平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是(shi)測量(liang)旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不平(ping)衡(heng)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。閔行電機轉子(zi)、機(ji)(ji)床主(zhu)軸(zhou)(zhou)、內燃機(ji)(ji)曲軸(zhou)(zhou)、汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)轉子(zi)、陀(tuo)螺轉子(zi)和鐘表擺輪(lun)等旋轉零(ling)部(bu)件在制(zhi)造過程(cheng)中，都(dou)需要經(jing)過平衡才能平穩正常地運轉。

根據平(ping)衡機(ji)測出的數據對(dui)轉(zhuan)子的不平(ping)衡量進行校正(zheng)，可(ke)改善轉(zhuan)子相對(dui)于軸線的質量分布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生的振(zhen)(zhen)動或(huo)作用于軸承(cheng)上(shang)的振(zhen)(zhen)動力減(jian)少到允許的范圍之內。因此，平(ping)衡機(ji)是減(jian)小振(zhen)(zhen)動、改善性(xing)能和提高質量的必不可(ke)少的設(she)備。

通(tong)常，轉(zhuan)子的平衡(heng)包(bao)括不(bu)平衡(heng)量的測量和校(xiao)正(zheng)兩個步驟(zou)，平衡(heng)機(ji)主要用于(yu)不(bu)平衡(heng)量的測量，而不(bu)平衡(heng)量的校(xiao)正(zheng)則往往借(jie)助于(yu)鉆(zhan)床(chuang)、銑(xian)床(chuang)和點焊機(ji)等其他輔助設備，或用手工方法完成(cheng)。有(you)些平衡(heng)機(ji)已將校(xiao)正(zheng)裝置做成(cheng)為平衡(heng)機(ji)的一個部分(fen)。

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

1. 重力式平(ping)衡機(ji)一般稱為靜平(ping)衡機(ji)。

它是依賴轉子(zi)自身的(de)重力作(zuo)用來測(ce)量(liang)靜不平衡的(de)。

置于(yu)兩根(gen)水平導軌上(shang)的轉子(zi)如有不平衡量，則(ze)它對軸線的重力矩使(shi)轉子(zi)在導軌上(shang)滾動，直至這個不平衡量處(chu)于(yu)更低位置時(shi)才靜止。

被平衡(heng)(heng)的(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)用(yong)靜壓軸承支承的(de)支座(zuo)上(shang)，在(zai)支座(zuo)的(de)下面嵌裝一片反射(she)(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)不存在(zai)不平衡(heng)(heng)量(liang)時，由光(guang)(guang)源射(she)(she)出的(de)光(guang)(guang)束經此反射(she)(she)鏡反射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)不平衡(heng)(heng)量(liang)指示(shi)器的(de)極坐標(biao)原點(dian)(dian)。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)存在(zai)不平衡(heng)(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支座(zuo)在(zai)不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)重力矩作(zuo)用(yong)下發生傾斜，支座(zuo)下的(de)反射(she)(she)鏡也(ye)隨之傾斜并使反射(she)(she)出的(de)光(guang)(guang)束偏轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)束投在(zai)極坐標(biao)指示(shi)器上(shang)的(de)光(guang)(guang)點(dian)(dian)便離開原點(dian)(dian)。根據這個(ge)光(guang)(guang)點(dian)(dian)偏轉(zhuan)的(de)坐標(biao)位(wei)置，可以得到(dao)不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)大(da)小和位(wei)置。

重力(li)式平衡機僅適用于某些平衡要求(qiu)不高的盤狀零件。對于平衡要求(qiu)高的轉(zhuan)子，一般采用離心式單面或雙面平衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀(zhuang)態(tai)下，根據(ju)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)引起(qi)的(de)支承(cheng)振(zhen)動(dong)，或作用于支承(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)力來(lai)測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)的(de)不(bu)(bu)同，可分為(wei)(wei)單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)只能(neng)測(ce)(ce)量(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng))，它雖然是(shi)在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)時(shi)進行測(ce)(ce)量(liang)，但仍屬(shu)于靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，也能(neng)分別(bie)測(ce)(ce)量(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)和偶(ou)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，一(yi)般稱為(wei)(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

離心力(li)(li)式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特(te)性不(bu)同，又可分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)的(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)小，傳感(gan)(gan)器(qi)檢測出的(de)(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位移成(cheng)正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)的(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)大，傳感(gan)(gan)器(qi)檢測出的(de)(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力(li)(li)成(cheng)正比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主(zhu)要性能用最小(xiao)可達(da)剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量，和(he)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量減(jian)少(shao)率兩項綜合(he)指標表(biao)示。前(qian)者是平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能使(shi)轉子達(da)到(dao)的(de)(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)最小(xiao)值(zhi)，它是衡(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能力的(de)(de)指標；后者是經過一次校正后所減(jian)少(shao)的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量與(yu)初始不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量之比，它是衡(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率的(de)(de)指標，一般(ban)用百分(fen)數(shu)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。
  根據大批量生產(chan)的(de)(de)需要，對特(te)定的(de)(de)轉子(zi)能(neng)自動完成平衡(heng)測量和(he)平衡(heng)校正的(de)(de)自動平衡(heng)機，以(yi)及(ji)平衡(heng)自動線(xian)，現(xian)代(dai)已大量的(de)(de)裝(zhuang)備在汽車制造、電(dian)機制造等工業部(bu)門。

二. 平衡機常用術語(yu)解(jie)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(bao)證(zheng)旋轉機(ji)械(xie)正常工作(zuo)所允許的轉子剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量。該(gai)指標用(yong)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)度表示時(shi)，稱(cheng)為(wei)許用(yong)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)度（亦稱(cheng)許用(yong)不(bu)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(zheng)平面的干擾（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(you)劣程度的指標。

G=eperω/1000

式(shi)中(zhong)：G－轉子平衡品質(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 

         單位：gmm/kg或μm

11. 最小可(ke)達剩(sheng)余不(bu)平衡量（Umar）

最小可達剩余不(bu)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. 不平衡量減少率（URR）

經(jing)過一次平衡校正所減(jian)少(shao)的不(bu)平衡量(liang)與初始不(bu)平衡量(liang)之比值。它(ta)是衡量(liang)平衡機效率的性能(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(heng)量            

U2－一次平(ping)衡(heng)校正后的剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)量

13. 不平衡力偶干擾比

單面平(ping)衡機抑止不平(ping)衡力偶影響的(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(neng)而設計的剛性轉子(zi)。其(qi)質(zhi)量、大小、尺寸均有規(gui)定，分立式(shi)和臥式(shi)兩種(zhong)。立式(shi)轉子(zi)質(zhi)量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子(zi)質(zhi)量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機從原理方面可以分為硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機、軟支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機、半硬支(zhi)(zhi)承平衡(heng)機。

1. 硬支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)(yu)參振系統共振頻(pin)率的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承擺架相對處于(yu)(yu)“硬”狀態，因此轉(zhuan)子(zi)可以在接近實際軸承條件(jian)下進(jin)行平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正(zheng)。具有操作簡便、安(an)全性能(neng)好的特點。

2. 軟(ruan)支(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速大于(yu)參(can)振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗(yan)時(shi)，支(zhi)(zhi)承擺架相對處于(yu)“軟(ruan)”狀態，因此轉子(zi)校(xiao)驗(yan)平(ping)衡(heng)(heng)時(shi)。支(zhi)(zhi)承條(tiao)件與實際(ji)軸承工(gong)作條(tiao)件不同。具(ju)有測量精度(du)高的特點。

3. 半(ban)硬(ying)支承(cheng)平衡機(ji)(ji)是平衡轉速在0.3~0.5倍(bei)參振系統(tong)共振頻(pin)率之間的平衡機(ji)(ji)。同時具有(you)有(you)硬(ying)支承(cheng)平衡機(ji)(ji)支承(cheng)剛度高的特點，又有(you)軟支承(cheng)平衡機(ji)(ji)精度高的優點。

平(ping)(ping)衡機從應用(yong)方(fang)面分可分為立式平(ping)(ping)衡機和(he)臥(wo)式平(ping)(ping)衡機；專用(yong)平(ping)(ping)衡機和(he)通用(yong)平(ping)(ping)衡機。

臥式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)轉子的旋轉軸在(zai)平(ping)衡(heng)機(ji)上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡(heng)機(ji)。適用(yong)于有轉軸或可(ke)裝配工藝軸的轉子，如機(ji)床主(zhu)軸、滾筒、風機(ji)、增壓器(qi)、電機(ji)轉子、汽輪機(ji)等(deng)等(deng)。

立式平衡機(ji)是被平衡轉子的(de)旋轉軸在平衡機(ji)上呈垂直狀態下(xia)的(de)平衡機(ji)。適用于轉子本(ben)身不具轉軸的(de)盤(pan)狀工件如離合器、齒(chi)輪(lun)、風扇(shan)、壓盤(pan)及其(qi)總成、制動盤(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)、汽(qi)車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)類零件。

通(tong)用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)指能對形狀和支承形式比(bi)較規則的(de)轉子(zi)進行動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。通(tong)用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)操作簡單(dan)，效(xiao)率也(ye)較高(gao)。

專用平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)能(neng)對(dui)支承形式(shi)和(he)外觀與一(yi)般轉子(zi)不同的(de)(de)轉子(zi)進行平衡(heng)(heng)的(de)(de)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，例如特別(bie)針(zhen)對(dui)發動機(ji)(ji)的(de)(de)曲軸，汽車(che)的(de)(de)傳動軸進行設計(ji)的(de)(de)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。功能(neng)專一(yi)。  

四. 動平衡加(jia)工的(de)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(heng)方(fang)向去處一定的重量(liang)。常(chang)用的方(fang)式(shi)有：鏜削、鉆(zhan)孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)(dao)技術(shu)的(de)先進性和經濟上的(de)合(he)理性，國際標準(zhun)化組織(ISO)于(yu)1940年制定(ding)了世(shi)界公認(ren)的(de)ISO1940平衡(heng)等級(ji)(ji)，它將(jiang)轉(zhuan)子平衡(heng)等級(ji)(ji)分為11個(ge)級(ji)(ji)別(bie)(bie)，每個(ge)級(ji)(ji)別(bie)(bie)間以2.5倍為增量，從要(yao)求(qiu)更高(gao)的(de)G0.4到(dao)(dao)要(yao)求(qiu)更低的(de)G4000。單位(wei)為公克(ke)×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡(heng)對于(yu)轉(zhuan)子軸心的(de)偏心距離。