平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機(ji)是測量(liang)旋(xuan)轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子(zi))不平(ping)衡(heng)量(liang)大小和(he)位置的機(ji)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。嘉定電機轉子(zi)、機床主(zhu)軸、內燃機曲軸、汽(qi)輪(lun)(lun)機轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和鐘表擺(bai)輪(lun)(lun)等(deng)旋轉零部件在制造過程中，都(dou)需要經過平(ping)衡才(cai)能(neng)平(ping)穩(wen)正常地運(yun)轉。

根(gen)據(ju)平(ping)衡(heng)機測(ce)出的(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)進行校正，可改善(shan)轉(zhuan)子(zi)相對于軸線(xian)的(de)(de)質量(liang)分布(bu)，使(shi)轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時產(chan)生的(de)(de)振動或作用于軸承上(shang)的(de)(de)振動力減(jian)少(shao)(shao)到允許的(de)(de)范圍(wei)之內。因此，平(ping)衡(heng)機是減(jian)小振動、改善(shan)性能和提高質量(liang)的(de)(de)必(bi)不(bu)可少(shao)(shao)的(de)(de)設(she)備。

通(tong)常，轉子(zi)的(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)包(bao)括(kuo)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)測(ce)量和(he)校(xiao)正(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)主要用于不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)測(ce)量，而(er)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)校(xiao)正(zheng)則往往借助(zhu)于鉆床、銑床和(he)點(dian)焊機(ji)(ji)等其他輔助(zhu)設備，或用手工方法完成(cheng)。有(you)些平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)已將校(xiao)正(zheng)裝置做成(cheng)為平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)一個部分。

重力(li)式平衡機和離心力(li)式平衡機是(shi)兩類典型的平衡機。

1. 重力式(shi)平(ping)衡機一(yi)般稱為靜平(ping)衡機。

它是依賴轉子自身的重(zhong)力作用(yong)來測量靜(jing)不平(ping)衡的。

置(zhi)于(yu)兩(liang)根(gen)水平導軌上(shang)的轉子如有不平衡(heng)量(liang)，則它對軸線的重(zhong)力矩使轉子在導軌上(shang)滾動(dong)，直(zhi)至這個不平衡(heng)量(liang)處于(yu)更低(di)位置(zhi)時才靜止。

被(bei)平(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)放在(zai)(zai)(zai)用靜(jing)壓軸承支(zhi)(zhi)(zhi)承的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)座上，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)(zhi)(zhi)座的(de)(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)(fan)射鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)時，由光源射出(chu)的(de)(de)光束(shu)經此反(fan)(fan)射鏡反(fan)(fan)射后，投射在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)指示(shi)器的(de)(de)極坐標(biao)原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支(zhi)(zhi)(zhi)座在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)重力矩作用下(xia)發生傾斜，支(zhi)(zhi)(zhi)座下(xia)的(de)(de)反(fan)(fan)射鏡也隨之傾斜并使反(fan)(fan)射出(chu)的(de)(de)光束(shu)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)，這樣光束(shu)投在(zai)(zai)(zai)極坐標(biao)指示(shi)器上的(de)(de)光點便(bian)離開原點。根據這個(ge)光點偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)坐標(biao)位(wei)置(zhi)，可以得到不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)大小和位(wei)置(zhi)。

重(zhong)力式平(ping)衡(heng)機僅適用(yong)于(yu)某些平(ping)衡(heng)要(yao)(yao)求不高的(de)盤狀零件(jian)。對于(yu)平(ping)衡(heng)要(yao)(yao)求高的(de)轉子，一般采用(yong)離心式單面或雙(shuang)面平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是在轉子(zi)旋轉的狀態(tai)下，根(gen)據轉子(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)引起的支承(cheng)振(zhen)(zhen)動(dong)，或作用于支承(cheng)的振(zhen)(zhen)動(dong)力來測(ce)量(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的不(bu)同，可分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和(he)(he)雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)只能測(ce)量(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng))，它(ta)雖然是在轉子(zi)旋轉時(shi)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)(liang)，但仍(reng)屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)能測(ce)量(liang)(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，也能分別(bie)測(ce)量(liang)(liang)靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)和(he)(he)偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。

離心(xin)力式平衡(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特(te)性不(bu)同，又(you)可(ke)分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)。平衡(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)(de)稱(cheng)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)。這種(zhong)平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)小，傳(chuan)感器檢測(ce)出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位移成正(zheng)比(bi)。平衡(heng)(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)(de)稱(cheng)為硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)，這種(zhong)平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)大，傳(chuan)感器檢測(ce)出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力成正(zheng)比(bi)。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性能用最小可達(da)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)減少率(lv)兩(liang)項綜合指(zhi)標(biao)表示(shi)。前者(zhe)是(shi)(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉子達(da)到(dao)的(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最小值，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更高(gao)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)標(biao)；后者(zhe)是(shi)(shi)經過一次校正后所減少的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始(shi)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)之(zhi)比，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)效(xiao)率(lv)的(de)指(zhi)標(biao)，一般用百分數表示(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(sheng)產的需(xu)要，對特定的轉子能自動完成平(ping)衡測量和(he)平(ping)衡校正的自動平(ping)衡機，以(yi)及平(ping)衡自動線，現代已大量的裝備在汽(qi)車(che)制(zhi)造、電機制(zhi)造等工業部門。

二(er). 平衡機常(chang)用(yong)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(xuan)轉機械(xie)正(zheng)常(chang)工作所允許的轉子(zi)剩余不平衡(heng)(heng)(heng)量。該(gai)指標用(yong)不平衡(heng)(heng)(heng)度(du)表示時，稱(cheng)為許用(yong)不平衡(heng)(heng)(heng)度(du)（亦(yi)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(ping)面(mian)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣程度(du)的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子(zi)平衡品質，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 

         單位：gmm/kg或(huo)μm

11. 最小可達剩余不平衡(heng)量（Umar）

最小可達剩(sheng)余不平衡(heng)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(ping)衡量減(jian)少率（URR）

經過一次平衡(heng)(heng)校(xiao)正(zheng)所減少的(de)不平衡(heng)(heng)量與初始(shi)不平衡(heng)(heng)量之比值。它是衡(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)機效率的(de)性能指標，以百分數表示：

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

U2－一次平(ping)衡(heng)校正(zheng)后的剩余不平(ping)衡(heng)量

13. 不平衡力偶干擾比

單面平(ping)衡(heng)機抑止不(bu)平(ping)衡(heng)力偶(ou)影響的性能(neng)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(yan)平衡機性(xing)能而(er)設計(ji)的剛性(xing)轉(zhuan)子。其質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)、大(da)小、尺寸均有規(gui)定，分(fen)立(li)式和臥(wo)式兩種。立(li)式轉(zhuan)子質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉(zhuan)子質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機從原理方面可以分為(wei)硬(ying)(ying)支(zhi)承(cheng)平衡機、軟支(zhi)承(cheng)平衡機、半硬(ying)(ying)支(zhi)承(cheng)平衡機。

1. 硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)(ji)是平衡(heng)轉速遠低于(yu)參振系統共振頻率的平衡(heng)機(ji)(ji)。平衡(heng)校驗時，支(zhi)承(cheng)擺架(jia)相對處于(yu)“硬”狀態(tai)，因此轉子(zi)可以在接近實際軸(zhou)承(cheng)條件下進行平衡(heng)校正。具有操作簡(jian)便(bian)、安(an)全性能好的特點。

2. 軟支承平(ping)衡機是(shi)平(ping)衡轉速大于(yu)(yu)參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率的(de)平(ping)衡機。平(ping)衡校驗(yan)時，支承擺架相對處于(yu)(yu)“軟”狀態，因此轉子校驗(yan)平(ping)衡時。支承條件(jian)與(yu)實際軸承工作條件(jian)不同(tong)。具有測量精度(du)高(gao)的(de)特點(dian)。

3. 半硬支承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速在0.3~0.5倍(bei)參振系(xi)統共振頻(pin)率之間的平(ping)衡(heng)機。同時具有(you)有(you)硬支承平(ping)衡(heng)機支承剛度(du)高的特點(dian)，又有(you)軟支承平(ping)衡(heng)機精度(du)高的優點(dian)。

平衡(heng)(heng)機(ji)從(cong)應用(yong)(yong)方面分(fen)可分(fen)為立(li)式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)和臥式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)；專(zhuan)用(yong)(yong)平衡(heng)(heng)機(ji)和通(tong)用(yong)(yong)平衡(heng)(heng)機(ji)。

臥式平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子的(de)(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)上呈(cheng)水平(ping)(ping)狀態(tai)的(de)(de)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)。適用(yong)于有轉(zhuan)軸(zhou)或(huo)可裝(zhuang)配工藝軸(zhou)的(de)(de)轉(zhuan)子，如機(ji)(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾(gun)筒(tong)、風機(ji)(ji)(ji)、增壓器(qi)、電機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)(ji)等等。

立式平衡(heng)(heng)機(ji)是被平衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平衡(heng)(heng)機(ji)上(shang)呈垂直(zhi)狀態下(xia)的(de)平衡(heng)(heng)機(ji)。適用于轉(zhuan)(zhuan)子本身不具轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)的(de)盤(pan)狀工件(jian)如(ru)離合(he)器(qi)、齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)、風(feng)扇、壓(ya)盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風(feng)葉、水(shui)泵葉輪(lun)(lun)(lun)(lun)、汽車(che)飛輪(lun)(lun)(lun)(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)(lun)(lun)(lun)、砂(sha)輪(lun)(lun)(lun)(lun)等(deng)盤(pan)類(lei)零件(jian)。

通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)指能對形(xing)狀和(he)支承形(xing)式比較規則的轉(zhuan)子進(jin)行動(dong)平(ping)衡(heng)(heng)的平(ping)衡(heng)(heng)機。通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)機操(cao)作簡單，效率也較高。

專用(yong)平(ping)衡機(ji)是(shi)能(neng)對(dui)支承形式和外(wai)觀與一(yi)般轉子(zi)不同的轉子(zi)進(jin)行平(ping)衡的平(ping)衡機(ji)，例如特別針對(dui)發動(dong)機(ji)的曲軸，汽(qi)車的傳動(dong)軸進(jin)行設計的平(ping)衡機(ji)。功能(neng)專一(yi)。  

四. 動平(ping)衡加工的(de)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(zai)不平衡方向(xiang)去處一定的重(zhong)量。常用的方式有：鏜削(xue)(xue)(xue)、鉆(zhan)孔(kong)、鑿削(xue)(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到(dao)技術的(de)(de)先進性和經(jing)濟上的(de)(de)合理性，國(guo)際標準化組織(ISO)于(yu)1940年制(zhi)定了世界公(gong)認的(de)(de)ISO1940平衡等(deng)(deng)級(ji)(ji)，它將轉子平衡等(deng)(deng)級(ji)(ji)分為11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間(jian)以2.5倍為增量，從要求更(geng)(geng)高的(de)(de)G0.4到(dao)要求更(geng)(geng)低的(de)(de)G4000。單位為公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉子軸心的(de)(de)偏心距離。