平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測量旋(xuan)轉物體(轉子)不平(ping)衡(heng)量大(da)小和位(wei)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。薊州電機轉子(zi)(zi)、機床主軸(zhou)、內(nei)燃(ran)機曲軸(zhou)、汽輪機轉子(zi)(zi)、陀螺(luo)轉子(zi)(zi)和(he)鐘表(biao)擺輪等旋(xuan)轉零部件在(zai)制造過程中，都需(xu)要經過平衡才能平穩正(zheng)常地運轉。

根據(ju)平衡機測出的(de)(de)數據(ju)對轉子的(de)(de)不平衡量進行校正(zheng)，可(ke)改善轉子相對于軸線的(de)(de)質(zhi)量分(fen)布(bu)，使轉子旋轉時產(chan)生(sheng)的(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用于軸承上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力減少到允許的(de)(de)范(fan)圍之內。因(yin)此，平衡機是減小振(zhen)動(dong)、改善性能和(he)提高質(zhi)量的(de)(de)必不可(ke)少的(de)(de)設(she)備。

通(tong)常，轉子的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)包括不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的測(ce)量和校正(zheng)兩個步(bu)驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)主(zhu)要用(yong)于(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的測(ce)量，而不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的校正(zheng)則往往借助于(yu)鉆床、銑(xian)床和點焊機(ji)等其他輔助設(she)備(bei)，或用(yong)手工方(fang)法完成(cheng)。有(you)些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)已將(jiang)校正(zheng)裝置(zhi)做成(cheng)為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的一(yi)個部(bu)分。

重力式平(ping)衡(heng)機和離(li)心力式平(ping)衡(heng)機是兩(liang)類典型(xing)的平(ping)衡(heng)機。

1. 重力(li)式平(ping)衡機(ji)一般(ban)稱為靜(jing)平(ping)衡機(ji)。

它是依(yi)賴轉子自身的(de)重力作(zuo)用來測量(liang)靜不平衡的(de)。

置于兩根水平(ping)導軌(gui)上的(de)轉子如有不(bu)平(ping)衡(heng)量，則它(ta)對軸線的(de)重力(li)矩使轉子在(zai)導軌(gui)上滾動，直至這個(ge)不(bu)平(ping)衡(heng)量處于更低(di)位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)轉子(zi)放(fang)在(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)下(xia)(xia)(xia)面嵌(qian)裝一片反(fan)射(she)(she)(she)鏡。當轉子(zi)不(bu)存在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量時(shi)，由光源(yuan)射(she)(she)(she)出(chu)的(de)光束經(jing)此反(fan)射(she)(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量指(zhi)示(shi)器的(de)極(ji)坐(zuo)(zuo)標原點(dian)。如果轉子(zi)存在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量，則(ze)轉子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)重力矩作用下(xia)(xia)(xia)發生傾斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)(xia)(xia)的(de)反(fan)射(she)(she)(she)鏡也隨之傾斜并使反(fan)射(she)(she)(she)出(chu)的(de)光束偏(pian)轉，這樣光束投在(zai)極(ji)坐(zuo)(zuo)標指(zhi)示(shi)器上的(de)光點(dian)便離開(kai)原點(dian)。根(gen)據這個光點(dian)偏(pian)轉的(de)坐(zuo)(zuo)標位置，可以得到(dao)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)大(da)小和位置。

重力(li)式平(ping)衡機(ji)僅(jin)適用于某些(xie)平(ping)衡要(yao)求不高(gao)的(de)盤狀(zhuang)零件。對于平(ping)衡要(yao)求高(gao)的(de)轉子，一般(ban)采(cai)用離心式單面或雙(shuang)面平(ping)衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機是在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)支承(cheng)振動(dong)，或(huo)作用于支承(cheng)的(de)振動(dong)力來(lai)測(ce)(ce)量(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)的(de)不(bu)同，可分為(wei)單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機和雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機只(zhi)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)一(yi)(yi)個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時進行測(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能(neng)測(ce)(ce)量(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別(bie)測(ce)(ce)量(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)(yi)般稱(cheng)為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心(xin)力式平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)速高于(yu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有(you)頻(pin)率(lv)的稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。這種平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小，傳感器檢測(ce)(ce)出的信(xin)號(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的振動(dong)位移成(cheng)正比。平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)速低(di)於轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有(you)頻(pin)率(lv)的稱為(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)，這種平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大，傳感器檢測(ce)(ce)出的信(xin)號(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的振動(dong)力成(cheng)正比。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的主(zhu)要(yao)性能用最小(xiao)(xiao)可達剩余(yu)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)減(jian)(jian)少(shao)率兩項綜合指(zhi)標(biao)表(biao)示。前者是(shi)(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉(zhuan)子達到的剩余(yu)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的最小(xiao)(xiao)值(zhi)，它(ta)是(shi)(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)能力(li)的指(zhi)標(biao)；后(hou)者是(shi)(shi)經過(guo)一次校正后(hou)所減(jian)(jian)少(shao)的不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)與(yu)初始(shi)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是(shi)(shi)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)效(xiao)率的指(zhi)標(biao)，一般(ban)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)需(xu)要(yao)，對(dui)特定的(de)轉子能自動(dong)完(wan)成(cheng)平(ping)衡(heng)測量(liang)和平(ping)衡(heng)校(xiao)正(zheng)的(de)自動(dong)平(ping)衡(heng)機，以及平(ping)衡(heng)自動(dong)線，現代已大量(liang)的(de)裝備在(zai)汽車制造、電機制造等工業(ye)部門(men)。

二(er). 平衡機常用術語解釋

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(bao)證旋轉機(ji)械正常工作所(suo)允許的(de)轉子(zi)剩余(yu)不平衡(heng)量。該指標用(yong)不平衡(heng)度表示時(shi)，稱為許用(yong)不平衡(heng)度（亦稱許用(yong)不平衡(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(xiao)正平(ping)面的干擾（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

衡量轉(zhuan)子平(ping)衡優劣(lie)程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡(heng)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(wei)：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可達剩余(yu)不平衡量(liang)（Umar）

最小可達(da)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. 不平衡量減(jian)少率（URR）

經過一次平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)正(zheng)所減少(shao)的不平(ping)衡(heng)(heng)量與(yu)初始(shi)不平(ping)衡(heng)(heng)量之(zhi)比值。它是衡(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)機效率的性(xing)能(neng)指標(biao)，以百分數(shu)表示：

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

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

13. 不平衡(heng)力偶(ou)干(gan)擾比

單面平(ping)衡機抑止不(bu)平(ping)衡力偶影響的性能指標(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

為校驗平衡機性(xing)能而(er)設計的剛性(xing)轉子(zi)(zi)。其質(zhi)(zhi)量(liang)、大(da)小、尺(chi)寸(cun)均有規定，分立(li)式和臥式兩種。立(li)式轉子(zi)(zi)質(zhi)(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子(zi)(zi)質(zhi)(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)原理方面可(ke)以分為硬(ying)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(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬支承平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉速(su)遠低于(yu)參振(zhen)系統(tong)共振(zhen)頻率的(de)(de)平(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)衡校驗時，支承擺架(jia)相(xiang)對處于(yu)“硬”狀態(tai)，因此(ci)轉子可以在(zai)接近實(shi)際軸承條件下進行平(ping)(ping)衡校正。具(ju)有(you)操作(zuo)簡便、安全性能(neng)好的(de)(de)特點(dian)。

2. 軟(ruan)(ruan)支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)大于參振系統共振頻率的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)校驗(yan)時，支承擺架相對(dui)處于“軟(ruan)(ruan)”狀態，因此(ci)轉子(zi)校驗(yan)平(ping)衡(heng)(heng)時。支承條(tiao)件(jian)與實際軸承工作條(tiao)件(jian)不同。具有(you)測量(liang)精度高的(de)特(te)點。

3. 半硬支承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)(ping)衡轉速(su)在0.3~0.5倍參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率之(zhi)間的平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)支承(cheng)剛度(du)高(gao)的特點，又有(you)軟支承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)精度(du)高(gao)的優點。

平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)從應用方面分可分為立(li)式平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)和臥式平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)；專用平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)和通用平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。

臥式平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子(zi)(zi)的(de)(de)旋轉(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)上呈(cheng)水平(ping)(ping)狀態的(de)(de)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。適用于(yu)有(you)轉(zhuan)軸或可(ke)裝(zhuang)配工藝軸的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)，如機(ji)(ji)床主軸、滾筒(tong)、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立(li)式平(ping)(ping)衡機是(shi)被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡機上呈垂(chui)直狀態下的(de)平(ping)(ping)衡機。適用于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)本身不具轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)的(de)盤狀工件如(ru)離合器(qi)、齒輪、風扇(shan)、壓盤及其總成、制(zhi)動(dong)盤、風葉(xie)、水(shui)泵(beng)葉(xie)輪、汽車飛(fei)輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等盤類零件。

通用平(ping)(ping)衡機是指能對形狀(zhuang)和支承形式(shi)比較(jiao)規則(ze)的轉子進行(xing)動平(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)衡機。通用平(ping)(ping)衡機操作簡單，效率也較(jiao)高。

專(zhuan)用平(ping)衡機(ji)是能(neng)對(dui)支承形式和外觀與(yu)一般轉(zhuan)子不同的(de)(de)轉(zhuan)子進(jin)行(xing)平(ping)衡的(de)(de)平(ping)衡機(ji)，例如特(te)別針對(dui)發(fa)動機(ji)的(de)(de)曲(qu)軸，汽(qi)車的(de)(de)傳(chuan)動軸進(jin)行(xing)設(she)計的(de)(de)平(ping)衡機(ji)。功(gong)能(neng)專(zhuan)一。  

四(si). 動平(ping)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

即在不平衡方向(xiang)去處(chu)一定(ding)的重量。常用的方式(shi)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)(de)先(xian)進性和經濟上(shang)的(de)(de)合理(li)性，國(guo)際標準化組(zu)織(ISO)于1940年制定了世界公認的(de)(de)ISO1940平(ping)衡等級，它將轉(zhuan)子平(ping)衡等級分(fen)為(wei)11個(ge)級別(bie)，每個(ge)級別(bie)間以(yi)2.5倍為(wei)增量，從要求更高(gao)的(de)(de)G0.4到要求更低的(de)(de)G4000。單(dan)位(wei)為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于轉(zhuan)子軸心的(de)(de)偏心距離。