平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是(shi)測量旋轉物體(轉子)不平衡(heng)量大小(xiao)和(he)位(wei)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。葫蘆島電機轉子、機(ji)床主軸、內(nei)燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉子、陀螺轉子和鐘表擺輪等旋(xuan)轉零部件在制造(zao)過程中，都需要經(jing)過平(ping)衡才能(neng)平(ping)穩正常地運轉。

根據平(ping)衡(heng)機(ji)測出(chu)的(de)(de)數據對轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)不平(ping)衡(heng)量進行(xing)校正，可(ke)改(gai)善轉(zhuan)子(zi)相對于(yu)軸線(xian)的(de)(de)質量分布，使轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時產生的(de)(de)振動(dong)或作用于(yu)軸承上的(de)(de)振動(dong)力(li)減少到允許的(de)(de)范圍(wei)之內。因此，平(ping)衡(heng)機(ji)是減小振動(dong)、改(gai)善性(xing)能和提高質量的(de)(de)必不可(ke)少的(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量和校正(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機主要用(yong)(yong)于(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量，而不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)校正(zheng)則往往借(jie)助(zhu)于(yu)鉆(zhan)床、銑床和點(dian)焊機等(deng)其他輔助(zhu)設備，或用(yong)(yong)手工方法完成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機已將校正(zheng)裝(zhuang)置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)一個(ge)部(bu)分(fen)。

重力式(shi)平(ping)衡(heng)機和(he)離心力式(shi)平(ping)衡(heng)機是兩(liang)類典型的平(ping)衡(heng)機。

1. 重力(li)式平衡(heng)機(ji)一般稱(cheng)為靜(jing)平衡(heng)機(ji)。

它是依(yi)賴轉子自身的(de)(de)重力作用來測(ce)量(liang)靜不平衡(heng)的(de)(de)。

置(zhi)于兩(liang)根水平導(dao)軌上(shang)的轉子如(ru)有不(bu)平衡量，則它對(dui)軸線(xian)的重力矩(ju)使轉子在導(dao)軌上(shang)滾(gun)動，直(zhi)至這(zhe)個不(bu)平衡量處(chu)于更低位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)轉(zhuan)子放在(zai)(zai)(zai)用靜壓軸承(cheng)支承(cheng)的(de)支座上，在(zai)(zai)(zai)支座的(de)下面嵌(qian)裝一片(pian)反(fan)(fan)射鏡(jing)。當(dang)轉(zhuan)子不(bu)(bu)(bu)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)時，由(you)光(guang)(guang)源射出的(de)光(guang)(guang)束(shu)經此反(fan)(fan)射鏡(jing)反(fan)(fan)射后，投(tou)(tou)射在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)指示(shi)器的(de)極(ji)(ji)坐(zuo)標原(yuan)點。如果(guo)轉(zhuan)子存在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)，則轉(zhuan)子支座在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)重力(li)矩作(zuo)用下發生傾斜，支座下的(de)反(fan)(fan)射鏡(jing)也隨(sui)之傾斜并使(shi)反(fan)(fan)射出的(de)光(guang)(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣(yang)光(guang)(guang)束(shu)投(tou)(tou)在(zai)(zai)(zai)極(ji)(ji)坐(zuo)標指示(shi)器上的(de)光(guang)(guang)點便離開原(yuan)點。根據這(zhe)個光(guang)(guang)點偏轉(zhuan)的(de)坐(zuo)標位置，可以得到不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)大(da)小和位置。

重力式平衡機僅適用于(yu)某些平衡要求不高的(de)盤狀零件。對于(yu)平衡要求高的(de)轉子，一般(ban)采用離心式單面或雙面平衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機是在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)狀(zhuang)態下，根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)支承振動(dong)(dong)，或作(zuo)用于支承的(de)振動(dong)(dong)力來測量(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面數(shu)量(liang)(liang)的(de)不(bu)同，可分為(wei)單面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機和雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。單面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機只能測量(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面上的(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然(ran)是在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時進(jin)行測量(liang)(liang)，但仍(reng)屬于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能測量(liang)(liang)動(dong)(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也(ye)能分別測量(liang)(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱(cheng)為(wei)動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離(li)心力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按支承(cheng)(cheng)特性不同，又可分為(wei)軟(ruan)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬(ying)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)高于轉子(zi)(zi)一(yi)支承(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻(pin)(pin)率的(de)稱為(wei)軟(ruan)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)支承(cheng)(cheng)剛度(du)小，傳感(gan)器檢測(ce)出(chu)的(de)信(xin)號與支承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動位移(yi)成(cheng)正比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)低(di)於(wu)轉子(zi)(zi)一(yi)支承(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻(pin)(pin)率的(de)稱為(wei)硬(ying)支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)支承(cheng)(cheng)剛度(du)大，傳感(gan)器檢測(ce)出(chu)的(de)信(xin)號與支承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動力成(cheng)正比。

平衡(heng)(heng)機的(de)主要性能用最小(xiao)可達剩余不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)減少率兩(liang)項綜合指標表示(shi)。前者是(shi)平衡(heng)(heng)機能使轉子(zi)達到的(de)剩余不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)最小(xiao)值，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)機更高平衡(heng)(heng)能力的(de)指標；后者是(shi)經過(guo)一次校正后所減少的(de)不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)之比，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)效率的(de)指標，一般用百(bai)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。
  根據大批量生產的需要，對(dui)特定的轉子能自(zi)動完成平(ping)(ping)(ping)衡測量和(he)平(ping)(ping)(ping)衡校正的自(zi)動平(ping)(ping)(ping)衡機，以及平(ping)(ping)(ping)衡自(zi)動線，現代已大量的裝備在(zai)汽車制造(zao)、電機制造(zao)等工業部門(men)。

二(er). 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

為保證(zheng)旋轉機(ji)械正常工作所允(yun)許的轉子剩余不平衡(heng)(heng)(heng)量。該指標(biao)用(yong)不平衡(heng)(heng)(heng)度表(biao)示時，稱(cheng)為許用(yong)不平衡(heng)(heng)(heng)度（亦稱(cheng)許用(yong)不平衡(heng)(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. 校正平面的(de)干(gan)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

衡量轉子平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式(shi)中：G－轉子平衡品質，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(da)剩余不平衡量（Umar）

最小可(ke)達剩余不平衡量（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. 不平衡量減少率（URR）

經過(guo)一(yi)次(ci)平(ping)(ping)(ping)衡校正所(suo)減少的不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)與初(chu)始不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)之比值。它是(shi)衡量(liang)平(ping)(ping)(ping)衡機效率的性能指標(biao)，以百(bai)分數表示：

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

U2－一(yi)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(ping)(ping)衡(heng)機抑止不平(ping)(ping)衡(heng)力偶影(ying)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)校驗平衡機(ji)性能(neng)而設計的剛性轉子。其質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)、大小、尺寸均有規定，分立(li)式(shi)和臥(wo)式(shi)兩(liang)種(zhong)。立(li)式(shi)轉子質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉子質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)從原(yuan)理方(fang)面可以分為硬(ying)支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)、軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)、半硬(ying)支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。

1. 硬(ying)(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機(ji)是平衡轉(zhuan)速遠(yuan)低(di)于參振系統共(gong)振頻率的平衡機(ji)。平衡校(xiao)(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)(cheng)擺架相(xiang)對處于“硬(ying)(ying)”狀態，因(yin)此(ci)轉(zhuan)子(zi)可以在接近實(shi)際軸承(cheng)(cheng)條件下進行平衡校(xiao)(xiao)正。具有操(cao)作簡便、安全性能好的特(te)點。

2. 軟(ruan)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速大于參振系統共(gong)振頻率的(de)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗(yan)時(shi)，支(zhi)承擺架相對處于“軟(ruan)”狀態，因此轉子校驗(yan)平(ping)衡(heng)時(shi)。支(zhi)承條件(jian)與實際軸(zhou)承工作條件(jian)不同(tong)。具有(you)測量精度(du)高的(de)特點。

3. 半硬支承(cheng)平衡(heng)機是平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系(xi)統共(gong)振頻率之(zhi)間(jian)的平衡(heng)機。同時具有有硬支承(cheng)平衡(heng)機支承(cheng)剛(gang)度(du)高的特(te)點，又有軟支承(cheng)平衡(heng)機精度(du)高的優點。

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從應用(yong)方面分(fen)可分(fen)為(wei)立式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和臥式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)；專用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和通用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)(zi)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈水平(ping)(ping)狀態(tai)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適(shi)用于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)(zhou)的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)，如(ru)機(ji)床主(zhu)軸(zhou)(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓(ya)器、電機(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉子的(de)(de)(de)旋轉軸在平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈(cheng)垂(chui)直狀態下(xia)的(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適用于(yu)轉子本身不具轉軸的(de)(de)(de)盤(pan)狀工件(jian)(jian)如離合器、齒輪(lun)、風(feng)扇(shan)、壓盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風(feng)葉、水泵葉輪(lun)、汽(qi)車飛輪(lun)、剎(cha)車轂、皮帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等盤(pan)類零件(jian)(jian)。

通用(yong)(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對(dui)形狀和(he)支(zhi)承形式(shi)比較規(gui)則的轉子進行(xing)動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通用(yong)(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡單，效率也較高。

專用平衡機(ji)是能(neng)(neng)對支(zhi)承形式和(he)外觀與一般轉子不(bu)同的轉子進行平衡的平衡機(ji)，例如特別針(zhen)對發動機(ji)的曲軸，汽車的傳動軸進行設計的平衡機(ji)。功能(neng)(neng)專一。  

四. 動平衡加工的方法

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(bu)平衡方向去處一(yi)定的重量。常(chang)用的方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑(xian)削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)技(ji)術的(de)先進性和經濟上的(de)合理(li)性，國際(ji)標準化(hua)組(zu)織(ISO)于1940年制(zhi)定了世界公認的(de)ISO1940平衡等級，它將轉子平衡等級分(fen)為11個(ge)級別，每個(ge)級別間以2.5倍(bei)為增量，從要求更高(gao)的(de)G0.4到(dao)要求更低(di)的(de)G4000。單(dan)位(wei)為公克(ke)×毫(hao)米/公斤(gmm/kg)，代(dai)表不平衡對于轉子軸心(xin)的(de)偏心(xin)距(ju)離。