平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測(ce)量旋(xuan)轉物體(ti)(轉子)不平衡量大小和位置的(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。遼寧電機轉(zhuan)子、機床主軸(zhou)、內燃機曲軸(zhou)、汽輪機轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和(he)鐘表擺輪等旋(xuan)轉(zhuan)零(ling)部(bu)件在制造過程中(zhong)，都需(xu)要經過平衡才能(neng)平穩(wen)正常地運轉(zhuan)。

根據平(ping)衡機測出的(de)數據對轉子(zi)(zi)的(de)不(bu)平(ping)衡量進行(xing)校正，可改善轉子(zi)(zi)相對于軸線的(de)質量分布，使轉子(zi)(zi)旋轉時產生(sheng)的(de)振動或作用(yong)于軸承上(shang)的(de)振動力減(jian)少到允(yun)許(xu)的(de)范圍(wei)之內。因此，平(ping)衡機是減(jian)小振動、改善性能和提高質量的(de)必(bi)不(bu)可少的(de)設備。

通常(chang)，轉子的平(ping)衡包括不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)和(he)校(xiao)正兩個步驟，平(ping)衡機主要用(yong)(yong)于不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)，而不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的校(xiao)正則(ze)往往借助(zhu)于鉆床(chuang)、銑床(chuang)和(he)點焊機等其他輔(fu)助(zhu)設(she)備，或用(yong)(yong)手工方法完成。有些平(ping)衡機已將校(xiao)正裝置做成為平(ping)衡機的一個部(bu)分。

重力式平(ping)衡機(ji)和(he)離(li)心(xin)力式平(ping)衡機(ji)是(shi)兩類典型(xing)的平(ping)衡機(ji)。

1. 重力式平衡機一般稱(cheng)為靜(jing)平衡機。

它是依賴轉子自身(shen)的(de)重力作(zuo)用來測量靜不平衡的(de)。

置于(yu)兩根水(shui)平導軌(gui)上的(de)轉子如有不平衡量，則它對(dui)軸(zhou)線的(de)重(zhong)力矩(ju)使轉子在導軌(gui)上滾動，直(zhi)至這個(ge)不平衡量處于(yu)更低位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡的(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在用靜壓軸承支承的(de)(de)(de)支座(zuo)上(shang)，在支座(zuo)的(de)(de)(de)下(xia)(xia)面嵌裝一片反(fan)射(she)(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)不(bu)存在不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)時，由(you)光(guang)(guang)源射(she)(she)出的(de)(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)經此(ci)反(fan)射(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)在不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)指(zhi)示(shi)器(qi)的(de)(de)(de)極(ji)坐(zuo)標原點(dian)(dian)。如果轉(zhuan)子(zi)存在不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支座(zuo)在不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)(de)重(zhong)力矩作用下(xia)(xia)發(fa)生傾斜，支座(zuo)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)反(fan)射(she)(she)鏡也(ye)隨之傾斜并使(shi)反(fan)射(she)(she)出的(de)(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣(yang)光(guang)(guang)束(shu)投(tou)在極(ji)坐(zuo)標指(zhi)示(shi)器(qi)上(shang)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)點(dian)(dian)便(bian)離開原點(dian)(dian)。根據這(zhe)個(ge)光(guang)(guang)點(dian)(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)標位置，可以得到不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)(de)大小和位置。

重力式(shi)平衡(heng)(heng)(heng)機僅適(shi)用(yong)于某些平衡(heng)(heng)(heng)要(yao)求不高的(de)盤狀零(ling)件(jian)。對于平衡(heng)(heng)(heng)要(yao)求高的(de)轉子，一(yi)般(ban)采用(yong)離心(xin)式(shi)單面(mian)或雙(shuang)面(mian)平衡(heng)(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的狀態下，根據(ju)轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起的支承振動(dong)，或作用于(yu)支承的振動(dong)力來測(ce)量(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的不(bu)同，可分(fen)為(wei)單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)只能(neng)測(ce)量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然(ran)是在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時進(jin)行測(ce)量(liang)，但仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)能(neng)測(ce)量(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分(fen)別(bie)測(ce)量(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般(ban)稱(cheng)為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

離心力(li)式平(ping)(ping)(ping)衡機按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不(bu)同，又可分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)高(gao)于轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻(pin)率的(de)(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機。這種(zhong)(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)小(xiao)，傳(chuan)感器檢(jian)測出的(de)(de)(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)位移成(cheng)正比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)低(di)於轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻(pin)率的(de)(de)(de)稱為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機，這種(zhong)(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)大，傳(chuan)感器檢(jian)測出的(de)(de)(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)力(li)成(cheng)正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的主(zhu)要性(xing)能(neng)用最(zui)小可達剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)減少率(lv)兩項綜合(he)指標(biao)(biao)表示。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能(neng)使(shi)轉子達到的剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的最(zui)小值，它是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)力的指標(biao)(biao)；后(hou)者(zhe)是經(jing)過一(yi)(yi)次校(xiao)正后(hou)所減少的不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率(lv)的指標(biao)(biao)，一(yi)(yi)般用百分數(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(gen)據大批(pi)量生產的(de)需要，對特定的(de)轉子能自動完成平衡測量和平衡校正的(de)自動平衡機(ji)，以及平衡自動線(xian)，現代已大量的(de)裝備(bei)在汽(qi)車制(zhi)造、電機(ji)制(zhi)造等(deng)工業(ye)部門(men)。

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

為保證旋轉機械正常工作所允許(xu)的(de)轉子剩余不(bu)平衡量。該指標用不(bu)平衡度表示時(shi)，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)平衡度（亦稱(cheng)許(xu)用不(bu)平衡率(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(mian)的干擾(rao)（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

衡量轉子平衡優劣程度(du)的指標(biao)。

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(xiao)可達剩余不平衡量(liang)（Umar）

最小可(ke)達剩余不平衡量（Umar）。單位是(shi)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(heng)量減(jian)少率(lv)（URR）

經過一次平衡(heng)(heng)校正所減少(shao)的不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)與(yu)初始不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)機(ji)效率的性能指標，以百(bai)分數(shu)表(biao)示：

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

U2－一次平(ping)衡校正后的剩(sheng)余不平(ping)衡量

13. 不平衡(heng)力偶干擾比(bi)

單(dan)面平衡(heng)機抑止不平衡(heng)力偶影響的性(xing)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(yan)平衡(heng)機性能而設(she)計(ji)的剛性轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)。其質(zhi)量(liang)、大小、尺(chi)寸均有規定，分立式和臥(wo)式兩種。立式轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)(heng)機(ji)從原理方面(mian)可以分(fen)為(wei)硬支承平衡(heng)(heng)機(ji)、軟支承平衡(heng)(heng)機(ji)、半硬支承平衡(heng)(heng)機(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡機是(shi)平(ping)衡轉速遠低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)衡機。平(ping)衡校驗時(shi)，支承(cheng)擺架相對處于“硬”狀態，因(yin)此轉子(zi)可以在接(jie)近實際軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡校正(zheng)。具有(you)操作簡便(bian)、安全(quan)性能好的特點。

2. 軟支承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)轉速大于參(can)振系(xi)統共振頻(pin)率的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)校驗時，支承(cheng)(cheng)擺架相(xiang)對處于“軟”狀態，因此轉子校驗平(ping)(ping)衡(heng)時。支承(cheng)(cheng)條件(jian)(jian)與實際軸承(cheng)(cheng)工作條件(jian)(jian)不(bu)同。具有測量精度高的特點。

3. 半硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速(su)在0.3~0.5倍(bei)參振系統共(gong)振頻率之(zhi)間的平(ping)衡(heng)機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)支承(cheng)(cheng)剛度(du)高的特點，又(you)有(you)軟支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)精(jing)度(du)高的優(you)點。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從(cong)應用(yong)方面分可分為立(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和臥式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)；專(zhuan)用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和通用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

臥式(shi)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)在(zai)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)上呈(cheng)水(shui)平(ping)(ping)狀態的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。適用于(yu)有轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配工(gong)藝軸(zhou)(zhou)的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子，如機(ji)(ji)床主軸(zhou)(zhou)、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓(ya)器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)等等。

立式平衡機是(shi)被平衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在(zai)平衡機上呈垂直狀態下(xia)的平衡機。適(shi)用于轉(zhuan)子本身不具(ju)轉(zhuan)軸的盤(pan)(pan)(pan)狀工(gong)件如離(li)合器、齒輪(lun)、風(feng)扇、壓盤(pan)(pan)(pan)及其(qi)總成、制動盤(pan)(pan)(pan)、風(feng)葉、水(shui)泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)(pan)(pan)類零件。

通用平衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)指(zhi)能對形狀和支承形式比(bi)較規則的(de)轉子(zi)進行動平衡(heng)的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)。通用平衡(heng)機(ji)(ji)操(cao)作(zuo)簡單(dan)，效率也較高。

專(zhuan)用平衡(heng)機(ji)是能對(dui)支(zhi)承形(xing)式和外觀與一般轉子不同的轉子進(jin)行(xing)平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)，例如特別(bie)針對(dui)發(fa)動機(ji)的曲(qu)軸，汽車的傳動軸進(jin)行(xing)設計的平衡(heng)機(ji)。功能專(zhuan)一。  

四. 動平衡加工的方法

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(zai)不平(ping)衡(heng)方向去處一定的(de)重量。常用的(de)方式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到(dao)技術的先進性(xing)和(he)經(jing)濟(ji)上的合理性(xing)，國際標準(zhun)化組織(ISO)于(yu)1940年(nian)制(zhi)定了世(shi)界公認的ISO1940平(ping)衡(heng)等級(ji)(ji)，它將轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡(heng)等級(ji)(ji)分為(wei)11個級(ji)(ji)別(bie)，每個級(ji)(ji)別(bie)間(jian)以2.5倍為(wei)增量，從(cong)要(yao)求更(geng)高的G0.4到(dao)要(yao)求更(geng)低的G4000。單位為(wei)公克×毫米(mi)/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對于(yu)轉(zhuan)子(zi)軸心(xin)的偏心(xin)距離。