平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是(shi)測量旋轉物體(轉子)不平衡量大小(xiao)和位置的機器(qi)。

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。樺甸電機轉(zhuan)(zhuan)子、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪(lun)機轉(zhuan)(zhuan)子、陀(tuo)螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表擺輪(lun)等(deng)旋轉(zhuan)(zhuan)零部件在制造過程中，都需要經過平衡(heng)才(cai)能平穩正常地運(yun)轉(zhuan)(zhuan)。

根據平衡機測出(chu)的(de)(de)(de)數據對轉子(zi)的(de)(de)(de)不平衡量進(jin)行校(xiao)正，可(ke)改善轉子(zi)相對于軸線的(de)(de)(de)質(zhi)量分(fen)布，使轉子(zi)旋轉時(shi)產(chan)生的(de)(de)(de)振動(dong)或作用于軸承上的(de)(de)(de)振動(dong)力減少到允許的(de)(de)(de)范圍之內(nei)。因此(ci)，平衡機是(shi)減小振動(dong)、改善性能(neng)和提高質(zhi)量的(de)(de)(de)必不可(ke)少的(de)(de)(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡包括不平(ping)衡量(liang)的(de)測量(liang)和校(xiao)正兩個步(bu)驟，平(ping)衡機(ji)主要用于(yu)不平(ping)衡量(liang)的(de)測量(liang)，而不平(ping)衡量(liang)的(de)校(xiao)正則往往借助于(yu)鉆(zhan)床、銑床和點焊機(ji)等其他輔助設(she)備，或用手工方法完成(cheng)。有些平(ping)衡機(ji)已將(jiang)校(xiao)正裝(zhuang)置做成(cheng)為(wei)平(ping)衡機(ji)的(de)一個部分。

重(zhong)力式平(ping)衡機(ji)和離(li)心力式平(ping)衡機(ji)是兩類(lei)典型的平(ping)衡機(ji)。

1. 重力式平衡機(ji)一般稱為靜平衡機(ji)。

它是依(yi)賴轉子自身的重力作用(yong)來測量(liang)靜不(bu)平衡的。

置(zhi)于兩根水平(ping)導軌(gui)上的轉子(zi)如有不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，則它對軸線的重力(li)矩使轉子(zi)在導軌(gui)上滾動，直(zhi)至(zhi)這個不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)處(chu)于更低位(wei)置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放(fang)在(zai)用靜(jing)壓軸(zhou)承支(zhi)(zhi)承的(de)(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)上，在(zai)支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)的(de)(de)下面嵌裝一片反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)鏡。當(dang)轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)(bu)存在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)時，由光(guang)(guang)(guang)源射(she)(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束經此(ci)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)鏡反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)指(zhi)示器的(de)(de)極(ji)坐標(biao)原點(dian)(dian)。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)(zi)存在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)在(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)重(zhong)力矩(ju)作用下發生傾(qing)斜，支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)下的(de)(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)鏡也(ye)隨之傾(qing)斜并(bing)使(shi)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束偏轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)(guang)束投在(zai)極(ji)坐標(biao)指(zhi)示器上的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)點(dian)(dian)便(bian)離開原點(dian)(dian)。根(gen)據(ju)這個光(guang)(guang)(guang)點(dian)(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)坐標(biao)位置，可以(yi)得到不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)大小和位置。

重力式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)僅適用于某(mou)些(xie)平(ping)衡(heng)(heng)要求不(bu)高的盤狀零件。對于平(ping)衡(heng)(heng)要求高的轉(zhuan)子，一般采用離心(xin)式單面或雙(shuang)面平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是(shi)在(zai)轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)的狀態下，根(gen)據轉(zhuan)子不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)引起的支(zhi)(zhi)承(cheng)振(zhen)動(dong)，或作用于支(zhi)(zhi)承(cheng)的振(zhen)動(dong)力(li)來測(ce)(ce)(ce)量(liang)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)。其(qi)按(an)校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)的不同(tong)，可(ke)分(fen)為(wei)單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機和雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機只能(neng)(neng)測(ce)(ce)(ce)量(liang)一(yi)(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(靜不平(ping)(ping)(ping)衡(heng))，它雖然是(shi)在(zai)轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時(shi)進行測(ce)(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機能(neng)(neng)測(ce)(ce)(ce)量(liang)動(dong)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，也能(neng)(neng)分(fen)別測(ce)(ce)(ce)量(liang)靜不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)和偶不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，一(yi)(yi)般稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。

離心力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不(bu)同，又可分為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速高于轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有(you)頻率的(de)(de)(de)稱(cheng)為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)(gang)度小，傳感(gan)(gan)器(qi)檢測(ce)(ce)出的(de)(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動位移成正(zheng)比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有(you)頻率的(de)(de)(de)稱(cheng)為(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)(gang)度大，傳感(gan)(gan)器(qi)檢測(ce)(ce)出的(de)(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動力成正(zheng)比。

平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性能用最小可達剩余不(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(shao)率兩項(xiang)綜合指標(biao)表示。前者(zhe)是平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能使(shi)轉子達到的(de)剩余不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)最小值，它是衡(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)指標(biao)；后(hou)者(zhe)是經(jing)過一(yi)次校正后(hou)所減少(shao)的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)與初始不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)指標(biao)，一(yi)般用百分(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(liang)生產的(de)需要，對(dui)特定的(de)轉子能自(zi)動(dong)完成(cheng)平(ping)衡測量(liang)和平(ping)衡校正的(de)自(zi)動(dong)平(ping)衡機(ji)，以及平(ping)衡自(zi)動(dong)線，現代(dai)已大(da)量(liang)的(de)裝備在(zai)汽車制造、電機(ji)制造等工業部門。

二. 平衡機(ji)常用術語(yu)解(jie)釋(shi)

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(zhuan)機械正常工作所允許的轉(zhuan)子剩余(yu)不平衡量。該指標(biao)用不平衡度表示時(shi)，稱為許用不平衡度（亦稱許用不平衡率）。

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(zheng)平面(mian)的(de)干擾（相互影響(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(liang)轉子平衡(heng)優劣程度(du)的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(ping)衡品質，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(da)剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余(yu)不(bu)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）

經過(guo)一次平(ping)衡(heng)校正所減少的(de)不平(ping)衡(heng)量(liang)與初始不平(ping)衡(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)機效率的(de)性能指(zhi)標，以百(bai)分數(shu)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)校正后的剩余(yu)不平衡(heng)量

13. 不平衡力(li)偶干擾(rao)比

單面平衡(heng)機抑止不平衡(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(heng)機性能而設計的剛性轉子。其質(zhi)量、大小、尺(chi)寸均有規(gui)定(ding)，分(fen)立式(shi)(shi)和臥式(shi)(shi)兩種。立式(shi)(shi)轉子質(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)轉子質(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)從原(yuan)理方面可以分為硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)、軟支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)、半(ban)硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬支承(cheng)平衡機是平衡轉速遠低于參振(zhen)系(xi)統共(gong)振(zhen)頻(pin)率的(de)平衡機。平衡校(xiao)驗時，支承(cheng)擺架(jia)相對(dui)處于“硬”狀(zhuang)態，因(yin)此(ci)轉子可以在(zai)接(jie)近實際(ji)軸承(cheng)條件下進行平衡校(xiao)正。具有操作(zuo)簡便、安(an)全(quan)性能好的(de)特點(dian)。

2. 軟(ruan)支承平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速大于參振(zhen)(zhen)系統共振(zhen)(zhen)頻率的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時(shi)，支承擺架相對處于“軟(ruan)”狀(zhuang)態(tai)，因(yin)此轉(zhuan)子校驗平(ping)衡(heng)(heng)時(shi)。支承條件與實際軸承工(gong)作條件不(bu)同。具有測量精度高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承平衡機(ji)是平衡轉速(su)在0.3~0.5倍參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率(lv)之間的(de)平衡機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支(zhi)(zhi)承平衡機(ji)支(zhi)(zhi)承剛度(du)高的(de)特(te)點，又有(you)軟支(zhi)(zhi)承平衡機(ji)精度(du)高的(de)優點。

平衡(heng)(heng)機(ji)從應用方面分可分為立(li)式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)和(he)臥式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)；專用平衡(heng)(heng)機(ji)和(he)通用平衡(heng)(heng)機(ji)。

臥式平衡機(ji)是被平衡轉子(zi)的旋(xuan)轉軸(zhou)(zhou)(zhou)在(zai)平衡機(ji)上呈(cheng)水(shui)平狀態的平衡機(ji)。適(shi)用于有轉軸(zhou)(zhou)(zhou)或(huo)可裝配工藝軸(zhou)(zhou)(zhou)的轉子(zi)，如機(ji)床主軸(zhou)(zhou)(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓(ya)器、電機(ji)轉子(zi)、汽(qi)輪機(ji)等(deng)等(deng)。

立式平衡(heng)(heng)機(ji)是被平衡(heng)(heng)轉子的(de)(de)旋轉軸在(zai)平衡(heng)(heng)機(ji)上(shang)呈垂直狀態下的(de)(de)平衡(heng)(heng)機(ji)。適用(yong)于轉子本身不具轉軸的(de)(de)盤(pan)狀工件如(ru)離合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風葉(xie)、水(shui)泵(beng)葉(xie)輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)類零件。

通(tong)用平(ping)衡機(ji)(ji)是指能對形(xing)(xing)狀(zhuang)和(he)支承形(xing)(xing)式比較(jiao)規則(ze)的轉(zhuan)子進(jin)行(xing)動(dong)平(ping)衡的平(ping)衡機(ji)(ji)。通(tong)用平(ping)衡機(ji)(ji)操作簡單，效率也較(jiao)高(gao)。

專(zhuan)(zhuan)用平衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)能對支承形(xing)式和外觀與一般轉子(zi)不同的轉子(zi)進行(xing)平衡(heng)(heng)的平衡(heng)(heng)機(ji)，例如特別(bie)針對發動(dong)機(ji)的曲軸，汽車的傳(chuan)動(dong)軸進行(xing)設計的平衡(heng)(heng)機(ji)。功能專(zhuan)(zhuan)一。  

四(si). 動平衡加工的(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

即在不平衡方(fang)向(xiang)去處一定的重量。常用的方(fang)式有：鏜削(xue)、鉆(zhan)孔(kong)、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技(ji)術的(de)(de)(de)先(xian)進性和經濟上的(de)(de)(de)合理(li)性，國際標(biao)準化組織(ISO)于(yu)1940年制定(ding)了(le)世界公認的(de)(de)(de)ISO1940平衡等(deng)(deng)級(ji)，它將轉(zhuan)子平衡等(deng)(deng)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，從要求更高的(de)(de)(de)G0.4到要求更低的(de)(de)(de)G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代(dai)表不平衡對(dui)于(yu)轉(zhuan)子軸心的(de)(de)(de)偏心距離(li)。