平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測(ce)量旋(xuan)轉物體(ti)(轉子(zi))不(bu)平衡(heng)量大小和位置的機器。

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。金山電機轉(zhuan)(zhuan)子、機床主軸、內(nei)燃機曲軸、汽(qi)輪機轉(zhuan)(zhuan)子、陀(tuo)螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)(zhuan)零部件(jian)在制造過程中，都需要經過平衡(heng)才能平穩正常(chang)地運(yun)轉(zhuan)(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡機(ji)測出的(de)(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)(de)不平(ping)衡量(liang)(liang)進行校(xiao)正，可改善(shan)(shan)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)相對于軸線的(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分布(bu)，使轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動或作用(yong)于軸承(cheng)上的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動力減(jian)少到允許(xu)的(de)(de)(de)范圍之內(nei)。因此，平(ping)衡機(ji)是減(jian)小振(zhen)(zhen)動、改善(shan)(shan)性能和提高質量(liang)(liang)的(de)(de)(de)必不可少的(de)(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)包括(kuo)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量和校(xiao)正兩個步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)主要用于不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量，而不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)校(xiao)正則(ze)往往借(jie)助(zhu)于鉆床、銑床和點(dian)焊機(ji)(ji)(ji)等其他輔助(zhu)設備，或(huo)用手(shou)工方法完成。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)已(yi)將(jiang)校(xiao)正裝置做成為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)一個部分。

重力式(shi)平衡機(ji)和離心力式(shi)平衡機(ji)是兩類典型的平衡機(ji)。

1. 重力式平(ping)衡(heng)機(ji)一般稱為靜平(ping)衡(heng)機(ji)。

它是依賴轉子自身的(de)重力作用來測量靜(jing)不平衡的(de)。

置于兩(liang)根水平導(dao)軌上的轉子(zi)如有不平衡(heng)(heng)量(liang)，則(ze)它對軸線(xian)的重力矩使(shi)轉子(zi)在導(dao)軌上滾動，直至這個不平衡(heng)(heng)量(liang)處于更低位置時(shi)才(cai)靜止(zhi)。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)轉(zhuan)子放在(zai)(zai)用(yong)靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)下(xia)(xia)面(mian)嵌裝一(yi)片反射(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子不(bu)(bu)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)時，由光源(yuan)射(she)(she)出的(de)光束經此反射(she)(she)鏡(jing)反射(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)指示器(qi)的(de)極坐標原點(dian)。如果轉(zhuan)子存在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)子支(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)重力矩作用(yong)下(xia)(xia)發(fa)生傾(qing)斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)(xia)的(de)反射(she)(she)鏡(jing)也隨之傾(qing)斜并使(shi)反射(she)(she)出的(de)光束偏轉(zhuan)，這樣光束投(tou)在(zai)(zai)極坐標指示器(qi)上(shang)的(de)光點(dian)便離開(kai)原點(dian)。根據這個光點(dian)偏轉(zhuan)的(de)坐標位(wei)置，可以(yi)得(de)到(dao)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)大小(xiao)和位(wei)置。

重力式平(ping)(ping)衡機僅適(shi)用于某些(xie)平(ping)(ping)衡要(yao)(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)的(de)盤狀零件。對于平(ping)(ping)衡要(yao)(yao)求(qiu)高(gao)的(de)轉子，一般采用離心(xin)式單面或雙面平(ping)(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)在轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的狀態下(xia)，根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承(cheng)振動(dong)(dong)，或作(zuo)用于支承(cheng)的振動(dong)(dong)力來測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數(shu)量(liang)的不(bu)(bu)同(tong)，可分為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測(ce)(ce)量(liang)一個(ge)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然是(shi)在轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時進行測(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能測(ce)(ce)量(liang)動(dong)(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)(ce)量(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一般(ban)稱為動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性(xing)不(bu)同(tong)，又可(ke)分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和(he)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速高(gao)于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率(lv)的(de)(de)稱(cheng)(cheng)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度小(xiao)，傳(chuan)(chuan)感器(qi)檢測出的(de)(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動位移(yi)成(cheng)正(zheng)比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速低(di)於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率(lv)的(de)(de)稱(cheng)(cheng)為硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機，這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳(chuan)(chuan)感器(qi)檢測出的(de)(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動力成(cheng)正(zheng)比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的主要性能(neng)用(yong)最(zui)小可(ke)達剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)減(jian)少率兩項綜合指標表(biao)示。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能(neng)使轉子達到的剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的最(zui)小值，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的指標；后者(zhe)是經過一(yi)次校正后所(suo)減(jian)少的不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率的指標，一(yi)般用(yong)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)生產的需要，對(dui)特定的轉子能(neng)自(zi)動(dong)完成平(ping)衡(heng)測(ce)量(liang)和平(ping)衡(heng)校(xiao)正的自(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)機，以及平(ping)衡(heng)自(zi)動(dong)線(xian)，現代已大量(liang)的裝備在汽車制(zhi)造(zao)、電機制(zhi)造(zao)等工業部門。

二(er). 平衡(heng)機常(chang)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

為保證旋轉(zhuan)機械(xie)正常(chang)工作所(suo)允許的轉(zhuan)子剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量。該指標用不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)度(du)表(biao)示時(shi)，稱為許用不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)度(du)（亦稱許用不(bu)平(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. 校正平面的干擾（相(xiang)互影響(xiang)）

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(dan)位：gmm/kg或(huo)μm

11. 最(zui)小可(ke)達剩(sheng)余(yu)不平衡(heng)量（Umar）

最(zui)小可達剩余不平衡(heng)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(bu)平(ping)衡量減少率（URR）

經過一(yi)次平衡(heng)(heng)(heng)校正所減少的不平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與(yu)初(chu)始不平衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比值。它是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平衡(heng)(heng)(heng)機效率(lv)的性能(neng)指標，以百分數表示：

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

U2－一(yi)次(ci)平衡(heng)校(xiao)正后的剩余不平衡(heng)量

13. 不平(ping)衡力(li)偶干(gan)擾比

單面(mian)平衡(heng)機抑止(zhi)不平衡(heng)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

為校(xiao)驗平衡(heng)機性能而設計的剛性轉子。其質量、大小、尺寸均有規定，分(fen)立(li)式(shi)和臥式(shi)兩種(zhong)。立(li)式(shi)轉子質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)從原理方面可(ke)以分為(wei)硬支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)、軟支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)、半硬支(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。

1. 硬支承(cheng)平衡機是平衡轉速遠(yuan)低(di)于參振系統共(gong)振頻率的平衡機。平衡校(xiao)驗時(shi)，支承(cheng)擺架相對處于“硬”狀態，因此轉子可以在接近實際(ji)軸承(cheng)條件下進行(xing)平衡校(xiao)正。具有操作簡便、安全性能好的特(te)點。

2. 軟(ruan)支承平衡機(ji)是平衡轉(zhuan)速(su)大于參振系統共(gong)振頻率的平衡機(ji)。平衡校驗(yan)時，支承擺架相對處于“軟(ruan)”狀態，因此轉(zhuan)子(zi)校驗(yan)平衡時。支承條(tiao)件(jian)與實際(ji)軸承工作(zuo)條(tiao)件(jian)不同。具有(you)測(ce)量(liang)精度高的特點。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是平衡(heng)(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共(gong)振頻率之間的(de)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。同(tong)時具有(you)有(you)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度高的(de)特點，又(you)有(you)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)精度高的(de)優點。

平衡(heng)機(ji)從應用(yong)方面分可(ke)分為(wei)立(li)式(shi)平衡(heng)機(ji)和臥式(shi)平衡(heng)機(ji)；專(zhuan)用(yong)平衡(heng)機(ji)和通用(yong)平衡(heng)機(ji)。

臥式平衡機(ji)(ji)是被平衡轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸在平衡機(ji)(ji)上呈水平狀態的平衡機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)軸或可裝(zhuang)配工藝(yi)軸的轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)(ji)床(chuang)主(zhu)軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽(qi)輪機(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)(ping)衡機(ji)是被平(ping)(ping)衡轉子的旋轉軸在平(ping)(ping)衡機(ji)上呈垂直狀態下的平(ping)(ping)衡機(ji)。適用于轉子本身不具轉軸的盤狀工(gong)件如離合器(qi)、齒輪(lun)(lun)、風(feng)扇、壓(ya)盤及(ji)其(qi)總成、制動盤、風(feng)葉、水泵葉輪(lun)(lun)、汽車飛輪(lun)(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等盤類(lei)零件。

通(tong)用平衡(heng)機(ji)是指能對形狀和支承形式比較規則的轉子進行(xing)動平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)。通(tong)用平衡(heng)機(ji)操作簡單，效率也(ye)較高(gao)。

專(zhuan)用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是能對(dui)支承形式和(he)外觀(guan)與一(yi)般轉子(zi)不同的(de)(de)轉子(zi)進行平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)，例如(ru)特別針對(dui)發動(dong)機(ji)的(de)(de)曲軸(zhou)，汽(qi)車的(de)(de)傳(chuan)動(dong)軸(zhou)進行設計(ji)的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。功能專(zhuan)一(yi)。  

四. 動(dong)平衡加工的(de)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

即在不平衡方(fang)向去處一定的(de)重(zhong)量。常(chang)用的(de)方(fang)式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨(mo)削等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)(dao)技術的先進性和(he)經濟上的合理性，國(guo)際標準(zhun)化(hua)組織(ISO)于1940年制定了世(shi)界公認的ISO1940平衡(heng)(heng)等級(ji)，它將轉子平衡(heng)(heng)等級(ji)分為(wei)(wei)11個級(ji)別，每(mei)個級(ji)別間(jian)以2.5倍為(wei)(wei)增量，從要求更高(gao)的G0.4到(dao)(dao)要求更低的G4000。單(dan)位為(wei)(wei)公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡(heng)(heng)對(dui)于轉子軸心的偏(pian)心距離。