衡(heng)量(liang)平衡(heng)機(ji)效率的性(xing)能指標，以(yi)百分數表示：

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

U2－一次(ci)平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不平衡(heng)力偶(ou)干擾比

單(dan)面平衡(heng)機(ji)抑(yi)止不平衡(heng)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

為校驗平衡機性能(neng)而設計(ji)的剛(gang)性轉(zhuan)(zhuan)子。其質量、大小、尺寸(cun)均有(you)規定，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩(liang)種。立(li)式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機(ji)從(cong)原理方面可以分為硬支(zhi)承(cheng)平衡機(ji)、軟支(zhi)承(cheng)平衡機(ji)、半(ban)硬支(zhi)承(cheng)平衡機(ji)。

1. 硬支承平衡機是(shi)平衡轉速(su)遠低(di)于參振系統共(gong)振頻(pin)率(lv)的(de)(de)平衡機。平衡校驗(yan)時，支承擺(bai)架相對處于“硬”狀態，因(yin)此(ci)轉子可以在接近實際軸(zhou)承條件下進行平衡校正(zheng)。具有操作簡便、安(an)全性能好的(de)(de)特點。

2. 軟支承(cheng)平衡(heng)機是平衡(heng)轉(zhuan)速大(da)于(yu)參振系(xi)統共振頻率的平衡(heng)機。平衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支承(cheng)擺(bai)架相對處于(yu)“軟”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子校(xiao)驗(yan)平衡(heng)時。支承(cheng)條件(jian)與(yu)實際軸承(cheng)工作條件(jian)不同。具(ju)有測量精(jing)度(du)高的特點。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉速在(zai)0.3~0.5倍參振系(xi)統共振頻率之間的(de)平(ping)(ping)衡機。同時具有有硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度高的(de)特(te)點(dian)，又(you)有軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機精度高的(de)優點(dian)。

平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)從(cong)應用(yong)方(fang)面分可分為(wei)立式平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和(he)臥式平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)；專用(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和(he)通用(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。

臥(wo)式平(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)(heng)機上呈水平(ping)狀(zhuang)態的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。適用(yong)于有轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配(pei)工(gong)藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)，如機床主軸(zhou)、滾(gun)筒、風機、增壓器、電機轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽輪機等等。

立式平(ping)衡機是被(bei)平(ping)衡轉(zhuan)子(zi)(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡機上呈垂(chui)直狀態下的平(ping)衡機。適用于轉(zhuan)子(zi)(zi)本身不具轉(zhuan)軸(zhou)的盤(pan)狀工件如(ru)離合器(qi)、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車飛(fei)輪(lun)、剎(cha)車轂、皮(pi)帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等盤(pan)類(lei)零件。

通用平衡(heng)機是指能對形(xing)狀和支承(cheng)形(xing)式比較規則的轉(zhuan)子進行動平衡(heng)的平衡(heng)機。通用平衡(heng)機操作簡單，效率也較高。

專(zhuan)用平衡機是能對(dui)支承形式(shi)和外觀與一(yi)般轉(zhuan)子(zi)不同的(de)轉(zhuan)子(zi)進行平衡的(de)平衡機，例如(ru)特別針對(dui)發動機的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進行設(she)計的(de)平衡機。功能專(zhuan)一(yi)。  

四. 動平衡(heng)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

即在不平衡(heng)方(fang)向去處一(yi)定的重量。常用的方(fang)式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿(zao)削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技(ji)術的(de)(de)先進性和(he)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平衡等級(ji)，它將轉(zhuan)(zhuan)子(zi)平衡等級(ji)分(fen)為11個級(ji)別，每個級(ji)別間以2.5倍為增量，從要(yao)(yao)求更高的(de)(de)G0.4到要(yao)(yao)求更低的(de)(de)G4000。單位為公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡對于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸心的(de)(de)偏心距離(li)。