平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量旋(xuan)轉(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)子)不平(ping)衡量大(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。江北電機轉子、機床主(zhu)軸、內(nei)燃機曲(qu)軸、汽輪機轉子、陀螺轉子和鐘(zhong)表(biao)擺輪等旋轉零部件(jian)在制造(zao)過(guo)程(cheng)中，都需要經過(guo)平衡才能平穩正(zheng)常地運轉。

根(gen)據平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)測出(chu)的(de)(de)數據對轉(zhuan)子(zi)(zi)的(de)(de)不平(ping)衡(heng)(heng)量進行校正(zheng)，可(ke)(ke)改善轉(zhuan)子(zi)(zi)相對于軸線(xian)的(de)(de)質(zhi)量分布，使轉(zhuan)子(zi)(zi)旋轉(zhuan)時產(chan)生的(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用于軸承上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力(li)減(jian)少(shao)到允許的(de)(de)范(fan)圍之(zhi)內(nei)。因此，平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是減(jian)小(xiao)振(zhen)動(dong)、改善性能和(he)提高(gao)質(zhi)量的(de)(de)必不可(ke)(ke)少(shao)的(de)(de)設備(bei)。

通常，轉子(zi)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)包括(kuo)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)和(he)校(xiao)正(zheng)(zheng)兩(liang)個(ge)步(bu)驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)主(zhu)要(yao)用(yong)于不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)，而不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)校(xiao)正(zheng)(zheng)則往往借助(zhu)于鉆床(chuang)、銑床(chuang)和(he)點焊機(ji)等(deng)其他輔(fu)助(zhu)設備，或用(yong)手工方法完成。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)已將校(xiao)正(zheng)(zheng)裝置做(zuo)成為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)一個(ge)部分。

重力式平衡(heng)機(ji)和(he)離心(xin)力式平衡(heng)機(ji)是兩(liang)類(lei)典型的平衡(heng)機(ji)。

1. 重力式平(ping)衡(heng)機一(yi)般稱為靜(jing)平(ping)衡(heng)機。

它(ta)是依賴轉(zhuan)子自身的重(zhong)力作用來(lai)測量(liang)靜不(bu)平(ping)衡的。

置(zhi)于(yu)兩根水平(ping)(ping)導軌上的轉子如有不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)，則它對軸線的重力矩使轉子在導軌上滾動，直至這個不平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)處(chu)于(yu)更低位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉子放在(zai)(zai)用靜(jing)壓軸(zhou)承(cheng)支承(cheng)的(de)(de)支座上(shang)，在(zai)(zai)支座的(de)(de)下(xia)面嵌裝一片反射鏡(jing)(jing)。當轉子不(bu)(bu)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量時(shi)，由光源射出(chu)的(de)(de)光束(shu)經此反射鏡(jing)(jing)反射后，投(tou)射在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量指(zhi)示器的(de)(de)極(ji)坐標原點。如(ru)果轉子存在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量，則轉子支座在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)(de)重(zhong)力矩作用下(xia)發(fa)生(sheng)傾斜，支座下(xia)的(de)(de)反射鏡(jing)(jing)也隨之傾斜并使反射出(chu)的(de)(de)光束(shu)偏轉，這樣(yang)光束(shu)投(tou)在(zai)(zai)極(ji)坐標指(zhi)示器上(shang)的(de)(de)光點便離開原點。根(gen)據這個光點偏轉的(de)(de)坐標位(wei)(wei)置(zhi)，可以(yi)得到不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)(de)大小和位(wei)(wei)置(zhi)。

重力(li)式平(ping)衡機僅適用(yong)于某些平(ping)衡要(yao)求(qiu)不高(gao)的盤狀零件(jian)。對于平(ping)衡要(yao)求(qiu)高(gao)的轉子，一般采用(yong)離心式單面或(huo)雙(shuang)面平(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是(shi)在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的(de)(de)狀態下，根據轉(zhuan)子不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)(de)支承(cheng)振動(dong)，或(huo)作用于支承(cheng)的(de)(de)振動(dong)力來測(ce)量不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數量的(de)(de)不(bu)同，可(ke)分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和(he)雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)只能測(ce)量一個平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然是(shi)在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進(jin)行測(ce)量，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)能測(ce)量動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)量靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱(cheng)為動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

離心力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)按(an)支(zhi)(zhi)承(cheng)特性不同，又可(ke)分(fen)為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)高于轉子一支(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統(tong)固有頻率(lv)的(de)(de)稱為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度小(xiao)，傳感器(qi)檢測出的(de)(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位移成正比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速(su)低於轉子一支(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統(tong)固有頻率(lv)的(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度大，傳感器(qi)檢測出的(de)(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力成正比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性能用最(zui)小(xiao)可達剩余不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減(jian)少率兩項綜合指(zhi)標(biao)表示。前者是(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉子達到的(de)剩余不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最(zui)小(xiao)值(zhi)，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更(geng)高平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)標(biao)；后者是(shi)經(jing)過(guo)一次校正后所(suo)減(jian)少的(de)不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標(biao)，一般(ban)用百分數表示。

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。
  根據(ju)大(da)批量(liang)生產的需(xu)要，對特定的轉子能自(zi)(zi)動(dong)完成平(ping)衡測(ce)量(liang)和平(ping)衡校(xiao)正的自(zi)(zi)動(dong)平(ping)衡機，以及平(ping)衡自(zi)(zi)動(dong)線，現代已大(da)量(liang)的裝備在汽(qi)車制造(zao)、電機制造(zao)等工業部(bu)門(men)。

二. 平(ping)衡機(ji)常用術(shu)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

為保證旋轉機械正常工作所允許(xu)的轉子剩余不(bu)平衡量。該指標用(yong)不(bu)平衡度表示時，稱為許(xu)用(yong)不(bu)平衡度（亦(yi)稱許(xu)用(yong)不(bu)平衡率(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. 校正平面的干擾（相(xiang)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

衡量轉子平衡優劣(lie)程度(du)的指標。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉(zhuan)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小可(ke)達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平(ping)衡量（Umar）。單位是(shi)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)衡量減少率（URR）

經過一(yi)次平(ping)衡校正所減少的不(bu)(bu)平(ping)衡量與初始不(bu)(bu)平(ping)衡量之比值。它是衡量平(ping)衡機效率的性能指標，以百分數(shu)表(biao)示：

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

U2－一次平(ping)衡校正后的剩余不平(ping)衡量(liang)

13. 不平衡(heng)力偶干擾(rao)比

單面平衡機(ji)抑止不(bu)平衡力偶影(ying)響(xiang)的性能指(zhi)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

為校驗平衡機性能而設計(ji)的剛性轉(zhuan)子。其(qi)質量、大小、尺寸均(jun)有規定，分立式和臥式兩種。立式轉(zhuan)子質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機從原(yuan)理方面可以分(fen)為硬支承平衡(heng)機、軟支承平衡(heng)機、半硬支承平衡(heng)機。

1. 硬(ying)支承平衡(heng)(heng)機(ji)是平衡(heng)(heng)轉速遠低于參振(zhen)系統共(gong)振(zhen)頻率的平衡(heng)(heng)機(ji)。平衡(heng)(heng)校驗時，支承擺架相對處(chu)于“硬(ying)”狀態，因此轉子可以在接近實際軸承條(tiao)件(jian)下進行平衡(heng)(heng)校正。具有操(cao)作簡便、安全性能好的特(te)點。

2. 軟(ruan)支承(cheng)平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉(zhuan)速大于(yu)參振(zhen)系統(tong)共振(zhen)頻率的(de)平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校驗(yan)時(shi)，支承(cheng)擺架相對處于(yu)“軟(ruan)”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子校驗(yan)平衡(heng)時(shi)。支承(cheng)條(tiao)件(jian)(jian)與實際軸(zhou)承(cheng)工作條(tiao)件(jian)(jian)不同。具有測量精度高(gao)的(de)特點。

3. 半硬支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)(ping)衡轉速(su)在(zai)0.3~0.5倍(bei)參振系(xi)統(tong)共振頻(pin)率之間的(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡機。同時具有(you)有(you)硬支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機支承(cheng)(cheng)剛度高(gao)的(de)(de)特點(dian)(dian)，又有(you)軟支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機精度高(gao)的(de)(de)優點(dian)(dian)。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機從(cong)應用方面分可分為(wei)立(li)式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機和臥(wo)式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機；專用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機和通用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈水平(ping)(ping)狀態的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可(ke)裝配工藝(yi)軸(zhou)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如機(ji)(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)(ji)等等。

立式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉子的旋轉軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈垂直狀態下(xia)的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用(yong)于轉子本身不具轉軸(zhou)的盤狀工件(jian)如離合器、齒輪(lun)、風扇、壓(ya)盤及其總(zong)成、制(zhi)動(dong)盤、風葉、水泵(beng)葉輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等盤類零件(jian)。

通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)機是指能對(dui)形狀(zhuang)和支承形式比(bi)較規則(ze)的轉子進行動平(ping)衡(heng)(heng)的平(ping)衡(heng)(heng)機。通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)機操作簡單(dan)，效率也較高。

專(zhuan)用(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)是能對支承形式和外觀與一般(ban)轉(zhuan)子不同的轉(zhuan)子進(jin)行平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)(ji)，例如特別針(zhen)對發動機(ji)(ji)的曲(qu)軸，汽(qi)車的傳動軸進(jin)行設計的平衡(heng)機(ji)(ji)。功(gong)能專(zhuan)一。  

四. 動平衡(heng)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

即在不平衡方向(xiang)去(qu)處一(yi)定的重量。常用的方式有：鏜削(xue)(xue)、鉆孔、鑿(zao)削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shu)的(de)(de)(de)先進性和經濟(ji)上的(de)(de)(de)合理性，國(guo)際(ji)標準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了世(shi)界公(gong)認的(de)(de)(de)ISO1940平(ping)(ping)衡等(deng)級，它(ta)將轉(zhuan)子平(ping)(ping)衡等(deng)級分為(wei)11個級別(bie)，每個級別(bie)間(jian)以2.5倍為(wei)增量，從要(yao)求更高的(de)(de)(de)G0.4到要(yao)求更低的(de)(de)(de)G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代(dai)表不平(ping)(ping)衡對(dui)于(yu)轉(zhuan)子軸心的(de)(de)(de)偏心距離(li)。