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)不平衡量大小(xiao)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。南開電機轉子(zi)、機床主軸(zhou)(zhou)、內(nei)燃機曲軸(zhou)(zhou)、汽(qi)輪(lun)機轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和(he)鐘表擺輪(lun)等旋轉零(ling)部(bu)件在制造過程中，都需要(yao)經過平衡才能平穩正常地運轉。

根據平(ping)衡(heng)(heng)機測出的(de)數據對轉子的(de)不平(ping)衡(heng)(heng)量進行校正，可改(gai)善轉子相(xiang)對于軸(zhou)線的(de)質(zhi)量分布，使轉子旋轉時產生的(de)振動(dong)或(huo)作用于軸(zhou)承上的(de)振動(dong)力減(jian)少(shao)(shao)到允許(xu)的(de)范圍(wei)之(zhi)內(nei)。因此，平(ping)衡(heng)(heng)機是減(jian)小(xiao)振動(dong)、改(gai)善性(xing)能和提高質(zhi)量的(de)必(bi)不可少(shao)(shao)的(de)設(she)備。

通常(chang)，轉子的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)包括不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)和(he)校(xiao)正兩個步驟，平(ping)(ping)衡(heng)機主要用于(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)，而不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)校(xiao)正則往往借助(zhu)于(yu)鉆(zhan)床(chuang)、銑床(chuang)和(he)點(dian)焊機等其他輔助(zhu)設備，或用手工方法完成。有些平(ping)(ping)衡(heng)機已將校(xiao)正裝置做(zuo)成為平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)(de)一個部(bu)分。

重力式平(ping)衡(heng)機(ji)和離心力式平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)兩類典型的平(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重(zhong)力(li)式平(ping)(ping)衡機一般(ban)稱為(wei)靜平(ping)(ping)衡機。

它是依(yi)賴轉(zhuan)子自身的重力(li)作用來(lai)測量靜(jing)不平衡的。

置(zhi)于(yu)兩根(gen)水平導軌上的轉(zhuan)子如有不平衡(heng)量，則它對軸線的重力(li)矩使轉(zhuan)子在導軌上滾動，直至這個不平衡(heng)量處于(yu)更低位置(zhi)時才靜止。

被(bei)平(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)放在(zai)用(yong)靜(jing)壓軸承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)支(zhi)座上，在(zai)支(zhi)座的(de)(de)下(xia)面嵌裝(zhuang)一片反射(she)(she)(she)(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)不(bu)(bu)存在(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)時(shi)，由光(guang)源射(she)(she)(she)(she)出的(de)(de)光(guang)束(shu)經此反射(she)(she)(she)(she)鏡反射(she)(she)(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)(she)(she)在(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)指(zhi)示器(qi)的(de)(de)極(ji)坐(zuo)標(biao)原點(dian)。如(ru)果(guo)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)存在(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)支(zhi)座在(zai)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)重力(li)矩作用(yong)下(xia)發生傾(qing)斜，支(zhi)座下(xia)的(de)(de)反射(she)(she)(she)(she)鏡也隨(sui)之傾(qing)斜并使反射(she)(she)(she)(she)出的(de)(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束(shu)投(tou)在(zai)極(ji)坐(zuo)標(biao)指(zhi)示器(qi)上的(de)(de)光(guang)點(dian)便離(li)開(kai)原點(dian)。根(gen)據這(zhe)個光(guang)點(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)坐(zuo)標(biao)位置，可以得到不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)大(da)小和位置。

重(zhong)力式平衡(heng)(heng)機僅適用(yong)于(yu)某(mou)些平衡(heng)(heng)要求不(bu)高的(de)盤狀零件。對于(yu)平衡(heng)(heng)要求高的(de)轉子，一般采(cai)用(yong)離心式單面或雙面平衡(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(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)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起的支承振動(dong)(dong)，或(huo)作用于(yu)支承的振動(dong)(dong)力(li)來測量(liang)(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按校(xiao)正(zheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可分為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測量(liang)(liang)(liang)一個(ge)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然是在轉(zhuan)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時進行測量(liang)(liang)(liang)，但仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測量(liang)(liang)(liang)動(dong)(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也(ye)能(neng)分別測量(liang)(liang)(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機按支(zhi)承(cheng)(cheng)特(te)性(xing)不同，又(you)可(ke)分為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和(he)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)稱為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)感器檢(jian)測出的(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動位移(yi)成(cheng)(cheng)正(zheng)比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速低(di)於轉子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)稱為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機，這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳(chuan)感器檢(jian)測出的(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動力(li)成(cheng)(cheng)正(zheng)比。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機的(de)主要性能用最小(xiao)可達剩余不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)減少(shao)(shao)率兩(liang)項綜(zong)合(he)指(zhi)標(biao)表(biao)示。前者是平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機能使轉(zhuan)子達到的(de)剩余不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)最小(xiao)值(zhi)，它(ta)是衡(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機更高(gao)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)能力的(de)指(zhi)標(biao)；后者是經(jing)過一次(ci)校正(zheng)后所(suo)減少(shao)(shao)的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)與(yu)初始(shi)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)效率的(de)指(zhi)標(biao)，一般用百(bai)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)批量(liang)生產(chan)的(de)(de)(de)需(xu)要(yao)，對特定的(de)(de)(de)轉子(zi)能自動完成平衡測(ce)量(liang)和平衡校正(zheng)的(de)(de)(de)自動平衡機，以及(ji)平衡自動線，現代已大(da)量(liang)的(de)(de)(de)裝備在汽車制造(zao)、電(dian)機制造(zao)等工業部門。

二. 平衡機常(chang)用術語(yu)解釋(shi)

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(zheng)旋(xuan)轉機械(xie)正常工作所(suo)允許的轉子剩余不平(ping)衡(heng)量。該指標用(yong)不平(ping)衡(heng)度表示時，稱為許用(yong)不平(ping)衡(heng)度（亦(yi)稱許用(yong)不平(ping)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. 校正平面的干擾（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(heng)量轉(zhuan)子平衡(heng)優劣(lie)程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子(zi)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（Umar）

最小可達剩余不平衡(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(liang)減少率（URR）

經過一次平衡校正所(suo)減(jian)少的(de)(de)不平衡量與初(chu)始不平衡量之比值。它是衡量平衡機效(xiao)率(lv)的(de)(de)性能指標，以百(bai)分(fen)數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初(chu)始不平(ping)衡量         ;   

U2－一(yi)次平(ping)衡校正后的剩余不平(ping)衡量(liang)

13. 不平衡(heng)力偶干擾比(bi)

單(dan)面平衡(heng)機抑止不(bu)平衡(heng)力(li)偶(ou)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(wei)(wei)校驗平衡(heng)機性能而設計的剛性轉(zhuan)子。其質量(liang)、大小(xiao)、尺寸均有規定，分(fen)立式(shi)(shi)和臥式(shi)(shi)兩種。立式(shi)(shi)轉(zhuan)子質量(liang)為(wei)(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)轉(zhuan)子質量(liang)為(wei)(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機從原理方(fang)面可以分為硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機、軟(ruan)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機、半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機。

1. 硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡機是平(ping)衡轉(zhuan)速遠低于參振系統共振頻率的平(ping)衡機。平(ping)衡校(xiao)驗時，支(zhi)承擺架(jia)相對(dui)處于“硬(ying)”狀(zhuang)態，因此轉(zhuan)子可以(yi)在接近(jin)實際軸承條件下進行平(ping)衡校(xiao)正。具有操作簡(jian)便、安全(quan)性(xing)能好(hao)的特點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速(su)大(da)于(yu)參振系統共(gong)振頻率的平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)擺架相(xiang)對處于(yu)“軟”狀態，因此轉子校(xiao)驗(yan)平(ping)衡(heng)時。支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)條件與實際軸承(cheng)(cheng)(cheng)工作條件不同。具有測(ce)量精(jing)度(du)高的特點。

3. 半(ban)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍參振(zhen)系統共(gong)振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。同時(shi)具有有硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度高的(de)特點，又(you)有軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機精度高的(de)優點。

平(ping)(ping)衡(heng)機從應用方面分可分為立(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機和臥式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機；專(zhuan)用平(ping)(ping)衡(heng)機和通用平(ping)(ping)衡(heng)機。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)機是被平(ping)(ping)衡(heng)轉子的(de)(de)旋(xuan)轉軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機上(shang)呈水平(ping)(ping)狀態的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。適(shi)用于有轉軸(zhou)或可(ke)裝(zhuang)配(pei)工藝(yi)軸(zhou)的(de)(de)轉子，如機床主軸(zhou)、滾(gun)筒、風(feng)機、增(zeng)壓器、電(dian)機轉子、汽輪機等(deng)等(deng)。

立式平(ping)衡機是被平(ping)衡轉子的旋轉軸(zhou)在平(ping)衡機上呈垂直狀(zhuang)態下的平(ping)衡機。適(shi)用(yong)于(yu)轉子本身(shen)不具轉軸(zhou)的盤(pan)狀(zhuang)工(gong)件如離合器(qi)、齒輪、風扇、壓盤(pan)及其(qi)總成、制動盤(pan)、風葉、水泵(beng)葉輪、汽車飛輪、剎(cha)車轂、皮(pi)帶輪、砂輪等盤(pan)類零(ling)件。

通用平衡機(ji)是指能(neng)對(dui)形(xing)狀和支承形(xing)式比較(jiao)規則(ze)的轉(zhuan)子進行動平衡的平衡機(ji)。通用平衡機(ji)操作簡單，效率(lv)也較(jiao)高。

專用平(ping)(ping)衡機(ji)是(shi)能對支承形式(shi)和外觀與(yu)一(yi)般轉子(zi)不同的轉子(zi)進(jin)行平(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)衡機(ji)，例如(ru)特別針對發動(dong)機(ji)的曲軸，汽車的傳動(dong)軸進(jin)行設(she)計的平(ping)(ping)衡機(ji)。功(gong)能專一(yi)。  

四. 動平衡加(jia)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(ping)衡方(fang)向去處一(yi)定的重量。常用的方(fang)式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到技術的(de)先(xian)進性(xing)和經濟上的(de)合理(li)性(xing)，國際標準化組織(zhi)(ISO)于1940年制定了世界公認的(de)ISO1940平(ping)衡等級(ji)(ji)，它將轉(zhuan)(zhuan)子平(ping)衡等級(ji)(ji)分(fen)為11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以2.5倍為增量，從要求(qiu)更(geng)高的(de)G0.4到要求(qiu)更(geng)低的(de)G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代(dai)表(biao)不(bu)平(ping)衡對于轉(zhuan)(zhuan)子軸(zhou)心的(de)偏心距離。