平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是(shi)測量旋轉物(wu)體(ti)(轉子)不平衡量大小(xiao)和位置的(de)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。電機轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)、機(ji)床主(zhu)軸(zhou)、內燃(ran)機(ji)曲軸(zhou)、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)、陀(tuo)螺(luo)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)和(he)鐘(zhong)表擺(bai)輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部件(jian)在制(zhi)造過程中，都需要經(jing)過平衡才能平穩(wen)正常(chang)地運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡(heng)機測出(chu)的數據(ju)對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的不平(ping)衡(heng)量(liang)進行校正(zheng)，可改善(shan)(shan)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)相對于(yu)軸(zhou)線的質量(liang)分布，使轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時產生(sheng)的振(zhen)(zhen)動或作用于(yu)軸(zhou)承上的振(zhen)(zhen)動力減少(shao)到允(yun)許的范圍之內。因此，平(ping)衡(heng)機是減小振(zhen)(zhen)動、改善(shan)(shan)性能(neng)和(he)提高質量(liang)的必不可少(shao)的設備。

通常，轉子(zi)的(de)平衡(heng)(heng)包括不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測(ce)量(liang)和校(xiao)正(zheng)兩個步驟，平衡(heng)(heng)機(ji)主要用于不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測(ce)量(liang)，而不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)校(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借(jie)助于鉆床、銑床和點焊機(ji)等(deng)其(qi)他輔助設備，或用手工方法完成。有些平衡(heng)(heng)機(ji)已將校(xiao)正(zheng)裝置做成為平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)一個部分。

重力(li)式平衡機(ji)(ji)和(he)離(li)心力(li)式平衡機(ji)(ji)是兩類典型的(de)平衡機(ji)(ji)。

1. 重力式(shi)平衡機一般稱(cheng)為靜平衡機。

它(ta)是依賴轉(zhuan)子自身的重力作(zuo)用來測量靜(jing)不平(ping)衡的。

置(zhi)于(yu)兩根水平(ping)導軌上的(de)轉子(zi)如有不(bu)平(ping)衡量，則它對軸線的(de)重力(li)矩使轉子(zi)在導軌上滾動(dong)，直(zhi)至這(zhe)個不(bu)平(ping)衡量處于(yu)更低位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡的(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)放在用(yong)靜壓(ya)軸承(cheng)支承(cheng)的(de)支座(zuo)(zuo)上，在支座(zuo)(zuo)的(de)下面(mian)嵌裝(zhuang)一片反(fan)射(she)(she)(she)(she)鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)存在不(bu)平(ping)衡量(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)經(jing)此反(fan)射(she)(she)(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)(she)在不(bu)平(ping)衡量(liang)指示器的(de)極坐(zuo)標原點。如(ru)果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)存在不(bu)平(ping)衡量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)支座(zuo)(zuo)在不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)重力矩作用(yong)下發生傾斜(xie)，支座(zuo)(zuo)下的(de)反(fan)射(she)(she)(she)(she)鏡也隨之傾斜(xie)并使反(fan)射(she)(she)(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)(zhe)樣光(guang)束(shu)投在極坐(zuo)標指示器上的(de)光(guang)點便離(li)開原點。根據這(zhe)(zhe)個光(guang)點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)坐(zuo)標位置，可以得到不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)大小和位置。

重(zhong)力(li)式平衡(heng)機(ji)僅適用于(yu)某(mou)些平衡(heng)要(yao)求(qiu)不高的盤狀零件。對于(yu)平衡(heng)要(yao)求(qiu)高的轉子，一般采用離(li)心式單面(mian)(mian)或(huo)雙(shuang)面(mian)(mian)平衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉子(zi)旋(xuan)轉的狀(zhuang)態下，根據轉子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承振動，或(huo)作用于支承的振動力來測量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其(qi)按校正平(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)數量(liang)的不(bu)(bu)同，可分為單面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)(neng)測量(liang)一個平(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然(ran)是在轉子(zi)旋(xuan)轉時進(jin)行測量(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)(neng)測量(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)(neng)分別測量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)按(an)支(zhi)承(cheng)特性不同，又可分為(wei)軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)和硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)系統固有頻率的(de)(de)稱(cheng)為(wei)軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。這(zhe)種(zhong)(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)剛(gang)度小，傳(chuan)感器檢測(ce)出的(de)(de)信(xin)(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動(dong)位移成正比。平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)系統固有頻率的(de)(de)稱(cheng)為(wei)硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)，這(zhe)種(zhong)(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)剛(gang)度大(da)，傳(chuan)感器檢測(ce)出的(de)(de)信(xin)(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動(dong)力成正比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)主要性(xing)能(neng)(neng)用最小(xiao)可(ke)達剩余不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)，和(he)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)減少率(lv)兩項綜合指標表(biao)示。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能(neng)(neng)使轉子(zi)達到的(de)(de)剩余不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)最小(xiao)值，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機更(geng)高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)(neng)力的(de)(de)指標；后者是(shi)經過一(yi)(yi)次(ci)校正后所減少的(de)(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)與初始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)之(zhi)比，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率(lv)的(de)(de)指標，一(yi)(yi)般用百分(fen)數表(biao)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(ju)大批量生產的需要，對特定(ding)的轉子能自(zi)動(dong)完成平(ping)(ping)衡(heng)(heng)測量和平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正的自(zi)動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機，以(yi)及(ji)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)自(zi)動(dong)線，現(xian)代已(yi)大量的裝備在汽車(che)制造、電(dian)機制造等工(gong)業部門。

二(er). 平衡機常(chang)用(yong)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)保證旋轉(zhuan)(zhuan)機械正常工作所允許(xu)(xu)的轉(zhuan)(zhuan)子剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)。該指(zhi)標用不(bu)平(ping)衡(heng)度表示時，稱(cheng)(cheng)為(wei)許(xu)(xu)用不(bu)平(ping)衡(heng)度（亦稱(cheng)(cheng)許(xu)(xu)用不(bu)平(ping)衡(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

衡量轉(zhuan)子平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：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：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可達(da)剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（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(ping)衡量減(jian)少(shao)率（URR）

經(jing)過一次平(ping)(ping)衡校正所減(jian)少(shao)的(de)不平(ping)(ping)衡量(liang)與初始不平(ping)(ping)衡量(liang)之(zhi)比值。它是衡量(liang)平(ping)(ping)衡機(ji)效率的(de)性能指標，以(yi)百分數(shu)表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初始(shi)不平衡(heng)量(liang)            

U2－一(yi)次平衡校正后的剩(sheng)余不平衡量

13. 不(bu)平(ping)衡力偶干擾(rao)比

單(dan)面平衡機(ji)抑止不平衡力(li)偶(ou)影響的性能指(zhi)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(yan)平衡機性(xing)能而設計的剛性(xing)轉(zhuan)子(zi)(zi)。其質(zhi)量、大小(xiao)、尺寸均有規定，分(fen)立(li)式和臥(wo)式兩種。立(li)式轉(zhuan)子(zi)(zi)質(zhi)量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉(zhuan)子(zi)(zi)質(zhi)量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)從原理方面可以分為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、半硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬(ying)支承平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉速遠低于參(can)振系統共振頻率的(de)(de)平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校驗時(shi)，支承擺(bai)架相對處于“硬(ying)”狀態，因此轉子可以在接近實際軸承條(tiao)件(jian)下(xia)進(jin)行(xing)平衡(heng)校正。具(ju)有操(cao)作簡便、安全性能好的(de)(de)特點。

2. 軟支承(cheng)平衡機(ji)(ji)是平衡轉速(su)大于(yu)參振系統共(gong)振頻率的平衡機(ji)(ji)。平衡校(xiao)驗時，支承(cheng)擺架相對(dui)處于(yu)“軟”狀態，因此轉子校(xiao)驗平衡時。支承(cheng)條(tiao)件(jian)與實(shi)際(ji)軸承(cheng)工作條(tiao)件(jian)不(bu)同。具有(you)測量精(jing)度高(gao)的特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承平衡(heng)機是平衡(heng)轉速(su)在0.3~0.5倍參振系統(tong)共(gong)振頻率之間的平衡(heng)機。同時具有(you)有(you)硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承平衡(heng)機支(zhi)(zhi)(zhi)承剛度高(gao)的特點，又有(you)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承平衡(heng)機精度高(gao)的優點。

平衡(heng)(heng)(heng)機從(cong)應用(yong)方(fang)面分可分為立式平衡(heng)(heng)(heng)機和臥式平衡(heng)(heng)(heng)機；專(zhuan)用(yong)平衡(heng)(heng)(heng)機和通用(yong)平衡(heng)(heng)(heng)機。

臥式平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在(zai)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)上(shang)呈水平(ping)(ping)狀態(tai)的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)(ji)。適用(yong)于有(you)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配工(gong)藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如機(ji)(ji)(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)(ji)(ji)等等。

立式平衡機是(shi)被平衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在平衡機上(shang)呈垂直狀(zhuang)態下的平衡機。適用于轉(zhuan)子本身不具轉(zhuan)軸的盤狀(zhuang)工件如離合(he)器、齒輪、風(feng)扇、壓盤及(ji)其總成(cheng)、制動盤、風(feng)葉(xie)(xie)、水泵葉(xie)(xie)輪、汽車飛(fei)輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等盤類零件。

通用平衡(heng)機(ji)(ji)是指能對(dui)形狀和支承形式比較規(gui)則的轉子進(jin)行動平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)(ji)。通用平衡(heng)機(ji)(ji)操作簡(jian)單，效率也(ye)較高。

專用(yong)平(ping)衡機(ji)是能(neng)對支承(cheng)形式和(he)外觀與一般轉子不同(tong)的(de)轉子進行平(ping)衡的(de)平(ping)衡機(ji)，例如特(te)別針(zhen)對發(fa)動機(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽(qi)車的(de)傳動軸(zhou)進行設計的(de)平(ping)衡機(ji)。功能(neng)專一。  ;

四. 動平衡加工(gong)的方(fang)法(fa)

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

即在不平衡方向去(qu)處一定的重量。常用的方式有(you)：鏜削(xue)、鉆孔、鑿(zao)削(xue)、銑(xian)削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技術(shu)的先(xian)進性(xing)和經濟上的合理性(xing)，國際標準化組織(ISO)于(yu)1940年制(zhi)定了世(shi)界(jie)公認的ISO1940平衡等級，它將轉(zhuan)子(zi)(zi)平衡等級分為11個級別，每個級別間以(yi)2.5倍為增量，從要(yao)求更(geng)高的G0.4到(dao)要(yao)求更(geng)低的G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉(zhuan)子(zi)(zi)軸心(xin)的偏心(xin)距離。