平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量旋轉物(wu)體(轉子)不平(ping)衡量大(da)小和位置的(de)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。懷柔電機轉子(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉子(zi)、陀(tuo)螺轉子(zi)和鐘表(biao)擺輪等旋轉零部(bu)件在制(zhi)造(zao)過(guo)程中(zhong)，都需(xu)要經過(guo)平(ping)衡才能平(ping)穩正常(chang)地(di)運轉。

根據平衡機測出的(de)(de)數據對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)不(bu)平衡量(liang)進行校正，可(ke)改善轉(zhuan)(zhuan)子(zi)相對于(yu)軸(zhou)(zhou)線的(de)(de)質量(liang)分布，使(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)或作用于(yu)軸(zhou)(zhou)承(cheng)上的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)力減(jian)少(shao)到允許的(de)(de)范圍(wei)之內(nei)。因此，平衡機是減(jian)小振(zhen)動(dong)(dong)、改善性能(neng)和提高質量(liang)的(de)(de)必不(bu)可(ke)少(shao)的(de)(de)設備(bei)。

通常，轉子的(de)(de)平衡(heng)包括不平衡(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)和(he)校(xiao)正兩個步驟，平衡(heng)機主要用于(yu)不平衡(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)，而不平衡(heng)量(liang)的(de)(de)校(xiao)正則往往借助于(yu)鉆床、銑床和(he)點焊機等其他輔助設備，或用手工(gong)方法完成。有些平衡(heng)機已將校(xiao)正裝置做成為(wei)平衡(heng)機的(de)(de)一個部分。

重力式平衡機和離心力式平衡機是兩類(lei)典型的平衡機。

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

它(ta)是(shi)依賴轉子(zi)自身的(de)重(zhong)力作用(yong)來(lai)測量靜(jing)不平衡的(de)。

置于兩根水(shui)平(ping)導軌上的(de)轉子如有不平(ping)衡量，則它對軸線(xian)的(de)重(zhong)力矩使轉子在導軌上滾動，直至這個不平(ping)衡量處于更低(di)位置時才靜(jing)止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)轉子放在用靜壓軸承(cheng)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)座上，在支(zhi)(zhi)座的(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝一片反射(she)鏡。當轉子不(bu)(bu)存(cun)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量時，由光源(yuan)射(she)出的(de)(de)(de)光束(shu)經(jing)此反射(she)鏡反射(she)后，投射(she)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量指示(shi)器的(de)(de)(de)極坐(zuo)標原點(dian)。如果轉子存(cun)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量，則轉子支(zhi)(zhi)座在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)重(zhong)力矩(ju)作用下(xia)發生傾斜，支(zhi)(zhi)座下(xia)的(de)(de)(de)反射(she)鏡也隨之(zhi)傾斜并使反射(she)出的(de)(de)(de)光束(shu)偏轉，這樣光束(shu)投在極坐(zuo)標指示(shi)器上的(de)(de)(de)光點(dian)便離開原點(dian)。根據這個光點(dian)偏轉的(de)(de)(de)坐(zuo)標位(wei)置，可以得到不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)大小和(he)位(wei)置。

重(zhong)力式平衡機僅(jin)適用(yong)(yong)于(yu)某些平衡要求不高的盤狀零件。對(dui)于(yu)平衡要求高的轉子，一般采用(yong)(yong)離心(xin)式單面(mian)或雙(shuang)面(mian)平衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)是(shi)在轉子(zi)旋(xuan)轉的(de)狀態下(xia)，根據轉子(zi)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡引起(qi)的(de)支承振動，或作(zuo)用于支承的(de)振動力來測(ce)(ce)量(liang)(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡。其按校正平(ping)(ping)(ping)面數量(liang)(liang)的(de)不(bu)(bu)(bu)同，可分(fen)為(wei)單面平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)和雙面平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。單面平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)只能測(ce)(ce)量(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面上(shang)的(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡)，它雖然是(shi)在轉子(zi)旋(xuan)轉時進(jin)行測(ce)(ce)量(liang)(liang)，但仍屬(shu)于靜平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)能測(ce)(ce)量(liang)(liang)動不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡，也(ye)能分(fen)別測(ce)(ce)量(liang)(liang)靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡和偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡，一般稱為(wei)動平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。

離心力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不(bu)同，又可分(fen)為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)高于轉子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)固(gu)有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)稱(cheng)為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。這(zhe)(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)出的(de)(de)(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)位(wei)移成正比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)低(di)於轉子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)固(gu)有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)稱(cheng)為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)，這(zhe)(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)出的(de)(de)(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)力成正比。

平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主要性(xing)能(neng)(neng)用最(zui)小可(ke)達剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)減(jian)少(shao)率兩(liang)項綜合(he)指標表示。前者是平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能(neng)(neng)使轉子達到(dao)的(de)(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)最(zui)小值，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)能(neng)(neng)力的(de)(de)指標；后者是經過(guo)一(yi)次校正后所減(jian)少(shao)的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)(de)指標，一(yi)般用百分(fen)數表示。

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(gen)據大批(pi)量(liang)生產的(de)需(xu)要，對特定(ding)的(de)轉子能自動完成(cheng)平衡測(ce)量(liang)和平衡校正的(de)自動平衡機(ji)，以(yi)及平衡自動線，現(xian)代(dai)已大量(liang)的(de)裝(zhuang)備(bei)在汽車制造、電機(ji)制造等工業部門。

二. 平衡機常用術語(yu)解釋(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(wei)保證(zheng)旋轉機械(xie)正常工作所允許的轉子剩余不(bu)(bu)平衡量。該指標用(yong)不(bu)(bu)平衡度(du)(du)表(biao)示時，稱(cheng)為(wei)許用(yong)不(bu)(bu)平衡度(du)(du)（亦稱(cheng)許用(yong)不(bu)(bu)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)平面的干(gan)擾（相互(hu)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(you)劣程度的指(zhi)標。

G=eperω/1000

式(shi)中：G－轉子平衡品(pin)質，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. 最小可達剩(sheng)余不平衡量(liang)（Umar）

最小可達剩余(yu)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. 不平衡量(liang)減少(shao)率（URR）

經過一次平衡校正所減少的(de)不平衡量(liang)(liang)與初始不平衡量(liang)(liang)之比(bi)值(zhi)。它(ta)是(shi)衡量(liang)(liang)平衡機效率的(de)性能指標，以百分數表示：

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

U2－一次平(ping)衡校正后的剩余(yu)不平(ping)衡量

13. 不(bu)平衡力偶干擾比(bi)

單(dan)面平(ping)(ping)衡機抑止不(bu)平(ping)(ping)衡力偶影響(xiang)的性能(neng)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(wei)(wei)校驗平衡機性(xing)能而設(she)計的(de)剛性(xing)轉子。其質量(liang)、大小(xiao)、尺寸(cun)均(jun)有(you)規(gui)定(ding)，分立式和臥式兩種。立式轉子質量(liang)為(wei)(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子質量(liang)為(wei)(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡機(ji)從原(yuan)理方面可以分為硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機(ji)、軟支承平(ping)(ping)衡機(ji)、半硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機(ji)。

1. 硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速遠低于參振(zhen)系統(tong)共振(zhen)頻(pin)率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支承(cheng)(cheng)擺架相對處于“硬”狀(zhuang)態(tai)，因此(ci)轉子可(ke)以在接近實(shi)際軸承(cheng)(cheng)條件下進行(xing)平(ping)衡(heng)校正。具有操作簡便、安全(quan)性(xing)能好的特(te)點(dian)。

2. 軟支承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)平衡(heng)(heng)(heng)轉速大于參(can)振系統(tong)共振頻率的平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。平衡(heng)(heng)(heng)校驗時，支承(cheng)擺架相對(dui)處于“軟”狀態，因(yin)此轉子校驗平衡(heng)(heng)(heng)時。支承(cheng)條件與實際軸(zhou)承(cheng)工作條件不同。具有測量精(jing)度高的特(te)點(dian)。

3. 半(ban)硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是平(ping)衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參(can)振系統共振頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。同(tong)時具有(you)有(you)硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度(du)高的(de)特(te)點，又有(you)軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)精度(du)高的(de)優點。

平衡機(ji)從應用方面(mian)分(fen)可(ke)分(fen)為立式(shi)(shi)平衡機(ji)和臥式(shi)(shi)平衡機(ji)；專用平衡機(ji)和通用平衡機(ji)。

臥(wo)式平(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)轉子的旋轉軸(zhou)(zhou)在(zai)平(ping)衡(heng)機(ji)上呈水平(ping)狀(zhuang)態的平(ping)衡(heng)機(ji)。適用于有(you)轉軸(zhou)(zhou)或可裝配工藝(yi)軸(zhou)(zhou)的轉子，如機(ji)床主(zhu)軸(zhou)(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉子、汽(qi)輪機(ji)等等。

立式平(ping)(ping)衡機(ji)是(shi)被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子的(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡機(ji)上呈(cheng)垂直狀態(tai)下的(de)(de)平(ping)(ping)衡機(ji)。適用于轉(zhuan)子本(ben)身不具轉(zhuan)軸的(de)(de)盤狀工件(jian)如(ru)離合器、齒輪(lun)、風扇(shan)、壓盤及(ji)其總成(cheng)、制(zhi)動盤、風葉(xie)、水泵(beng)葉(xie)輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎(cha)車轂、皮帶(dai)輪(lun)、砂輪(lun)等(deng)盤類零(ling)件(jian)。

通用(yong)平(ping)衡機是(shi)指能對形(xing)狀和(he)支承形(xing)式比較規則(ze)的(de)轉(zhuan)子進(jin)行(xing)動平(ping)衡的(de)平(ping)衡機。通用(yong)平(ping)衡機操作(zuo)簡(jian)單，效率也較高。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是能對支承形式和外(wai)觀與一般轉子(zi)不同的轉子(zi)進(jin)行平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，例如特別針對發動機(ji)(ji)的曲軸(zhou)，汽車的傳動軸(zhou)進(jin)行設計的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。功能專一。  

四. 動平衡加工的方(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)向去處(chu)一定(ding)的重量。常用的方(fang)式有：鏜削、鉆(zhan)孔、鑿(zao)削、銑削、磨削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的先(xian)進性和經濟上的合(he)理性，國際標準化(hua)組織(ISO)于1940年制定了(le)世界公認的ISO1940平衡等級，它將轉子(zi)平衡等級分為11個級別，每個級別間以2.5倍為增量，從(cong)要(yao)求更(geng)高的G0.4到要(yao)求更(geng)低的G4000。單(dan)位(wei)為公克(ke)×毫(hao)米/公斤(gmm/kg)，代表(biao)不平衡對于轉子(zi)軸心的偏心距離。