平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量(liang)旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不平(ping)衡量(liang)大小和位置的機器。

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。靜海電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)、機床(chuang)主軸、內燃機曲軸、汽(qi)輪(lun)(lun)機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)和(he)鐘(zhong)表擺輪(lun)(lun)等(deng)旋轉(zhuan)(zhuan)零部件在制造過(guo)(guo)程中，都需(xu)要(yao)經過(guo)(guo)平衡才(cai)能平穩正常(chang)地(di)運轉(zhuan)(zhuan)。

根據(ju)平衡機測出的(de)(de)數(shu)據(ju)對轉(zhuan)子的(de)(de)不平衡量進行校正(zheng)，可(ke)改善轉(zhuan)子相(xiang)對于(yu)軸線的(de)(de)質量分布，使(shi)轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時產生(sheng)的(de)(de)振動(dong)或作用于(yu)軸承上(shang)的(de)(de)振動(dong)力減(jian)少到允許(xu)的(de)(de)范圍(wei)之內。因此，平衡機是(shi)減(jian)小振動(dong)、改善性能和提(ti)高質量的(de)(de)必不可(ke)少的(de)(de)設備(bei)。

通常，轉子的平衡包(bao)括不平衡量(liang)的測量(liang)和校(xiao)正(zheng)兩個步驟，平衡機(ji)(ji)主要用(yong)于不平衡量(liang)的測量(liang)，而不平衡量(liang)的校(xiao)正(zheng)則(ze)往往借(jie)助于鉆床、銑(xian)床和點焊機(ji)(ji)等其(qi)他輔助設(she)備，或(huo)用(yong)手工方法完成。有些平衡機(ji)(ji)已將校(xiao)正(zheng)裝置做成為平衡機(ji)(ji)的一個部分。

重(zhong)力式平衡機(ji)(ji)和離心力式平衡機(ji)(ji)是兩類(lei)典型的平衡機(ji)(ji)。

1. 重力(li)式平衡(heng)機(ji)一(yi)般稱為靜(jing)平衡(heng)機(ji)。

它(ta)是(shi)依賴轉子自身的重力作用來測量靜不平衡的。

置(zhi)于(yu)兩根水平導軌上的(de)轉子如有不平衡量(liang)，則(ze)它對軸(zhou)線的(de)重力矩使轉子在(zai)導軌上滾動，直至這個不平衡量(liang)處于(yu)更低位(wei)置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)(heng)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)放在(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)上(shang)，在(zai)支(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)的(de)下面嵌裝一片(pian)反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)。當(dang)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不存在(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)經此反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)反(fan)射(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)在(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)指示(shi)器的(de)極坐標原點(dian)。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)存在(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)在(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)重(zhong)力(li)矩作用下發生(sheng)傾斜，支(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)下的(de)反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)也隨之傾斜并使反(fan)射(she)(she)(she)出的(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)(zhuan)，這樣(yang)光(guang)束(shu)投在(zai)極坐標指示(shi)器上(shang)的(de)光(guang)點(dian)便(bian)離開(kai)原點(dian)。根(gen)據這個光(guang)點(dian)偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)坐標位置(zhi)，可以得到不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)大小和位置(zhi)。

重力式平衡(heng)機僅適用于(yu)某些(xie)平衡(heng)要求(qiu)不高的盤(pan)狀零件。對于(yu)平衡(heng)要求(qiu)高的轉子，一般采用離心式單面或雙面平衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在(zai)轉子(zi)(zi)旋轉的狀態下，根據轉子(zi)(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承振動(dong)，或作用于(yu)支承的振動(dong)力來測(ce)(ce)量不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)(ping)面數量的不(bu)(bu)同，可分(fen)(fen)為(wei)(wei)單面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測(ce)(ce)量一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)面上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉子(zi)(zi)旋轉時進行(xing)測(ce)(ce)量，但仍(reng)屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測(ce)(ce)量動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分(fen)(fen)別測(ce)(ce)量靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為(wei)(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力(li)式平(ping)衡機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)和(he)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)。平(ping)衡轉(zhuan)速(su)高(gao)于轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)(gu)有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱(cheng)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)。這種平(ping)衡機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小(xiao)，傳感(gan)器(qi)檢測出的(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位(wei)移成正比。平(ping)衡轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)(gu)有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱(cheng)為硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機(ji)(ji)，這種平(ping)衡機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大(da)，傳感(gan)器(qi)檢測出的(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力(li)成正比。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主要性能(neng)(neng)用最小(xiao)可達(da)剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減(jian)少率(lv)兩項綜合指標表(biao)示。前(qian)者是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)(neng)使轉子達(da)到的(de)(de)剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)最小(xiao)值，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更(geng)高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)(neng)力的(de)(de)指標；后者是經過一次校(xiao)正后所減(jian)少的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)效率(lv)的(de)(de)指標，一般用百分數表(biao)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。
  根據大批量(liang)生產的(de)(de)需(xu)要(yao)，對特定的(de)(de)轉子能自動完(wan)成平(ping)衡測量(liang)和平(ping)衡校正的(de)(de)自動平(ping)衡機(ji)，以及平(ping)衡自動線(xian)，現代已大量(liang)的(de)(de)裝備在汽車制(zhi)造、電機(ji)制(zhi)造等工業部門。

二(er). 平衡機常用術語(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(wei)(wei)保(bao)證旋轉機械(xie)正(zheng)常工作所允許的轉子剩余不平(ping)衡(heng)量。該指標用不平(ping)衡(heng)度(du)表示時，稱為(wei)(wei)許用不平(ping)衡(heng)度(du)（亦稱許用不平(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. 校正平面的干擾（相互(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(heng)量轉子(zi)平衡(heng)優劣程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平衡品質(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. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達(da)剩余不平(ping)衡量（Umar）。單位(wei)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(shao)率（URR）

經過(guo)一次(ci)平(ping)衡(heng)(heng)校正所減(jian)少的不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始(shi)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機效率的性能(neng)指標(biao)，以百分(fen)數表示：

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

U2－一次(ci)平衡校正(zheng)后的剩余(yu)不平衡量

13. 不(bu)平衡力偶干擾(rao)比

單面(mian)平衡(heng)(heng)機抑止(zhi)不(bu)平衡(heng)(heng)力偶影(ying)響的(de)性(xing)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

為校(xiao)驗平(ping)衡機性(xing)能而設(she)計的剛性(xing)轉(zhuan)子(zi)。其質(zhi)量(liang)、大小、尺寸均(jun)有規定(ding)，分立(li)(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)(li)式(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)從(cong)原(yuan)理方面可(ke)以分為硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉速遠低于(yu)參振系統共振頻率(lv)的(de)平(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)衡校(xiao)驗時，支承擺(bai)架(jia)相對處(chu)于(yu)“硬(ying)”狀態，因此(ci)轉子(zi)可以在接近實(shi)際軸承條件(jian)下進行平(ping)(ping)衡校(xiao)正(zheng)。具(ju)有(you)操作(zuo)簡(jian)便、安(an)全性能好的(de)特點(dian)。

2. 軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉速大于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的(de)平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡校驗(yan)時(shi)，支(zhi)承(cheng)擺(bai)架相對處于“軟”狀態(tai)，因此轉子(zi)校驗(yan)平(ping)衡時(shi)。支(zhi)承(cheng)條(tiao)件與(yu)實(shi)際軸(zhou)承(cheng)工(gong)作條(tiao)件不同。具有測量精(jing)度高的(de)特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速在0.3~0.5倍參(can)振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率之(zhi)間的平(ping)(ping)衡(heng)機。同時具有(you)有(you)硬(ying)支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機支(zhi)承剛度高(gao)的特點，又有(you)軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機精度高(gao)的優點。

平(ping)(ping)衡(heng)機從應用方面分可分為立式平(ping)(ping)衡(heng)機和臥式平(ping)(ping)衡(heng)機；專用平(ping)(ping)衡(heng)機和通用平(ping)(ping)衡(heng)機。

臥(wo)式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)被(bei)平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈(cheng)水平(ping)狀態的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或(huo)可裝配工藝軸(zhou)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)(ji)床(chuang)主軸(zhou)、滾筒(tong)、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平衡機(ji)是被平衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在平衡機(ji)上呈垂(chui)直狀態下的平衡機(ji)。適用于轉(zhuan)子本身(shen)不具轉(zhuan)軸的盤狀工件如離合器、齒輪、風扇、壓盤及其總成、制動盤、風葉、水泵(beng)葉輪、汽車飛輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等盤類零件。

通用平(ping)衡機是指(zhi)能對(dui)形(xing)狀和支(zhi)承(cheng)形(xing)式比較(jiao)(jiao)規(gui)則的(de)(de)轉子進(jin)行動平(ping)衡的(de)(de)平(ping)衡機。通用平(ping)衡機操作(zuo)簡單，效率也較(jiao)(jiao)高。

專用平衡(heng)機(ji)(ji)是能對支承形式和外觀與(yu)一般轉子不同(tong)的轉子進行(xing)平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)(ji)，例如特別針對發動機(ji)(ji)的曲軸(zhou)，汽(qi)車(che)的傳(chuan)動軸(zhou)進行(xing)設計的平衡(heng)機(ji)(ji)。功能專一。  

四(si). 動平衡加工的方法

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(ji)在不平衡方(fang)向(xiang)去處一定的重量。常用的方(fang)式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先(xian)進性和經濟上的(de)合理性，國際(ji)標準(zhun)化(hua)組織(zhi)(ISO)于1940年(nian)制定了世界公認的(de)ISO1940平(ping)(ping)衡等級(ji)，它將(jiang)轉子平(ping)(ping)衡等級(ji)分為(wei)(wei)(wei)11個(ge)級(ji)別，每個(ge)級(ji)別間以2.5倍為(wei)(wei)(wei)增(zeng)量，從要(yao)求更(geng)高的(de)G0.4到要(yao)求更(geng)低的(de)G4000。單位為(wei)(wei)(wei)公克×毫米(mi)/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)(ping)衡對(dui)于轉子軸心(xin)的(de)偏心(xin)距離。