平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量旋轉物體(轉子)不平衡量大(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。遼陽電機轉子、機(ji)床(chuang)主軸、內燃機(ji)曲軸、汽(qi)輪(lun)機(ji)轉子、陀螺轉子和鐘表擺(bai)輪(lun)等旋轉零部件在制造過程中，都需要經過平衡才能平穩正常(chang)地運轉。

根據平衡機(ji)測(ce)出(chu)的(de)(de)數據對(dui)轉子(zi)的(de)(de)不平衡量(liang)進(jin)行(xing)校正，可(ke)改善轉子(zi)相(xiang)對(dui)于軸線(xian)的(de)(de)質量(liang)分(fen)布，使轉子(zi)旋轉時產生的(de)(de)振動(dong)(dong)或作用(yong)于軸承上的(de)(de)振動(dong)(dong)力減少到允許的(de)(de)范圍(wei)之內(nei)。因(yin)此(ci)，平衡機(ji)是減小振動(dong)(dong)、改善性能和(he)提高質量(liang)的(de)(de)必不可(ke)少的(de)(de)設備。

通常，轉子的(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)包(bao)括不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)測量和(he)校(xiao)正(zheng)兩個步驟，平(ping)衡(heng)(heng)機主要(yao)用于不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)測量，而(er)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)校(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借(jie)助于鉆(zhan)床、銑床和(he)點焊機等(deng)其他輔助設備，或用手工方法完成。有些平(ping)衡(heng)(heng)機已將校(xiao)正(zheng)裝(zhuang)置做成為平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)一個部分。

重力式平(ping)衡機(ji)(ji)和離心(xin)力式平(ping)衡機(ji)(ji)是兩(liang)類(lei)典(dian)型的平(ping)衡機(ji)(ji)。

1. 重力式平衡機一般稱為(wei)靜平衡機。

它(ta)是依賴轉子自身的重力(li)作用(yong)來測量靜不平(ping)衡的。

置(zhi)(zhi)于兩(liang)根水平導(dao)軌(gui)(gui)上的轉子(zi)如(ru)有不平衡(heng)量，則它對軸線的重力矩使轉子(zi)在(zai)導(dao)軌(gui)(gui)上滾(gun)動，直至這個不平衡(heng)量處(chu)于更(geng)低位置(zhi)(zhi)時才(cai)靜止(zhi)。

被平衡(heng)的(de)(de)轉子(zi)放在(zai)(zai)(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)(de)支(zhi)座上(shang)，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)座的(de)(de)下(xia)(xia)面嵌(qian)裝一片反(fan)(fan)(fan)射鏡。當轉子(zi)不(bu)存(cun)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平衡(heng)量時，由光(guang)(guang)源射出的(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)經(jing)此反(fan)(fan)(fan)射鏡反(fan)(fan)(fan)射后(hou)，投射在(zai)(zai)(zai)不(bu)平衡(heng)量指(zhi)示(shi)器的(de)(de)極(ji)坐標原(yuan)點。如果(guo)轉子(zi)存(cun)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平衡(heng)量，則轉子(zi)支(zhi)座在(zai)(zai)(zai)不(bu)平衡(heng)量的(de)(de)重力矩作用下(xia)(xia)發(fa)生傾(qing)斜，支(zhi)座下(xia)(xia)的(de)(de)反(fan)(fan)(fan)射鏡也(ye)隨之傾(qing)斜并使反(fan)(fan)(fan)射出的(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)偏轉，這樣(yang)光(guang)(guang)束(shu)投在(zai)(zai)(zai)極(ji)坐標指(zhi)示(shi)器上(shang)的(de)(de)光(guang)(guang)點便離開原(yuan)點。根據(ju)這個光(guang)(guang)點偏轉的(de)(de)坐標位(wei)(wei)置，可以(yi)得到不(bu)平衡(heng)量的(de)(de)大小和位(wei)(wei)置。

重力式平衡機僅適(shi)用于某些平衡要求不高的盤狀零件。對于平衡要求高的轉子，一般采(cai)用離心式單面或(huo)雙(shuang)面平衡機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋轉(zhuan)的(de)狀(zhuang)態下，根據轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)支承振(zhen)動，或作用于支承的(de)振(zhen)動力來測(ce)量(liang)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其(qi)按(an)校正(zheng)平(ping)(ping)面數(shu)量(liang)的(de)不(bu)同，可分為單面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙(shuang)面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只(zhi)能(neng)測(ce)量(liang)一個(ge)平(ping)(ping)面上的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋轉(zhuan)時(shi)進行測(ce)量(liang)，但仍屬(shu)于靜平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙(shuang)面平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)測(ce)量(liang)動不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也(ye)能(neng)分別測(ce)量(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力(li)式平衡(heng)(heng)(heng)機按支(zhi)(zhi)承特性(xing)不同，又可(ke)分為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承平衡(heng)(heng)(heng)機和硬(ying)支(zhi)(zhi)承平衡(heng)(heng)(heng)機。平衡(heng)(heng)(heng)轉速高于轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承系(xi)(xi)統固有(you)頻率的(de)(de)稱為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承平衡(heng)(heng)(heng)機。這種平衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)承剛度小，傳感(gan)(gan)器檢(jian)測出的(de)(de)信號(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)承的(de)(de)振動位移成正比。平衡(heng)(heng)(heng)轉速低於轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承系(xi)(xi)統固有(you)頻率的(de)(de)稱為硬(ying)支(zhi)(zhi)承平衡(heng)(heng)(heng)機，這種平衡(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)承剛度大，傳感(gan)(gan)器檢(jian)測出的(de)(de)信號(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)承的(de)(de)振動力(li)成正比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)主要性能(neng)用最小(xiao)可達剩(sheng)余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量，和(he)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量減(jian)(jian)少(shao)率(lv)(lv)兩項綜合指標(biao)表(biao)示。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)使轉子達到的(de)(de)剩(sheng)余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)最小(xiao)值，它是(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機更高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)指標(biao)；后者是(shi)經過(guo)一(yi)次校正后所(suo)減(jian)(jian)少(shao)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量與初始不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量之比，它是(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)(lv)的(de)(de)指標(biao)，一(yi)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(da)批(pi)量(liang)生產的(de)需(xu)要，對特定的(de)轉(zhuan)子能自(zi)動完成平(ping)衡(heng)(heng)測量(liang)和平(ping)衡(heng)(heng)校正的(de)自(zi)動平(ping)衡(heng)(heng)機，以及平(ping)衡(heng)(heng)自(zi)動線，現代已大(da)量(liang)的(de)裝備在汽車(che)制造、電機制造等工業部門。

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(wei)保證旋轉機械(xie)正常工作(zuo)所允(yun)許的(de)轉子剩(sheng)余不(bu)平衡(heng)量。該指標用不(bu)平衡(heng)度表示時，稱為(wei)許用不(bu)平衡(heng)度（亦稱許用不(bu)平衡(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(xiao)正平面的干擾（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

衡量轉子平衡優劣(lie)程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，單位(wei)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（Umar）

最小(xiao)可達剩余不平(ping)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. 不平衡(heng)量(liang)減少率（URR）

經過一次平(ping)衡(heng)校正所減少的不(bu)平(ping)衡(heng)量與初始(shi)不(bu)平(ping)衡(heng)量之比(bi)值。它(ta)是衡(heng)量平(ping)衡(heng)機效率的性(xing)能指標，以(yi)百分(fen)數表示：

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

U2－一次平(ping)衡校正后的剩余不平(ping)衡量

13. 不平衡力偶(ou)干擾比(bi)

單面(mian)平衡機(ji)抑止不(bu)平衡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(yan)平衡機(ji)性能(neng)而設計的(de)剛性轉子(zi)。其(qi)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)轉子(zi)質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子(zi)質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡機(ji)從原理(li)方面可以分(fen)為硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)、軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)、半硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)。

1. 硬支承平衡(heng)(heng)機是平衡(heng)(heng)轉速(su)遠(yuan)低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率的平衡(heng)(heng)機。平衡(heng)(heng)校驗時，支承擺架(jia)相(xiang)對(dui)處于“硬”狀態，因此轉子可以(yi)在接近(jin)實際軸承條(tiao)件(jian)下進行平衡(heng)(heng)校正。具有操作簡便、安全性能好的特點。

2. 軟支(zhi)承平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉(zhuan)速(su)大(da)于參振系統共振頻(pin)率的平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承擺架相對處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子(zi)校(xiao)驗(yan)平衡(heng)時。支(zhi)承條(tiao)件與實際軸承工作(zuo)條(tiao)件不同。具有(you)測量精度高的特點。

3. 半硬支承(cheng)平(ping)衡機是平(ping)衡轉速在(zai)0.3~0.5倍參振系統共(gong)振頻率之間的平(ping)衡機。同時(shi)具有(you)有(you)硬支承(cheng)平(ping)衡機支承(cheng)剛度高的特點，又有(you)軟支承(cheng)平(ping)衡機精度高的優點。

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從應用方面(mian)分(fen)可分(fen)為立式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和(he)臥(wo)式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)；專用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和(he)通用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

臥式平(ping)衡機(ji)是被(bei)平(ping)衡轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在平(ping)衡機(ji)上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配工(gong)藝軸(zhou)(zhou)的轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)床主軸(zhou)(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式(shi)平(ping)衡機是被(bei)平(ping)衡轉子的(de)(de)旋轉軸在平(ping)衡機上呈(cheng)垂直狀態下的(de)(de)平(ping)衡機。適用于轉子本身不具(ju)轉軸的(de)(de)盤(pan)狀工件如離合器、齒輪、風(feng)扇、壓(ya)盤(pan)及其總成、制動盤(pan)、風(feng)葉(xie)、水泵葉(xie)輪、汽車飛輪、剎車轂、皮帶(dai)輪、砂(sha)輪等盤(pan)類(lei)零件。

通用(yong)(yong)平(ping)衡機是指能(neng)對形(xing)(xing)狀和支承形(xing)(xing)式比較規(gui)則的轉(zhuan)子進行(xing)動平(ping)衡的平(ping)衡機。通用(yong)(yong)平(ping)衡機操作簡單，效率也較高。

專(zhuan)用平(ping)衡(heng)機(ji)是能對支承形式和外觀與一般轉(zhuan)子(zi)(zi)不同的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)進行平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)，例如特別(bie)針(zhen)對發動機(ji)的(de)曲軸，汽車的(de)傳動軸進行設計(ji)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。功能專(zhuan)一。  

四. 動平衡加工的方法(fa)

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(ping)衡(heng)方向去處(chu)一定的(de)重量。常用(yong)的(de)方式有：鏜削(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技術的(de)先進(jin)性(xing)和(he)經濟上的(de)合(he)理(li)性(xing)，國際標準化組織(zhi)(ISO)于(yu)1940年(nian)制定了(le)世界(jie)公認的(de)ISO1940平衡等級，它將轉(zhuan)子平衡等級分為(wei)11個(ge)級別，每個(ge)級別間以2.5倍為(wei)增量，從要(yao)求(qiu)更(geng)高(gao)的(de)G0.4到(dao)要(yao)求(qiu)更(geng)低(di)的(de)G4000。單位(wei)為(wei)公克×毫米(mi)/公斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉(zhuan)子軸(zhou)心的(de)偏心距離。