平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量(liang)旋轉(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)子)不平(ping)衡量(liang)大(da)小和位置的機器。

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。黃浦電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸(zhou)、內燃機(ji)曲軸(zhou)、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)和(he)鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零部件在(zai)制造過(guo)程中，都需要經過(guo)平(ping)衡才能平(ping)穩(wen)正(zheng)常(chang)地運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)測出的(de)(de)數據(ju)對轉子(zi)(zi)的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量進(jin)行校正，可改(gai)善(shan)轉子(zi)(zi)相對于(yu)軸(zhou)線的(de)(de)質量分布，使(shi)轉子(zi)(zi)旋轉時(shi)產生的(de)(de)振(zhen)動或(huo)作(zuo)用于(yu)軸(zhou)承上的(de)(de)振(zhen)動力(li)減(jian)(jian)少到(dao)允許(xu)的(de)(de)范圍之(zhi)內。因此，平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是減(jian)(jian)小(xiao)振(zhen)動、改(gai)善(shan)性(xing)能和(he)提高(gao)質量的(de)(de)必不(bu)(bu)可少的(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子的(de)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)包括(kuo)不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和校正兩個步驟(zou)，平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)主要用(yong)于不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)校正則往往借助(zhu)(zhu)于鉆床(chuang)、銑床(chuang)和點焊機(ji)(ji)等其(qi)他輔助(zhu)(zhu)設(she)備，或用(yong)手(shou)工(gong)方法完(wan)成。有些平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)已(yi)將(jiang)校正裝置做成為(wei)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)一(yi)個部分。

重力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機和離(li)心(xin)力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機是(shi)兩類(lei)典型(xing)的平(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 重力式平衡(heng)機一(yi)般稱為靜平衡(heng)機。

它是依(yi)賴轉(zhuan)子自身的重力作(zuo)用來測(ce)量靜不平衡(heng)的。

置于兩根水平導軌(gui)上的轉子如有不平衡量，則(ze)它對軸線的重(zhong)力(li)矩使轉子在導軌(gui)上滾動(dong)，直(zhi)至這(zhe)個不平衡量處于更低(di)位置時(shi)才靜止(zhi)。

被平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放在(zai)(zai)用靜壓(ya)軸(zhou)承支(zhi)(zhi)承的(de)(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)支(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)(de)下面嵌裝一片(pian)反射(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)存在(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)時(shi)，由光(guang)源射(she)出的(de)(de)光(guang)束(shu)經此反射(she)鏡(jing)反射(she)后，投射(she)在(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)指(zhi)示(shi)(shi)器的(de)(de)極坐(zuo)標(biao)原點(dian)。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)(zi)存在(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)重力(li)矩作用下發生傾斜，支(zhi)(zhi)座(zuo)下的(de)(de)反射(she)鏡(jing)也隨(sui)之傾斜并(bing)使反射(she)出的(de)(de)光(guang)束(shu)偏(pian)轉(zhuan)，這樣光(guang)束(shu)投在(zai)(zai)極坐(zuo)標(biao)指(zhi)示(shi)(shi)器上(shang)的(de)(de)光(guang)點(dian)便離開(kai)原點(dian)。根據這個光(guang)點(dian)偏(pian)轉(zhuan)的(de)(de)坐(zuo)標(biao)位(wei)置，可以得到不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)大小和位(wei)置。

重力式平(ping)衡(heng)機僅適用于某些平(ping)衡(heng)要求不高的(de)盤狀零件(jian)。對于平(ping)衡(heng)要求高的(de)轉子，一般采用離心式單面或雙(shuang)面平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機是在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的狀態下，根據轉(zhuan)子不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承(cheng)振動，或作用(yong)于支承(cheng)的振動力來(lai)測(ce)(ce)量(liang)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的不(bu)同，可(ke)分為(wei)單面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機和雙面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。單面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機只能(neng)測(ce)(ce)量(liang)一(yi)個(ge)平(ping)面(mian)(mian)上的不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然(ran)是在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進行測(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能(neng)測(ce)(ce)量(liang)動不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別(bie)測(ce)(ce)量(liang)靜不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般(ban)稱為(wei)動平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機按(an)支承(cheng)(cheng)特(te)性不同，又可分(fen)為(wei)軟(ruan)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和硬支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)高于(yu)轉(zhuan)子(zi)一支承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有(you)頻率(lv)的稱(cheng)為(wei)軟(ruan)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的支承(cheng)(cheng)剛度(du)(du)小，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測出(chu)的信(xin)號與支承(cheng)(cheng)的振動位移(yi)成正比(bi)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子(zi)一支承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有(you)頻率(lv)的稱(cheng)為(wei)硬支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機，這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的支承(cheng)(cheng)剛度(du)(du)大(da)，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測出(chu)的信(xin)號與支承(cheng)(cheng)的振動力成正比(bi)。

平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)主要(yao)性能(neng)用(yong)最(zui)小(xiao)可達剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)減少(shao)率(lv)(lv)兩項綜合指標(biao)表(biao)(biao)示(shi)。前(qian)者是平(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)使轉子達到的(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)最(zui)小(xiao)值，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機更高平(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力(li)的(de)指標(biao)；后(hou)者是經(jing)過一次校正后(hou)所(suo)減少(shao)的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與(yu)初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)(lv)的(de)指標(biao)，一般(ban)用(yong)百分數表(biao)(biao)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(gen)據(ju)大批量(liang)(liang)生產的需要，對特定的轉子能自動(dong)完成平(ping)衡測量(liang)(liang)和平(ping)衡校正(zheng)的自動(dong)平(ping)衡機，以及平(ping)衡自動(dong)線(xian)，現代已(yi)大量(liang)(liang)的裝備在汽車制造、電機制造等工業部(bu)門。

二. 平衡機常用術語(yu)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(zhuan)機械正常(chang)工(gong)作(zuo)所允許的(de)轉(zhuan)子剩余(yu)不平(ping)衡量(liang)。該(gai)指標用(yong)不平(ping)衡度(du)表示時，稱為許用(yong)不平(ping)衡度(du)（亦(yi)稱許用(yong)不平(ping)衡率(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(xiao)正平面(mian)的干擾（相(xiang)互影響(xiang)）

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(lie)程度的(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 

         單位(wei)：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡(heng)量（Umar）。單位(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. 不平衡量(liang)減少率（URR）

經過一(yi)次平衡校正所減(jian)少的不平衡量與初始不平衡量之(zhi)比(bi)值。它是衡量平衡機效率的性能(neng)指標，以百分數表示：

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

U2－一次平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不平衡力偶干擾比

單面平衡機抑(yi)止不(bu)平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)(wei)校驗平衡(heng)機(ji)性(xing)能(neng)而(er)設計的(de)剛性(xing)轉子。其質(zhi)(zhi)量、大小、尺寸均有規定，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩(liang)種。立(li)式(shi)轉子質(zhi)(zhi)量為(wei)(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質(zhi)(zhi)量為(wei)(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡機從原(yuan)理方面可以分為硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機、軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機、半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機。

1. 硬支承平衡(heng)機(ji)是(shi)平衡(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)參振系統(tong)共振頻率的平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校(xiao)驗時，支承擺架(jia)相(xiang)對處于(yu)“硬”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子可(ke)以在(zai)接近實際軸(zhou)承條(tiao)件(jian)下進行平衡(heng)校(xiao)正。具有(you)操作簡便、安(an)全性能好的特(te)點(dian)。

2. 軟(ruan)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉速大于參振系統共(gong)振頻率的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)驗時，支承(cheng)(cheng)擺架相對(dui)處于“軟(ruan)”狀態，因此(ci)轉子校(xiao)驗平(ping)(ping)衡(heng)時。支承(cheng)(cheng)條(tiao)件(jian)與(yu)實際軸承(cheng)(cheng)工作條(tiao)件(jian)不(bu)同。具有測量精度高的(de)特點。

3. 半硬支承平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速(su)在0.3~0.5倍參振(zhen)系(xi)統(tong)共振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支承平(ping)衡(heng)機(ji)支承剛度高的(de)特(te)點(dian)，又有(you)軟(ruan)支承平(ping)衡(heng)機(ji)精度高的(de)優點(dian)。

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)從應用(yong)方面分可分為立式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和臥式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)；專用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。

臥式平(ping)衡機是被(bei)平(ping)衡轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)(zhou)在平(ping)衡機上呈水平(ping)狀態的(de)平(ping)衡機。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)(zhou)或可(ke)裝配工藝軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)轉(zhuan)子，如機床主軸(zhou)(zhou)(zhou)、滾筒、風機、增壓器、電機轉(zhuan)子、汽輪機等(deng)等(deng)。

立式(shi)平(ping)衡(heng)機是被平(ping)衡(heng)轉子的(de)旋轉軸在平(ping)衡(heng)機上呈垂(chui)直狀態下的(de)平(ping)衡(heng)機。適用(yong)于轉子本(ben)身不具(ju)轉軸的(de)盤狀工件(jian)如離合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤及其總成、制動盤、風葉、水(shui)泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎(cha)車轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件(jian)。

通用(yong)平(ping)衡機是(shi)指能對形(xing)狀和支承(cheng)形(xing)式比較(jiao)規則(ze)的轉子進(jin)行動平(ping)衡的平(ping)衡機。通用(yong)平(ping)衡機操作簡單，效率(lv)也較(jiao)高。

專用平衡(heng)(heng)機是能對支(zhi)承(cheng)形式和外觀與一般轉(zhuan)子不同的轉(zhuan)子進行平衡(heng)(heng)的平衡(heng)(heng)機，例如(ru)特別針(zhen)對發動機的曲軸，汽車的傳動軸進行設計的平衡(heng)(heng)機。功(gong)能專一。  

四. 動(dong)平衡(heng)加工的(de)方(fang)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(ping)衡方向去處一定的(de)重量(liang)。常用(yong)的(de)方式(shi)有(you)：鏜削(xue)、鉆(zhan)孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技(ji)術的先進性(xing)和(he)經濟上的合理性(xing)，國際標準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界公認的ISO1940平衡等(deng)級，它將(jiang)轉(zhuan)子平衡等(deng)級分(fen)為(wei)11個級別，每(mei)個級別間以2.5倍為(wei)增量，從要(yao)求更高(gao)的G0.4到(dao)要(yao)求更低的G4000。單位為(wei)公克×毫米(mi)/公斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉(zhuan)子軸心的偏心距離。