平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測(ce)量(liang)旋(xuan)轉物體(轉子(zi))不(bu)平衡量(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。錦州電機轉(zhuan)子、機(ji)床主軸(zhou)、內燃機(ji)曲(qu)軸(zhou)、汽輪機(ji)轉(zhuan)子、陀螺(luo)轉(zhuan)子和鐘(zhong)表擺輪等(deng)旋轉(zhuan)零(ling)部件(jian)在制(zhi)造過(guo)(guo)程中，都需要經過(guo)(guo)平(ping)衡(heng)才(cai)能平(ping)穩正常地運轉(zhuan)。

根(gen)據(ju)(ju)平衡(heng)(heng)機(ji)測出的(de)(de)數據(ju)(ju)對轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)不平衡(heng)(heng)量進(jin)行校正，可(ke)改(gai)(gai)善轉(zhuan)(zhuan)子相對于軸(zhou)線的(de)(de)質量分布，使轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)振(zhen)動或作用于軸(zhou)承(cheng)上的(de)(de)振(zhen)動力減(jian)少到允(yun)許的(de)(de)范圍之內。因此，平衡(heng)(heng)機(ji)是減(jian)小振(zhen)動、改(gai)(gai)善性能和提高(gao)質量的(de)(de)必不可(ke)少的(de)(de)設備。

通常，轉子的(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡包括不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)和校正兩個步驟，平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)主要用(yong)(yong)于(yu)不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)，而(er)不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)校正則(ze)往(wang)往(wang)借助(zhu)于(yu)鉆床、銑床和點焊機(ji)等其他輔助(zhu)設備(bei)，或(huo)用(yong)(yong)手工(gong)方法完成(cheng)。有(you)些平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)已將校正裝(zhuang)置(zhi)做成(cheng)為平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)一個部分。

重力式平(ping)衡機和離(li)心力式平(ping)衡機是兩類(lei)典型的平(ping)衡機。

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(lai)轉子自身的(de)重力作用來(lai)測(ce)量靜(jing)不平衡的(de)。

置(zhi)于(yu)兩根水平(ping)導軌上的(de)轉子如有不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量，則它對軸線的(de)重力(li)矩使(shi)轉子在導軌上滾動，直至(zhi)這個(ge)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量處于(yu)更低位置(zhi)時(shi)才靜止。

被平(ping)衡(heng)(heng)的(de)轉子(zi)(zi)放在(zai)用靜壓軸承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)支(zhi)座上，在(zai)支(zhi)座的(de)下(xia)(xia)面嵌裝一片(pian)反(fan)射(she)鏡。當轉子(zi)(zi)不(bu)存在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量時，由光源射(she)出(chu)的(de)光束經此反(fan)射(she)鏡反(fan)射(she)后(hou)，投射(she)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量指示(shi)器的(de)極坐(zuo)標原(yuan)點。如果轉子(zi)(zi)存在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量，則轉子(zi)(zi)支(zhi)座在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)重力矩(ju)作用下(xia)(xia)發生(sheng)傾(qing)斜(xie)，支(zhi)座下(xia)(xia)的(de)反(fan)射(she)鏡也隨之傾(qing)斜(xie)并使(shi)反(fan)射(she)出(chu)的(de)光束偏轉，這樣光束投在(zai)極坐(zuo)標指示(shi)器上的(de)光點便(bian)離開原(yuan)點。根據這個光點偏轉的(de)坐(zuo)標位置，可(ke)以得到(dao)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)大小和位置。

重力式(shi)平(ping)衡機(ji)僅(jin)適(shi)用(yong)于某些平(ping)衡要求不高的盤狀零件。對(dui)于平(ping)衡要求高的轉子，一般采用(yong)離心(xin)式(shi)單面(mian)或雙(shuang)面(mian)平(ping)衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)在(zai)(zai)轉子旋轉的狀(zhuang)態下，根(gen)據轉子不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的支(zhi)承振動(dong)(dong)(dong)，或作用于支(zhi)承的振動(dong)(dong)(dong)力來測(ce)量不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)面數(shu)量的不(bu)(bu)同(tong)，可分為(wei)單(dan)面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和(he)雙(shuang)面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)量一個(ge)平(ping)(ping)面上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它(ta)雖然(ran)是(shi)在(zai)(zai)轉子旋轉時進(jin)行測(ce)量，但(dan)仍(reng)屬于靜平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能測(ce)量動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也(ye)能分別測(ce)量靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱為(wei)動(dong)(dong)(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離心(xin)力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不(bu)同，又可分(fen)為軟(ruan)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬(ying)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)高于轉子(zi)一(yi)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有頻率的(de)(de)稱(cheng)為軟(ruan)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳感器檢測出的(de)(de)信(xin)號(hao)與支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)位(wei)移成正(zheng)比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)低(di)於(wu)轉子(zi)一(yi)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有頻率的(de)(de)稱(cheng)為硬(ying)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳感器檢測出的(de)(de)信(xin)號(hao)與支承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)力成正(zheng)比(bi)。

平衡(heng)(heng)機的主要性能(neng)用最(zui)小可達剩余不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)減(jian)少(shao)率(lv)兩項綜合指標(biao)表示。前者是(shi)平衡(heng)(heng)機能(neng)使轉子達到的剩余不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的最(zui)小值，它(ta)(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平衡(heng)(heng)機更高平衡(heng)(heng)能(neng)力的指標(biao)；后者是(shi)經(jing)過一(yi)次校正(zheng)后所減(jian)少(shao)的不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平衡(heng)(heng)效率(lv)的指標(biao)，一(yi)般用百分數表示。

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。
  根據大批量生(sheng)產(chan)的需要(yao)，對特定(ding)的轉子(zi)能自(zi)動完成平(ping)衡(heng)測量和(he)平(ping)衡(heng)校正的自(zi)動平(ping)衡(heng)機，以及平(ping)衡(heng)自(zi)動線，現代已大量的裝(zhuang)備在汽車制(zhi)造(zao)、電(dian)機制(zhi)造(zao)等(deng)工業部門。

二(er). 平(ping)衡(heng)機常(chang)用術(shu)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)機械正常工作(zuo)所允(yun)許的(de)轉(zhuan)子剩余不平(ping)(ping)衡(heng)量。該指標用不平(ping)(ping)衡(heng)度(du)表示時，稱為許用不平(ping)(ping)衡(heng)度(du)（亦稱許用不平(ping)(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(gan)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式(shi)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可達剩余(yu)不平衡量（Umar）

最小(xiao)可(ke)達剩余不平衡量（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(ping)衡量減少率（URR）

經(jing)過一次平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)正所減少的不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量與(yu)初始不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量之比值(zhi)。它是衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機效(xiao)率的性(xing)能指標，以百分數表示：

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

U2－一次平衡(heng)校(xiao)正后的(de)剩余不(bu)平衡(heng)量(liang)

13. 不平衡力偶干(gan)擾比(bi)

單面(mian)平衡(heng)機抑止不平衡(heng)力偶影響的(de)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)校驗平衡機性能而(er)設計的剛性轉子。其質(zhi)量(liang)、大小、尺寸均有(you)規定，分立式(shi)和(he)臥式(shi)兩種。立式(shi)轉子質(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質(zhi)量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從原(yuan)理方面可以(yi)分為硬支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)、軟支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)、半硬支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)轉速遠低于參振系統(tong)共(gong)振頻率的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支(zhi)承(cheng)擺架相對處于“硬(ying)”狀態，因此轉子可以在(zai)接近(jin)實際軸承(cheng)條件下進行平(ping)(ping)衡(heng)校正(zheng)。具有操(cao)作簡便、安(an)全性(xing)能(neng)好的特點。

2. 軟(ruan)支承平衡機(ji)是平衡轉速大于參振系統共振頻率的(de)平衡機(ji)。平衡校驗時，支承擺架(jia)相對(dui)處于“軟(ruan)”狀態，因(yin)此(ci)轉子校驗平衡時。支承條(tiao)(tiao)件與(yu)實際(ji)軸(zhou)承工作條(tiao)(tiao)件不(bu)同(tong)。具有測量精度高的(de)特點。

3. 半硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍參振系(xi)統共振頻(pin)率(lv)之間(jian)的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。同時(shi)具有有硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)支承(cheng)剛度高的(de)特點(dian)，又有軟(ruan)支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)精度高的(de)優點(dian)。

平衡機(ji)從應用(yong)方(fang)面分可分為(wei)立(li)式(shi)平衡機(ji)和(he)臥式(shi)平衡機(ji)；專(zhuan)用(yong)平衡機(ji)和(he)通用(yong)平衡機(ji)。

臥式平(ping)(ping)(ping)衡機是被平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)(ping)(ping)衡機上呈水平(ping)(ping)(ping)狀態的(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡機。適用于有(you)轉(zhuan)(zhuan)軸或(huo)可裝配工藝(yi)軸的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如機床主軸、滾筒、風機、增(zeng)壓器、電機轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機等(deng)等(deng)。

立式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)子(zi)的(de)旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)上呈垂直狀(zhuang)態(tai)下的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。適用于轉(zhuan)子(zi)本(ben)身不具轉(zhuan)軸的(de)盤(pan)狀(zhuang)工件如離(li)合器、齒輪(lun)(lun)、風(feng)扇(shan)、壓盤(pan)及(ji)其總成、制動盤(pan)、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(pan)類零件。

通(tong)用平衡(heng)(heng)(heng)(heng)機是指能(neng)對形狀和支承形式比較規則(ze)的(de)轉子進(jin)行動平衡(heng)(heng)(heng)(heng)的(de)平衡(heng)(heng)(heng)(heng)機。通(tong)用平衡(heng)(heng)(heng)(heng)機操作簡(jian)單，效率也較高。

專用平衡(heng)(heng)機(ji)是能(neng)對(dui)支承形式和外觀與一般轉子不同(tong)的(de)轉子進(jin)(jin)行平衡(heng)(heng)的(de)平衡(heng)(heng)機(ji)，例如特別針對(dui)發動(dong)機(ji)的(de)曲軸，汽(qi)車的(de)傳動(dong)軸進(jin)(jin)行設計的(de)平衡(heng)(heng)機(ji)。功能(neng)專一。  

四. 動平衡(heng)加工的方(fang)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(bu)平衡方向去處(chu)一定(ding)的(de)重量。常用的(de)方式有：鏜削(xue)、鉆(zhan)孔、鑿削(xue)、銑(xian)削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shu)的(de)(de)先進(jin)性(xing)和(he)經濟上的(de)(de)合理性(xing)，國際標準化(hua)組織(ISO)于1940年制(zhi)定了世界公(gong)認(ren)的(de)(de)ISO1940平(ping)衡等級，它將轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡等級分(fen)為(wei)(wei)11個(ge)級別(bie)，每(mei)個(ge)級別(bie)間(jian)以(yi)2.5倍(bei)為(wei)(wei)增量，從要求更高的(de)(de)G0.4到要求更低的(de)(de)G4000。單位(wei)為(wei)(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于轉(zhuan)子(zi)軸心的(de)(de)偏心距離。