平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機(ji)是測(ce)量(liang)旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不(bu)平(ping)衡量(liang)大小和位置的(de)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。濟寧電機轉子(zi)、機(ji)(ji)床主軸、內燃機(ji)(ji)曲軸、汽輪機(ji)(ji)轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和(he)鐘表擺輪等旋轉零部件在制(zhi)造過程中，都需要(yao)經過平衡(heng)才能平穩正常地運轉。

根據(ju)平衡機測(ce)出(chu)的(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)不平衡量進行校(xiao)正，可改善轉(zhuan)子(zi)相對于(yu)軸線的(de)(de)質(zhi)量分布，使轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時產生的(de)(de)振動(dong)或(huo)作用于(yu)軸承(cheng)上的(de)(de)振動(dong)力減少(shao)到允(yun)許的(de)(de)范圍之內。因此，平衡機是減小振動(dong)、改善性能和(he)提高質(zhi)量的(de)(de)必不可少(shao)的(de)(de)設備。

通常(chang)，轉(zhuan)子的平衡(heng)包(bao)括不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)的測(ce)量(liang)(liang)和校(xiao)(xiao)(xiao)正兩個步驟，平衡(heng)機(ji)(ji)主要(yao)用(yong)于(yu)不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)的測(ce)量(liang)(liang)，而不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)的校(xiao)(xiao)(xiao)正則(ze)往往借助(zhu)于(yu)鉆床、銑床和點焊機(ji)(ji)等其(qi)他輔助(zhu)設備(bei)，或用(yong)手工方法完成。有些(xie)平衡(heng)機(ji)(ji)已將(jiang)校(xiao)(xiao)(xiao)正裝(zhuang)置做成為平衡(heng)機(ji)(ji)的一個部(bu)分。

重力式平(ping)(ping)(ping)衡機和(he)離心(xin)力式平(ping)(ping)(ping)衡機是兩類典型的平(ping)(ping)(ping)衡機。

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

它是依(yi)賴轉(zhuan)子自(zi)身的(de)重力作用來(lai)測量靜不(bu)平衡的(de)。

置(zhi)于兩(liang)根水平導軌(gui)上(shang)的轉(zhuan)子如有不(bu)平衡(heng)量，則(ze)它對軸線的重力矩(ju)使轉(zhuan)子在(zai)導軌(gui)上(shang)滾動，直至這個(ge)不(bu)平衡(heng)量處于更低位(wei)置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放(fang)在用靜壓(ya)軸承支(zhi)承的(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上，在支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一片反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)。當(dang)轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)(bu)存在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)時(shi)，由(you)光源射(she)(she)(she)出的(de)(de)(de)光束經此反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)(she)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)指示器的(de)(de)(de)極坐標原點。如果轉(zhuan)子(zi)(zi)存在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)座(zuo)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)重力矩作用下發生傾斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)也隨之傾斜(xie)并使反(fan)(fan)射(she)(she)(she)出的(de)(de)(de)光束偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光束投(tou)在極坐標指示器上的(de)(de)(de)光點便離開(kai)原點。根據這(zhe)個光點偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐標位(wei)置，可以得到不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)大小和(he)位(wei)置。

重力式平(ping)衡(heng)機(ji)僅適用(yong)于(yu)某些平(ping)衡(heng)要(yao)求不(bu)高的(de)盤狀零件。對(dui)于(yu)平(ping)衡(heng)要(yao)求高的(de)轉子，一般采用(yong)離心式單面或雙面平(ping)衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)子不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)引(yin)起的(de)支承(cheng)振(zhen)動(dong)，或作(zuo)用于(yu)支承(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)力來測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的(de)不(bu)(bu)(bu)同，可(ke)分為(wei)單面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)(shuang)面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)(ce)量(liang)一個平(ping)面(mian)(mian)上的(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時進行(xing)測(ce)(ce)量(liang)，但仍(reng)屬于(yu)靜(jing)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)(shuang)面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能測(ce)(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)(ce)量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般稱(cheng)為(wei)動(dong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不(bu)同，又(you)可分(fen)為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻(pin)率的(de)(de)(de)稱(cheng)為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。這種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳感器檢(jian)(jian)測出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)位移(yi)成(cheng)正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻(pin)率的(de)(de)(de)稱(cheng)為(wei)(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)，這種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度大，傳感器檢(jian)(jian)測出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)力成(cheng)正比(bi)。

平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性能用最(zui)小可達(da)剩余不平衡(heng)(heng)量(liang)，和不平衡(heng)(heng)量(liang)減(jian)少(shao)率兩項綜合指(zhi)標表示。前者(zhe)是平衡(heng)(heng)機(ji)能使(shi)轉子(zi)達(da)到的(de)剩余不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)最(zui)小值(zhi)，它是衡(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)機(ji)更高平衡(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)標；后者(zhe)是經(jing)過一(yi)次校正后所減(jian)少(shao)的(de)不平衡(heng)(heng)量(liang)與(yu)初始不平衡(heng)(heng)量(liang)之比，它是衡(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標，一(yi)般(ban)用百分數(shu)表示。

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(ju)大(da)批量(liang)生(sheng)產的(de)需(xu)要，對特定的(de)轉子能自(zi)動完(wan)成平(ping)衡測量(liang)和平(ping)衡校正的(de)自(zi)動平(ping)衡機，以(yi)及平(ping)衡自(zi)動線，現代已大(da)量(liang)的(de)裝備在汽車制(zhi)(zhi)造、電機制(zhi)(zhi)造等(deng)工業部門(men)。

二. 平衡機常(chang)用(yong)術語(yu)解(jie)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)轉機械正常工(gong)作所允(yun)許的轉子剩余不平(ping)衡量。該指標用不平(ping)衡度表(biao)示時，稱為許用不平(ping)衡度（亦(yi)稱許用不平(ping)衡率）。

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)平面的(de)干擾（相互影(ying)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(liang)轉子平衡優劣程度的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡(heng)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(zui)小可(ke)達(da)剩余(yu)不平衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余不(bu)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. 不平衡量減少率(lv)（URR）

經過一(yi)次平(ping)衡(heng)(heng)校正所減(jian)少的不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量與初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量之比(bi)值。它是(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)機效率的性能指標(biao)，以百分數表示：

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

U2－一次平衡校(xiao)正后的(de)剩(sheng)余不平衡量(liang)

13. 不平衡力偶干擾比

單面平(ping)衡機抑止不平(ping)衡力偶影響的性能指標。

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(wei)校驗平衡機性能(neng)而設計的剛性轉(zhuan)子(zi)。其質量、大(da)小(xiao)、尺寸均有(you)規定，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩(liang)種。立(li)式(shi)轉(zhuan)子(zi)質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子(zi)質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)(heng)機從(cong)原(yuan)理方面可以(yi)分為硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機、軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機、半硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機。

1. 硬支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速遠(yuan)低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)校驗時，支承(cheng)(cheng)擺架相對處于“硬”狀態，因此轉子可以在接近實際軸承(cheng)(cheng)條(tiao)件(jian)下(xia)進行(xing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)校正(zheng)。具有操作(zuo)簡便、安全(quan)性能(neng)好的(de)特(te)點。

2. 軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)轉速大(da)于參振系統共振頻(pin)率的(de)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支(zhi)(zhi)承(cheng)擺架相(xiang)對處于“軟”狀態，因此(ci)轉子校驗平(ping)衡(heng)時。支(zhi)(zhi)承(cheng)條件與實際軸承(cheng)工作(zuo)條件不同(tong)。具有測(ce)量精度(du)高(gao)的(de)特點(dian)。

3. 半硬(ying)支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之(zhi)間的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。同(tong)時具(ju)有有硬(ying)支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)支承剛(gang)度高(gao)的特(te)點，又有軟支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)精(jing)度高(gao)的優點。

平(ping)衡機(ji)(ji)從應用方(fang)面分可分為立式(shi)平(ping)衡機(ji)(ji)和(he)臥式(shi)平(ping)衡機(ji)(ji)；專用平(ping)衡機(ji)(ji)和(he)通用平(ping)衡機(ji)(ji)。

臥(wo)式平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)是(shi)被(bei)平衡(heng)轉子的旋轉軸在平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)上呈水平狀態的平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。適用于有轉軸或(huo)可裝配工藝軸的轉子，如機(ji)(ji)(ji)(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)(ji)(ji)轉子、汽輪機(ji)(ji)(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立(li)式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)(heng)轉子(zi)的旋轉軸在平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)上呈垂(chui)直狀(zhuang)態下的平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。適用于轉子(zi)本身(shen)不具轉軸的盤(pan)狀(zhuang)工(gong)件如離合器、齒(chi)輪(lun)(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總成、制(zhi)動盤(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)(lun)、汽車飛輪(lun)(lun)、剎(cha)車轂(gu)、皮帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等(deng)盤(pan)類(lei)零(ling)件。

通用平衡(heng)機是指能對(dui)形(xing)狀和支承形(xing)式比(bi)較規則的(de)轉子(zi)進行動平衡(heng)的(de)平衡(heng)機。通用平衡(heng)機操作簡單(dan)，效率也較高。

專(zhuan)用平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是能對支(zhi)承形(xing)式和外觀與一般轉(zhuan)子不(bu)同的轉(zhuan)子進行(xing)平(ping)(ping)衡(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，例如特別針對發(fa)動機(ji)(ji)的曲軸，汽車的傳動軸進行(xing)設(she)計的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。功能專(zhuan)一。  

四. 動平衡(heng)加工的(de)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

即在不平衡(heng)方(fang)向去處一定(ding)的重量。常用的方(fang)式有：鏜削、鉆(zhan)孔(kong)、鑿削、銑削、磨(mo)削等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進性和經(jing)濟上的(de)合理性，國際標(biao)準(zhun)化組(zu)織(ISO)于1940年制定(ding)了世界公認的(de)ISO1940平衡等(deng)級(ji)，它將轉子平衡等(deng)級(ji)分為(wei)11個級(ji)別，每(mei)個級(ji)別間以(yi)2.5倍為(wei)增量，從要求更高的(de)G0.4到要求更低的(de)G4000。單位(wei)為(wei)公克(ke)×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表(biao)不(bu)平衡對于轉子軸心的(de)偏心距離。