平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是(shi)測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子(zi))不(bu)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。濟南電機轉(zhuan)子、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪機轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺(bai)輪等旋轉(zhuan)零部(bu)件在制造(zao)過程中，都(dou)需要經(jing)過平衡才能平穩正(zheng)常地運轉(zhuan)。

根據平衡(heng)機(ji)測出的(de)(de)數據對轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)不(bu)平衡(heng)量(liang)進(jin)行校(xiao)正，可(ke)改善轉(zhuan)子(zi)相對于軸線(xian)的(de)(de)質量(liang)分布，使轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時(shi)產生的(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用(yong)于軸承(cheng)上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力減少到允許的(de)(de)范(fan)圍之內。因此，平衡(heng)機(ji)是(shi)減小振(zhen)動(dong)、改善性(xing)能和提高質量(liang)的(de)(de)必不(bu)可(ke)少的(de)(de)設備。

通常，轉子的(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)包括(kuo)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)和校(xiao)正兩個(ge)步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)主(zhu)要用于不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)，而不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)校(xiao)正則往往借助于鉆床、銑床和點(dian)焊(han)機(ji)等其他輔助設(she)備，或(huo)用手工方(fang)法完成。有些(xie)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)已將校(xiao)正裝置做成為(wei)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)一個(ge)部分。

重力式(shi)平(ping)衡(heng)機和(he)離心力式(shi)平(ping)衡(heng)機是兩類典型的(de)平(ping)衡(heng)機。

1. 重力式平(ping)衡機(ji)(ji)一般(ban)稱(cheng)為靜平(ping)衡機(ji)(ji)。

它(ta)是依賴轉子自身的重力(li)作用來(lai)測量(liang)靜不平衡(heng)的。

置(zhi)于(yu)(yu)兩根水平導軌上的(de)轉(zhuan)子(zi)如有不平衡量(liang)，則它對軸線的(de)重力矩使轉(zhuan)子(zi)在導軌上滾動，直至這個不平衡量(liang)處于(yu)(yu)更(geng)低位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在用(yong)靜壓軸承支(zhi)承的(de)(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)(de)下面嵌裝一片反(fan)射(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)不存在不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)時，由(you)光(guang)源射(she)出的(de)(de)(de)(de)光(guang)束經此反(fan)射(she)鏡反(fan)射(she)后，投射(she)在不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)指示器的(de)(de)(de)(de)極坐(zuo)標原點。如果轉(zhuan)子(zi)存在不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)在不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)重力矩(ju)作用(yong)下發生傾斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)(de)反(fan)射(she)鏡也隨(sui)之傾斜(xie)并使(shi)反(fan)射(she)出的(de)(de)(de)(de)光(guang)束偏轉(zhuan)，這樣光(guang)束投在極坐(zuo)標指示器上(shang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)點便離開原點。根據(ju)這個光(guang)點偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)坐(zuo)標位置，可(ke)以得到(dao)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)大(da)小和位置。

重力(li)式(shi)平(ping)(ping)衡機僅適用于(yu)某些平(ping)(ping)衡要求(qiu)不(bu)高(gao)的盤狀零件。對于(yu)平(ping)(ping)衡要求(qiu)高(gao)的轉子，一般采用離心式(shi)單面(mian)或雙面(mian)平(ping)(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機是在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)的狀態下，根據轉(zhuan)(zhuan)子不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支(zhi)(zhi)承振動(dong)，或(huo)作用于(yu)支(zhi)(zhi)承的振動(dong)力來測量不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)面(mian)數(shu)量的不同，可分為單(dan)(dan)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機和雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。單(dan)(dan)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機只(zhi)能測量一個平(ping)(ping)面(mian)上(shang)的不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時進行測量，但仍屬于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能測量動(dong)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測量靜(jing)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力(li)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可分(fen)為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)高(gao)于轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有(you)頻率的(de)稱為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。這種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳感器(qi)檢測出(chu)的(de)信號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振動位移成正比。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)低於轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有(you)頻率的(de)稱為(wei)(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)，這種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳感器(qi)檢測出(chu)的(de)信號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振動力(li)成正比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性(xing)能(neng)用(yong)最(zui)(zui)小可達(da)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減(jian)少率兩項(xiang)綜合指標表(biao)示(shi)。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)使轉子達(da)到(dao)的(de)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最(zui)(zui)小值，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更(geng)高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)力的(de)指標；后(hou)(hou)者(zhe)是經過(guo)一(yi)次校正后(hou)(hou)所減(jian)少的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之比(bi)，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)指標，一(yi)般用(yong)百分數表(biao)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。
  根據大批量生產的需要，對特定的轉子能自(zi)動完成平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)測量和平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)正的自(zi)動平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機，以及平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)自(zi)動線，現代已大量的裝備在汽車制(zhi)造、電機制(zhi)造等(deng)工業部門。

二. 平衡機常用術(shu)語解(jie)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(zheng)常工(gong)作所允(yun)許的轉子剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)量。該(gai)指標(biao)用(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)度表示時，稱為許用(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)度（亦稱許用(yong)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(zheng)平(ping)面的干擾（相(xiang)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：G－轉子平衡品(pin)質(zhi)，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(zui)小可達剩(sheng)余不(bu)平衡量（Umar）

最(zui)小(xiao)可達剩(sheng)余不平衡(heng)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. 不平衡量減少率（URR）

經過一次平(ping)衡校正所減少的(de)不平(ping)衡量與初始不平(ping)衡量之比值。它(ta)是衡量平(ping)衡機效(xiao)率的(de)性能指標(biao)，以百分數表示：

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

U2－一次(ci)平衡(heng)校正(zheng)后的剩余不平衡(heng)量

13. 不平衡(heng)力偶干擾比

單面平衡(heng)機(ji)抑止不平衡(heng)力偶影響的性能指標(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(wei)校驗平衡機性能而(er)設計的(de)剛性轉(zhuan)子(zi)。其(qi)質(zhi)量、大小、尺(chi)寸均(jun)有規定，分立式(shi)(shi)和臥式(shi)(shi)兩種(zhong)。立式(shi)(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(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(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)從原理方(fang)面可以分為(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬(ying)支承平衡(heng)(heng)機是平衡(heng)(heng)轉速遠低于參振(zhen)系(xi)統共(gong)振(zhen)頻率的平衡(heng)(heng)機。平衡(heng)(heng)校(xiao)驗(yan)時，支承擺架相對處于“硬(ying)”狀態，因此轉子可(ke)以在接近實際軸(zhou)承條件下進行平衡(heng)(heng)校(xiao)正。具有(you)操作(zuo)簡(jian)便(bian)、安全(quan)性能好的特點(dian)。

2. 軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)速(su)大于(yu)參振系統共(gong)振頻率的平(ping)(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)(ping)衡校(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)(cheng)擺(bai)架相對處于(yu)“軟(ruan)”狀態，因此(ci)轉(zhuan)子校(xiao)驗平(ping)(ping)(ping)衡時。支(zhi)承(cheng)(cheng)條(tiao)件與實際軸承(cheng)(cheng)工(gong)作條(tiao)件不同。具有測量精(jing)度高的特點。

3. 半(ban)硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍(bei)參振系(xi)統共振頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。同時具有(you)有(you)硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機支(zhi)承剛度高(gao)的(de)特點，又有(you)軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機精度高(gao)的(de)優點。

平衡機(ji)(ji)(ji)從應用(yong)方面分(fen)(fen)可分(fen)(fen)為(wei)立式平衡機(ji)(ji)(ji)和臥式平衡機(ji)(ji)(ji)；專用(yong)平衡機(ji)(ji)(ji)和通用(yong)平衡機(ji)(ji)(ji)。

臥(wo)式平(ping)(ping)衡(heng)機是被平(ping)(ping)衡(heng)轉子(zi)的(de)旋(xuan)轉軸在(zai)平(ping)(ping)衡(heng)機上呈水平(ping)(ping)狀態的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。適用于有轉軸或可裝配工藝(yi)軸的(de)轉子(zi)，如機床(chuang)主軸、滾(gun)筒、風機、增(zeng)壓器、電機轉子(zi)、汽輪機等(deng)(deng)等(deng)(deng)。

立(li)式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)在(zai)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈垂直(zhi)狀(zhuang)態下(xia)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。適(shi)用(yong)于轉(zhuan)(zhuan)子本(ben)身(shen)不具(ju)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)的(de)盤狀(zhuang)工件(jian)如離合(he)器、齒(chi)輪(lun)、風扇、壓盤及(ji)其總成(cheng)、制(zhi)動盤、風葉、水泵(beng)葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎(cha)車轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類(lei)零件(jian)。

通(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)指能對形狀和支承(cheng)形式比較(jiao)規則的轉子進行動(dong)平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡單，效(xiao)率也較(jiao)高。

專(zhuan)用平衡機(ji)(ji)(ji)是能對支承(cheng)形式和(he)外觀與一般轉子不同的(de)轉子進行(xing)平衡的(de)平衡機(ji)(ji)(ji)，例如特別針對發動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)曲軸，汽車的(de)傳動(dong)(dong)軸進行(xing)設計的(de)平衡機(ji)(ji)(ji)。功能專(zhuan)一。  

四. 動平(ping)衡加工(gong)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

即在(zai)不平衡方向(xiang)去處一定的重量。常用(yong)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(kao)慮到技術(shu)的(de)先進性和經濟上的(de)合(he)理性，國際標準化組織(ISO)于1940年制定了世(shi)界(jie)公(gong)認的(de)ISO1940平衡等(deng)級(ji)，它將轉(zhuan)子(zi)平衡等(deng)級(ji)分(fen)為11個級(ji)別(bie)，每個級(ji)別(bie)間以(yi)2.5倍為增(zeng)量(liang)，從要(yao)求更(geng)高的(de)G0.4到要(yao)求更(geng)低的(de)G4000。單位為公(gong)克×毫米(mi)/公(gong)斤(gmm/kg)，代(dai)表不平衡對于轉(zhuan)子(zi)軸心的(de)偏心距(ju)離(li)。