平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測量旋轉物體(ti)(轉子)不平(ping)衡(heng)量大小和(he)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。津南電機轉(zhuan)子、機床主軸(zhou)、內(nei)燃機曲軸(zhou)、汽輪機轉(zhuan)子、陀螺(luo)轉(zhuan)子和鐘(zhong)表擺輪等(deng)旋轉(zhuan)零部件在制(zhi)造過程中(zhong)，都需(xu)要經過平衡才能平穩(wen)正常地運轉(zhuan)。

根(gen)據平衡(heng)機測(ce)出的數據對轉(zhuan)(zhuan)子的不平衡(heng)量進(jin)行校(xiao)正，可(ke)改(gai)善轉(zhuan)(zhuan)子相(xiang)對于軸線的質量分布，使轉(zhuan)(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)時產生的振(zhen)動或作(zuo)用于軸承上的振(zhen)動力(li)減少到允許(xu)的范圍之內。因此(ci)，平衡(heng)機是減小振(zhen)動、改(gai)善性能(neng)和提高質量的必不可(ke)少的設備。

通常，轉子(zi)的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)包括(kuo)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)和校正(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機主要(yao)用于(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)，而不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的校正(zheng)則(ze)往往借助于(yu)鉆(zhan)床、銑床和點(dian)焊(han)機等(deng)其(qi)他(ta)輔助設備(bei)，或用手工方法完(wan)成。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機已將校正(zheng)裝置做成為(wei)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的一(yi)個部分。

重(zhong)力式(shi)平衡機(ji)和離心力式(shi)平衡機(ji)是兩(liang)類(lei)典(dian)型(xing)的平衡機(ji)。

1. 重力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)一般(ban)稱為(wei)靜平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

它是依賴轉子自身的(de)重力作用來測量靜不平衡(heng)的(de)。

置(zhi)于(yu)兩根水(shui)平導(dao)軌上的(de)轉子(zi)如有不(bu)平衡量，則(ze)它對(dui)軸線(xian)的(de)重(zhong)力矩使轉子(zi)在導(dao)軌上滾(gun)動，直至這(zhe)個不(bu)平衡量處于(yu)更低位置(zhi)時才靜止(zhi)。

被平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)轉子(zi)(zi)放在(zai)(zai)用靜壓(ya)軸承支承的(de)(de)支座(zuo)上，在(zai)(zai)支座(zuo)的(de)(de)下面(mian)嵌(qian)裝(zhuang)一(yi)片反(fan)(fan)射鏡(jing)。當轉子(zi)(zi)不(bu)(bu)存(cun)(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量時，由光(guang)源射出(chu)的(de)(de)光(guang)束(shu)經(jing)此反(fan)(fan)射鏡(jing)反(fan)(fan)射后，投射在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量指(zhi)示(shi)器的(de)(de)極坐標原點。如(ru)果轉子(zi)(zi)存(cun)(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量，則轉子(zi)(zi)支座(zuo)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)重力矩(ju)作用下發生傾(qing)斜，支座(zuo)下的(de)(de)反(fan)(fan)射鏡(jing)也隨(sui)之傾(qing)斜并使反(fan)(fan)射出(chu)的(de)(de)光(guang)束(shu)偏(pian)轉，這樣光(guang)束(shu)投在(zai)(zai)極坐標指(zhi)示(shi)器上的(de)(de)光(guang)點便離(li)開(kai)原點。根據這個光(guang)點偏(pian)轉的(de)(de)坐標位置，可以得到不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)大小(xiao)和位置。

重力式平衡機僅適(shi)用(yong)于某些平衡要(yao)求不高的盤(pan)狀零件。對于平衡要(yao)求高的轉子，一般采用(yong)離心式單(dan)面(mian)或雙面(mian)平衡機。

2. 離心式平衡機

離(li)心式(shi)平(ping)衡機是在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的(de)狀態(tai)下，根據轉(zhuan)子不平(ping)衡引(yin)起的(de)支承振(zhen)動(dong)，或作用(yong)于支承的(de)振(zhen)動(dong)力來測量(liang)不平(ping)衡。其按校正(zheng)平(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的(de)不同，可分為(wei)單(dan)面(mian)(mian)平(ping)衡機和(he)雙面(mian)(mian)平(ping)衡機。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)衡機只(zhi)能(neng)測量(liang)一(yi)個(ge)平(ping)面(mian)(mian)上的(de)不平(ping)衡(靜不平(ping)衡)，它雖然是在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進行測量(liang)，但仍屬于靜平(ping)衡機。雙面(mian)(mian)平(ping)衡機能(neng)測量(liang)動(dong)不平(ping)衡，也能(neng)分別測量(liang)靜不平(ping)衡和(he)偶不平(ping)衡，一(yi)般(ban)稱為(wei)動(dong)平(ping)衡機。

離心(xin)力(li)式平(ping)衡(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)特性不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統固(gu)有頻率(lv)(lv)的(de)(de)稱(cheng)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)。這種平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度小，傳(chuan)感器檢測出的(de)(de)信號(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動(dong)位(wei)移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統固(gu)有頻率(lv)(lv)的(de)(de)稱(cheng)為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)，這種平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度大，傳(chuan)感器檢測出的(de)(de)信號(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動(dong)力(li)成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的主要(yao)性能用最小可(ke)達剩余不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量，和不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量減(jian)少率兩項綜合指(zhi)標表(biao)示。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉子達到的剩余不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量的最小值，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更(geng)高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)能力的指(zhi)標；后者是(shi)經過一(yi)(yi)次校正(zheng)后所(suo)減(jian)少的不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量與(yu)初(chu)始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量之比，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)效率的指(zhi)標，一(yi)(yi)般用百(bai)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)(liang)生產的(de)(de)(de)需要，對特定的(de)(de)(de)轉子能(neng)自(zi)(zi)動完成平衡(heng)(heng)測量(liang)(liang)和(he)平衡(heng)(heng)校正(zheng)的(de)(de)(de)自(zi)(zi)動平衡(heng)(heng)機，以及平衡(heng)(heng)自(zi)(zi)動線，現代已大量(liang)(liang)的(de)(de)(de)裝備在汽車制(zhi)造、電機制(zhi)造等工業部門。

二. 平(ping)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

為保證(zheng)旋轉(zhuan)機械正常(chang)工作所允許(xu)的轉(zhuan)子剩(sheng)余不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)。該(gai)指標(biao)用不(bu)平衡(heng)(heng)度表(biao)示時，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)平衡(heng)(heng)度（亦稱(cheng)許(xu)用不(bu)平衡(heng)(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(ping)面的(de)干(gan)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣程(cheng)度(du)的指(zhi)標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，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：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩(sheng)余不平(ping)衡(heng)量（Umar）

最小可達剩(sheng)余(yu)不平衡量(liang)（Umar）。單位(wei)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(bu)平衡量減(jian)少率（URR）

經過一次平衡校正所減(jian)少的不平衡量(liang)與初(chu)始不平衡量(liang)之(zhi)比值。它是衡量(liang)平衡機效率的性能指標(biao)，以(yi)百分數表示：

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

U2－一次(ci)平衡(heng)校正后的剩余(yu)不平衡(heng)量(liang)

13. 不平(ping)衡力偶干擾(rao)比

單面平衡機抑止(zhi)不平衡力偶(ou)影響的(de)性能(neng)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

為校驗平(ping)衡機性能(neng)而設計的(de)剛性轉(zhuan)子。其質量、大小、尺寸(cun)均有規定，分(fen)立(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉(zhuan)子質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子質量為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(li)方面可以(yi)分為(wei)硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速遠低于參振系統(tong)共振頻率的平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗時(shi)，支(zhi)承(cheng)(cheng)擺架相對(dui)處于“硬(ying)”狀態，因此轉子可(ke)以(yi)在接近實際軸(zhou)承(cheng)(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)校(xiao)正。具有(you)操作簡(jian)便、安(an)全(quan)性能好的特點(dian)。

2. 軟支承平衡機(ji)是(shi)平衡轉速大于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率(lv)的(de)平衡機(ji)。平衡校驗(yan)(yan)時(shi)，支承擺(bai)架(jia)相對處于“軟”狀態，因(yin)此轉子校驗(yan)(yan)平衡時(shi)。支承條件(jian)與(yu)實(shi)際軸承工作條件(jian)不同(tong)。具有測量精(jing)度高的(de)特點。

3. 半硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。同時具有有硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)支承(cheng)剛(gang)度(du)高的(de)特點(dian)，又有軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)精度(du)高的(de)優點(dian)。

平(ping)衡機從應(ying)用方面分可分為立式平(ping)衡機和(he)臥式平(ping)衡機；專用平(ping)衡機和(he)通用平(ping)衡機。

臥式平衡(heng)機(ji)(ji)是被平衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平衡(heng)機(ji)(ji)上呈水平狀態的平衡(heng)機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或可裝(zhuang)配工藝軸(zhou)的轉(zhuan)子(zi)，如(ru)機(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風(feng)機(ji)(ji)、增壓器(qi)、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立式平衡(heng)機是被平衡(heng)轉子的(de)(de)旋轉軸在(zai)平衡(heng)機上呈垂(chui)直狀態下的(de)(de)平衡(heng)機。適用(yong)于轉子本(ben)身(shen)不具(ju)轉軸的(de)(de)盤(pan)狀工件如離(li)合器、齒輪(lun)(lun)、風扇(shan)、壓盤(pan)及其總(zong)成、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)(lun)、汽車飛輪(lun)(lun)、剎車轂(gu)、皮帶(dai)輪(lun)(lun)、砂(sha)輪(lun)(lun)等盤(pan)類(lei)零件。

通用(yong)(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形狀和支承形式比較規(gui)則的轉子進行(xing)動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。通用(yong)(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)操作(zuo)簡單，效率也較高。

專用平衡(heng)機是能(neng)(neng)對支承形式和外觀與一(yi)般(ban)轉(zhuan)子(zi)不(bu)同的(de)轉(zhuan)子(zi)進行(xing)平衡(heng)的(de)平衡(heng)機，例如特別(bie)針對發動機的(de)曲軸，汽車的(de)傳(chuan)動軸進行(xing)設計的(de)平衡(heng)機。功能(neng)(neng)專一(yi)。  

四. 動(dong)平衡(heng)加工(gong)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(zai)不(bu)平衡方(fang)向去處一定的(de)(de)重量。常用(yong)的(de)(de)方(fang)式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技(ji)術的(de)(de)先進性和經濟上的(de)(de)合理性，國際(ji)標(biao)準化組織(ISO)于1940年制定了(le)世(shi)界公認(ren)的(de)(de)ISO1940平(ping)(ping)衡等(deng)級(ji)，它(ta)將轉子(zi)平(ping)(ping)衡等(deng)級(ji)分(fen)為11個級(ji)別(bie)，每個級(ji)別(bie)間(jian)以(yi)2.5倍為增量，從要(yao)求更高的(de)(de)G0.4到(dao)要(yao)求更低(di)的(de)(de)G4000。單(dan)位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代(dai)表不平(ping)(ping)衡對于轉子(zi)軸心的(de)(de)偏心距離。