平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不平衡量大小和位置的機(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。佳木斯電機轉(zhuan)子、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪機轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表(biao)擺輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部(bu)件在制造過(guo)程中，都需要(yao)經過(guo)平(ping)衡才能平(ping)穩正常地運(yun)轉(zhuan)。

根據平(ping)衡機測出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)子(zi)的(de)不平(ping)衡量(liang)進行校正，可改善轉(zhuan)子(zi)相對(dui)于軸線的(de)質量(liang)分布，使(shi)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)振(zhen)動(dong)或作用于軸承上的(de)振(zhen)動(dong)力減少到允許的(de)范圍之內。因此，平(ping)衡機是減小(xiao)振(zhen)動(dong)、改善性能和提(ti)高(gao)質量(liang)的(de)必(bi)不可少的(de)設備。

通常，轉子的(de)平衡(heng)(heng)(heng)包括不(bu)平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和校(xiao)正兩個步驟，平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)主要用(yong)于(yu)不(bu)平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不(bu)平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)校(xiao)正則(ze)往往借(jie)助(zhu)于(yu)鉆床(chuang)、銑床(chuang)和點焊(han)機(ji)(ji)等其他輔助(zhu)設備(bei)，或用(yong)手工方(fang)法完(wan)成。有(you)些(xie)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)已將校(xiao)正裝置(zhi)做成為平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)一個部分。

重力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和離心(xin)力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是兩類(lei)典型的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重力(li)式(shi)平衡(heng)機一般稱為(wei)靜平衡(heng)機。

它是依(yi)賴轉子自身的重力作用來測量靜不平衡的。

置(zhi)于兩根水平(ping)導(dao)軌上的轉子如有不平(ping)衡量，則它對軸線的重力矩使轉子在導(dao)軌上滾動，直至(zhi)這個(ge)不平(ping)衡量處(chu)于更(geng)低(di)位置(zhi)時(shi)才靜止。

被(bei)平(ping)衡(heng)的(de)轉子放在(zai)用(yong)靜(jing)壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)下(xia)面嵌(qian)裝一片反(fan)(fan)射(she)(she)鏡。當(dang)轉子不存在(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)出(chu)的(de)光(guang)束經(jing)此反(fan)(fan)射(she)(she)鏡反(fan)(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)指示器的(de)極(ji)坐(zuo)標原(yuan)點(dian)。如果轉子存在(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)，則轉子支(zhi)座(zuo)在(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)重力矩(ju)作用(yong)下(xia)發生傾斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡也隨之傾斜(xie)并(bing)使反(fan)(fan)射(she)(she)出(chu)的(de)光(guang)束偏轉，這樣光(guang)束投在(zai)極(ji)坐(zuo)標指示器上(shang)的(de)光(guang)點(dian)便離(li)開(kai)原(yuan)點(dian)。根據這個光(guang)點(dian)偏轉的(de)坐(zuo)標位置(zhi)，可以得到不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)大小和位置(zhi)。

重力(li)式平衡(heng)機(ji)僅適(shi)用于某些平衡(heng)要(yao)求不高的(de)(de)盤狀零件。對于平衡(heng)要(yao)求高的(de)(de)轉子，一般采用離(li)心式單面或雙(shuang)面平衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是在轉子(zi)旋轉的狀態下，根據(ju)轉子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引(yin)起的支(zhi)承振(zhen)動(dong)(dong)，或(huo)作用于(yu)支(zhi)承的振(zhen)動(dong)(dong)力(li)來測量(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其(qi)按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數(shu)量(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可(ke)分(fen)為(wei)單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)只(zhi)能(neng)(neng)測量(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在轉子(zi)旋轉時進(jin)行測量(liang)(liang)，但仍(reng)屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)(neng)測量(liang)(liang)動(dong)(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也(ye)能(neng)(neng)分(fen)別測量(liang)(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一(yi)般稱為(wei)動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心(xin)力式平(ping)(ping)衡機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特(te)性不同，又可分為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)衡轉速高于(yu)轉子一(yi)(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)(de)稱為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)。這種平(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳感器(qi)(qi)檢測出(chu)(chu)的(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動位移成(cheng)正比(bi)。平(ping)(ping)衡轉速低於轉子一(yi)(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)(de)稱為(wei)(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)，這種平(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳感器(qi)(qi)檢測出(chu)(chu)的(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動力成(cheng)正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)性(xing)能(neng)用最小可達剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)減少(shao)率兩項綜(zong)合指(zhi)標(biao)表示(shi)。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)使轉子達到的(de)(de)(de)(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)最小值，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更(geng)高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)(de)(de)指(zhi)標(biao)；后者是(shi)經過(guo)一次校(xiao)正后所減少(shao)的(de)(de)(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率的(de)(de)(de)(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(da)批量(liang)(liang)生產的(de)需要，對特定的(de)轉(zhuan)子(zi)能自動完(wan)成平衡(heng)(heng)測量(liang)(liang)和平衡(heng)(heng)校正的(de)自動平衡(heng)(heng)機，以及平衡(heng)(heng)自動線，現(xian)代已大(da)量(liang)(liang)的(de)裝備在汽車制(zhi)造(zao)、電機制(zhi)造(zao)等工業部門(men)。

二. 平衡機常用術語解釋

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(zheng)旋轉機械正常工作(zuo)所允許的轉子剩余(yu)不(bu)(bu)平衡量。該指標用(yong)不(bu)(bu)平衡度(du)(du)表示時(shi)，稱為(wei)許用(yong)不(bu)(bu)平衡度(du)(du)（亦稱許用(yong)不(bu)(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(xiao)正平面(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

衡量轉子平衡優(you)劣程度的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)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(ke)達剩余(yu)不平衡量（Umar）

最小可(ke)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(ping)衡(heng)量減少率(lv)（URR）

經過(guo)一(yi)次平衡(heng)(heng)校正所減少(shao)的不平衡(heng)(heng)量與初始不平衡(heng)(heng)量之比值。它是衡(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)機效率的性能(neng)指標，以百(bai)分數表示：

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

U2－一次平(ping)衡校正后(hou)的剩余不平(ping)衡量

13. 不(bu)平(ping)衡力偶干擾比

單面平(ping)衡機抑止(zhi)不平(ping)衡力偶(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)校驗平衡(heng)機性(xing)能而設計的剛性(xing)轉(zhuan)子(zi)。其(qi)質(zhi)量、大小(xiao)、尺寸均有規定，分立式(shi)和臥(wo)式(shi)兩種。立式(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機從原理方面可以分(fen)為硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)機、軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)機、半(ban)硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)機。

1. 硬支承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)是平衡(heng)(heng)轉速遠低(di)于(yu)參振系統(tong)共振頻率的平衡(heng)(heng)機(ji)。平衡(heng)(heng)校驗時，支承(cheng)(cheng)(cheng)擺架相對處(chu)于(yu)“硬”狀(zhuang)態，因此轉子可(ke)以在接近實際軸承(cheng)(cheng)(cheng)條(tiao)件下(xia)進行平衡(heng)(heng)校正。具有操(cao)作(zuo)簡(jian)便、安全性能好的特點(dian)。

2. 軟支承(cheng)平(ping)衡機是平(ping)衡轉速大于(yu)參振系統共振頻(pin)率的平(ping)衡機。平(ping)衡校驗時(shi)，支承(cheng)擺(bai)架相對處于(yu)“軟”狀態，因此(ci)轉子(zi)校驗平(ping)衡時(shi)。支承(cheng)條(tiao)件與實際(ji)軸承(cheng)工作條(tiao)件不同。具有測量精(jing)度高的特點(dian)。

3. 半硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速在(zai)0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)機。同時具(ju)有(you)有(you)硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機支(zhi)承剛度高(gao)的(de)特點，又有(you)軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)機精度高(gao)的(de)優點。

平(ping)衡機從應用(yong)方面(mian)分可分為立(li)式(shi)平(ping)衡機和臥(wo)式(shi)平(ping)衡機；專用(yong)平(ping)衡機和通用(yong)平(ping)衡機。

臥式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上(shang)呈水平(ping)狀態的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用(yong)于有(you)轉(zhuan)軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)子(zi)，如(ru)機(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾(gun)筒、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。

立式平(ping)衡(heng)機是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機上呈垂直狀態下的平(ping)衡(heng)機。適用于(yu)轉(zhuan)子(zi)本身不(bu)具轉(zhuan)軸(zhou)的盤(pan)狀工件(jian)(jian)如離合器、齒(chi)輪、風(feng)扇、壓盤(pan)及其總(zong)成、制動盤(pan)、風(feng)葉、水泵葉輪、汽車(che)飛輪、剎(cha)車(che)轂、皮帶輪、砂輪等盤(pan)類零件(jian)(jian)。

通用(yong)平衡機是(shi)指能(neng)對(dui)形狀和支承(cheng)形式比較規則的轉子進行動(dong)平衡的平衡機。通用(yong)平衡機操作簡單(dan)，效率也(ye)較高(gao)。

專(zhuan)用平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)是(shi)能(neng)對支承形式和外觀與(yu)一般轉(zhuan)子不(bu)同的轉(zhuan)子進行平(ping)(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)，例如(ru)特別(bie)針(zhen)對發動機(ji)的曲軸，汽車的傳動軸進行設(she)計的平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。功能(neng)專(zhuan)一。  

四. 動(dong)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(chu)一(yi)定的重(zhong)量(liang)。常用的方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shu)的(de)先進性和(he)經濟(ji)上的(de)合理性，國際(ji)標準(zhun)化(hua)組(zu)織(ISO)于1940年制(zhi)定了世(shi)界公(gong)認的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等級(ji)，它將轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡(heng)等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別，每個級(ji)別間以2.5倍(bei)為(wei)增量(liang)，從要求更(geng)高(gao)的(de)G0.4到要求更(geng)低的(de)G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表(biao)不平(ping)衡(heng)對于轉(zhuan)子(zi)軸(zhou)心(xin)的(de)偏心(xin)距離。