平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是(shi)測量旋(xuan)轉物體(轉子)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。吉林電機轉(zhuan)(zhuan)子、機床(chuang)主軸、內燃機曲軸、汽輪(lun)機轉(zhuan)(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表擺(bai)輪(lun)等(deng)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)零(ling)部件(jian)在制(zhi)造過(guo)程(cheng)中(zhong)，都需要經(jing)過(guo)平衡才能平穩正常地運(yun)轉(zhuan)(zhuan)。

根據平衡機測出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)不(bu)(bu)平衡量進行校正(zheng)，可改(gai)(gai)善轉(zhuan)(zhuan)子相對(dui)于(yu)軸(zhou)線(xian)的(de)質(zhi)量分(fen)布，使轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)振動(dong)(dong)或作用于(yu)軸(zhou)承(cheng)上的(de)振動(dong)(dong)力減少到允許(xu)的(de)范(fan)圍之內。因此(ci)，平衡機是減小振動(dong)(dong)、改(gai)(gai)善性能和提高質(zhi)量的(de)必不(bu)(bu)可少的(de)設備。

通常，轉子的平(ping)衡(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)量的測量和(he)校(xiao)正(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)衡(heng)機主要用(yong)于(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)量的測量，而(er)不(bu)平(ping)衡(heng)量的校(xiao)正(zheng)則往往借(jie)助(zhu)于(yu)鉆床、銑床和(he)點焊機等其他(ta)輔(fu)助(zhu)設備(bei)，或用(yong)手工方法完(wan)成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)機已將校(xiao)正(zheng)裝置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)機的一個(ge)部分(fen)。

重力(li)(li)式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)和(he)離心(xin)力(li)(li)式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)兩類典型的平(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重力式平衡(heng)機一般稱為靜平衡(heng)機。

它(ta)是依賴(lai)轉(zhuan)子自身的重力(li)作用(yong)來測(ce)量靜不平衡的。

置(zhi)于兩根(gen)水平導(dao)軌上的(de)轉子如有(you)不平衡(heng)量，則它對軸線的(de)重力(li)矩(ju)使(shi)轉子在導(dao)軌上滾動(dong)，直至(zhi)這個不平衡(heng)量處于更(geng)低位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)轉子(zi)放在(zai)(zai)(zai)用靜壓(ya)軸(zhou)承支(zhi)承的(de)(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)下面(mian)嵌裝一片反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡。當轉子(zi)不存在(zai)(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)時，由(you)光(guang)(guang)源(yuan)射(she)(she)(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)束經此(ci)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡反(fan)(fan)射(she)(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)(she)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)指(zhi)(zhi)示(shi)器的(de)(de)極(ji)坐(zuo)標原點。如果轉子(zi)存在(zai)(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，則轉子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)重力矩作用下發生傾斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡也隨之傾斜(xie)并使(shi)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)束偏(pian)轉，這(zhe)樣(yang)光(guang)(guang)束投(tou)在(zai)(zai)(zai)極(ji)坐(zuo)標指(zhi)(zhi)示(shi)器上(shang)的(de)(de)光(guang)(guang)點便離開原點。根(gen)據這(zhe)個(ge)光(guang)(guang)點偏(pian)轉的(de)(de)坐(zuo)標位(wei)置，可以得(de)到(dao)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)大(da)小和位(wei)置。

重(zhong)力式平(ping)(ping)衡機僅適用(yong)于(yu)某(mou)些平(ping)(ping)衡要求不(bu)高(gao)的盤狀零(ling)件。對于(yu)平(ping)(ping)衡要求高(gao)的轉子，一般采用(yong)離心式單面或雙面平(ping)(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是在轉子(zi)(zi)旋轉的狀(zhuang)態下，根據轉子(zi)(zi)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的支(zhi)承振動(dong)，或作用(yong)于(yu)支(zhi)承的振動(dong)力來測(ce)量不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)面數量的不(bu)同，可分為單(dan)面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和雙面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)量一個平(ping)(ping)面上的不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在轉子(zi)(zi)旋轉時進(jin)行測(ce)量，但(dan)仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能測(ce)量動(dong)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分別測(ce)量靜不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離心力式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性(xing)不同，又可(ke)分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)固(gu)有頻(pin)率的稱為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度(du)小，傳感(gan)器(qi)檢測出(chu)的信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的振動位(wei)移成正比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)固(gu)有頻(pin)率的稱為硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度(du)大(da)，傳感(gan)器(qi)檢測出(chu)的信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的振動力成正比(bi)。

平衡(heng)(heng)(heng)機的(de)主要(yao)性(xing)能用(yong)最小可達剩余不平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)減少率兩項綜(zong)合指標表示(shi)(shi)。前者是平衡(heng)(heng)(heng)機能使轉子(zi)達到的(de)剩余不平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最小值，它是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)(heng)機更高平衡(heng)(heng)(heng)能力(li)的(de)指標；后者是經過一次校正(zheng)后所減少的(de)不平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)之(zhi)比，它是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)(heng)效率的(de)指標，一般用(yong)百分數表示(shi)(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(liang)(liang)生產的(de)需要，對(dui)特定的(de)轉子(zi)能自動完成平衡測量(liang)(liang)和平衡校正的(de)自動平衡機，以及平衡自動線，現代已大量(liang)(liang)的(de)裝備(bei)在汽(qi)車制造、電機制造等工業部門(men)。

二(er). 平衡機常用(yong)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(suo)允許的(de)轉子剩余不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)。該指標(biao)用(yong)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)度表(biao)示時，稱為許用(yong)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)度（亦稱許用(yong)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)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)正平面的(de)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(de)指標。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉子(zi)平衡(heng)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最(zui)小(xiao)可達剩余(yu)不平(ping)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. 不平衡量減少率（URR）

經過(guo)一次平衡(heng)(heng)校正所(suo)減少的不(bu)平衡(heng)(heng)量與初始不(bu)平衡(heng)(heng)量之比(bi)值(zhi)。它是(shi)衡(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)機效率的性能指標，以百分數表示(shi)：

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

U2－一次(ci)平衡校(xiao)正后的剩余不(bu)平衡量

13. 不平衡(heng)力偶干擾(rao)比

單面平衡機抑止不(bu)平衡力偶影(ying)響(xiang)的(de)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

為校(xiao)驗平衡機性(xing)能(neng)而設(she)計的(de)剛性(xing)轉(zhuan)子(zi)。其質(zhi)(zhi)量、大小、尺寸均有規定，分立式和(he)臥式兩(liang)種。立式轉(zhuan)子(zi)質(zhi)(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子(zi)質(zhi)(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從原理方(fang)面(mian)可以(yi)分(fen)為硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟(ruan)支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支承平衡機(ji)是平衡轉速遠(yuan)低于參振系統共振頻率的(de)平衡機(ji)。平衡校驗時，支承擺架相對處于“硬(ying)”狀(zhuang)態，因此轉子可以在接近實際(ji)軸(zhou)承條件下進(jin)行平衡校正(zheng)。具有操作簡便、安全性能好(hao)的(de)特點(dian)。

2. 軟支(zhi)承平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉(zhuan)速(su)大于參振系統共(gong)振頻率的(de)平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承擺架(jia)相(xiang)對處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校(xiao)驗(yan)平(ping)衡時。支(zhi)承條(tiao)件與實際軸承工作條(tiao)件不同。具有(you)測量精(jing)度高的(de)特點。

3. 半(ban)硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)是平(ping)(ping)衡轉速在0.3~0.5倍(bei)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。同時(shi)具(ju)有有硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)支承(cheng)剛度(du)高的(de)特點，又有軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)精度(du)高的(de)優點。

平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)從(cong)應用方面分可分為立式平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)和臥式平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)；專用平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)和通用平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。

臥式平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子(zi)(zi)的(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)上呈水(shui)平(ping)(ping)狀態(tai)的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)(ji)。適(shi)用于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)或(huo)可裝配工(gong)藝軸(zhou)(zhou)的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)，如機(ji)(ji)(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)、汽輪機(ji)(ji)(ji)等等。

立式平(ping)衡(heng)(heng)機是被平(ping)衡(heng)(heng)轉子的(de)旋轉軸(zhou)在平(ping)衡(heng)(heng)機上呈垂直狀態(tai)下的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。適用于轉子本身不(bu)具轉軸(zhou)的(de)盤(pan)狀工件如(ru)離合器、齒(chi)輪、風扇、壓盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪、汽(qi)車飛輪、剎(cha)車轂、皮(pi)帶輪、砂輪等(deng)盤(pan)類零(ling)件。

通用平衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)指能對形狀(zhuang)和支承(cheng)形式(shi)比(bi)較規(gui)則的(de)轉(zhuan)子進行動平衡(heng)的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)。通用平衡(heng)機(ji)(ji)操作簡單，效率也較高。

專用平(ping)衡機(ji)是能(neng)對支承形(xing)式(shi)和外觀與一般轉子不同的轉子進行(xing)平(ping)衡的平(ping)衡機(ji)，例如特別(bie)針(zhen)對發動(dong)機(ji)的曲軸(zhou)，汽車的傳動(dong)軸(zhou)進行(xing)設計的平(ping)衡機(ji)。功能(neng)專一。  

四. 動平衡加工的方法(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(ji)在不平衡方向去(qu)處一定(ding)的(de)重量。常用(yong)的(de)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

考慮到技術的先進性和經濟上的合(he)理性，國(guo)際標準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了(le)世界(jie)公認(ren)的ISO1940平(ping)衡等(deng)級，它將(jiang)轉子平(ping)衡等(deng)級分為(wei)11個級別(bie)，每個級別(bie)間以2.5倍為(wei)增量，從(cong)要求(qiu)(qiu)更高的G0.4到要求(qiu)(qiu)更低(di)的G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于(yu)轉子軸(zhou)心的偏心距離。