平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測(ce)量旋轉(zhuan)(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)(zhuan)子)不平衡量大(da)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。寧河電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪(lun)機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀(tuo)螺(luo)轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺(bai)輪(lun)等旋轉(zhuan)零部(bu)件在(zai)制造過(guo)程(cheng)中，都(dou)需要經過(guo)平衡才(cai)能平穩(wen)正常地運轉(zhuan)。

根據平(ping)(ping)衡機測出的(de)(de)(de)數據對(dui)轉子的(de)(de)(de)不平(ping)(ping)衡量進行(xing)校正，可改善轉子相對(dui)于(yu)軸(zhou)線的(de)(de)(de)質量分(fen)布，使轉子旋轉時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)或作用于(yu)軸(zhou)承(cheng)上的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)力減(jian)少到允許的(de)(de)(de)范圍之內。因此，平(ping)(ping)衡機是減(jian)小(xiao)振(zhen)(zhen)動(dong)、改善性能和(he)提高質量的(de)(de)(de)必不可少的(de)(de)(de)設備。

通常(chang)，轉子(zi)的平(ping)衡(heng)包括不平(ping)衡(heng)量(liang)的測(ce)量(liang)和(he)校(xiao)正(zheng)兩(liang)個(ge)步驟，平(ping)衡(heng)機主要用于(yu)不平(ping)衡(heng)量(liang)的測(ce)量(liang)，而不平(ping)衡(heng)量(liang)的校(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借(jie)助于(yu)鉆床、銑床和(he)點焊機等其(qi)他(ta)輔助設備，或用手工(gong)方法完成。有些平(ping)衡(heng)機已將校(xiao)正(zheng)裝(zhuang)置做成為(wei)平(ping)衡(heng)機的一(yi)個(ge)部分。

重力(li)(li)式平衡(heng)機和離心力(li)(li)式平衡(heng)機是兩類典型的平衡(heng)機。

1. 重(zhong)力式平(ping)衡(heng)機一般(ban)稱為靜(jing)平(ping)衡(heng)機。

它是依賴轉子自身的重力作用來測(ce)量(liang)靜不(bu)平衡的。

置(zhi)于(yu)兩根水平導軌(gui)上的轉(zhuan)子(zi)如有(you)不(bu)平衡量(liang)(liang)，則它(ta)對軸線的重力矩使轉(zhuan)子(zi)在導軌(gui)上滾動，直至這(zhe)個不(bu)平衡量(liang)(liang)處于(yu)更低(di)位置(zhi)時才靜(jing)止。

被平(ping)衡的(de)(de)轉子(zi)放在用靜壓軸承支承的(de)(de)支座(zuo)上，在支座(zuo)的(de)(de)下面嵌裝一片反(fan)(fan)射鏡。當轉子(zi)不(bu)存(cun)在不(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)時，由光(guang)(guang)(guang)源射出的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)經(jing)此反(fan)(fan)射鏡反(fan)(fan)射后，投(tou)(tou)射在不(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)指示器的(de)(de)極(ji)坐標(biao)(biao)原點(dian)。如果轉子(zi)存(cun)在不(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)，則轉子(zi)支座(zuo)在不(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)重力矩作(zuo)用下發生傾(qing)斜，支座(zuo)下的(de)(de)反(fan)(fan)射鏡也隨之傾(qing)斜并使(shi)反(fan)(fan)射出的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)偏(pian)(pian)轉，這(zhe)樣(yang)光(guang)(guang)(guang)束(shu)投(tou)(tou)在極(ji)坐標(biao)(biao)指示器上的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)點(dian)便(bian)離開原點(dian)。根據這(zhe)個(ge)光(guang)(guang)(guang)點(dian)偏(pian)(pian)轉的(de)(de)坐標(biao)(biao)位(wei)置，可以得到不(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)大小和位(wei)置。

重力式(shi)平(ping)(ping)衡機僅適用于(yu)某些(xie)平(ping)(ping)衡要求不高(gao)(gao)的盤狀零(ling)件(jian)。對于(yu)平(ping)(ping)衡要求高(gao)(gao)的轉子，一般采用離心式(shi)單面或(huo)雙面平(ping)(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)在(zai)(zai)轉子(zi)旋轉的(de)(de)狀態下(xia)，根據轉子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起(qi)的(de)(de)支承(cheng)振動，或作用于(yu)支承(cheng)的(de)(de)振動力(li)來(lai)測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)同，可分為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)(ce)量(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然(ran)是(shi)在(zai)(zai)轉子(zi)旋轉時進行測(ce)(ce)量(liang)，但(dan)仍屬于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能測(ce)(ce)量(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分別測(ce)(ce)量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一(yi)般稱(cheng)為動平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離心力式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性(xing)不(bu)同(tong)，又(you)可分為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)的(de)稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳感器檢(jian)(jian)測(ce)出(chu)的(de)信號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動(dong)位(wei)移成正比。平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)的(de)稱為(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)，這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度大(da)，傳感器檢(jian)(jian)測(ce)出(chu)的(de)信號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振動(dong)力成正比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)主要(yao)性(xing)能用(yong)最(zui)小可達剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)減少率(lv)(lv)兩(liang)項綜合指標表示。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能使轉(zhuan)子達到的(de)剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)最(zui)小值，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)指標；后者是(shi)經(jing)過一次校正后所減少的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)(lv)的(de)指標，一般(ban)用(yong)百分(fen)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。
  根據大(da)批量(liang)生(sheng)產的(de)需要，對特定的(de)轉子(zi)能自動(dong)完成平衡測量(liang)和平衡校正的(de)自動(dong)平衡機，以及平衡自動(dong)線(xian)，現代(dai)已大(da)量(liang)的(de)裝備(bei)在汽車(che)制(zhi)造、電(dian)機制(zhi)造等工(gong)業部門。

二. 平衡機常用術語解(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)保證(zheng)旋轉機械正常工(gong)作(zuo)所(suo)允許(xu)的轉子剩余不(bu)平衡量。該指標用(yong)(yong)不(bu)平衡度(du)表示(shi)時，稱(cheng)為(wei)許(xu)用(yong)(yong)不(bu)平衡度(du)（亦稱(cheng)許(xu)用(yong)(yong)不(bu)平衡率）。

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. 校正平面的干擾(rao)（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(zi)平衡優劣程度的指標(biao)。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平(ping)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最(zui)小可達剩余不平衡量(liang)（Umar）

最小可達剩余不(bu)平衡量(liang)（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(ping)衡量減少(shao)率（URR）

經過一次(ci)平(ping)衡(heng)(heng)校正所減少的不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與(yu)初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比值。它是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機效率(lv)的性能指標，以百分數表示：

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

U2－一次平(ping)衡(heng)校正后的剩余不平(ping)衡(heng)量

13. 不平衡(heng)力偶(ou)干擾比

單面平衡機抑(yi)止(zhi)不平衡力偶(ou)影(ying)響的性能指(zhi)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(yan)平(ping)衡(heng)機性能而設計的剛性轉(zhuan)(zhuan)子(zi)。其(qi)質量(liang)(liang)、大小、尺寸均有(you)規(gui)定，分立式(shi)和(he)臥(wo)式(shi)兩種。立式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質量(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質量(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡(heng)機從原理方面可以分為硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機、軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機、半硬支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低(di)于參振系統(tong)共振頻率(lv)的(de)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支承(cheng)擺架相對(dui)處于“硬”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際(ji)軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)校正。具(ju)有操作簡便、安全性能好的(de)特點。

2. 軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速大于(yu)參振(zhen)(zhen)系統(tong)共振(zhen)(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時(shi)，支承(cheng)擺架(jia)相對處于(yu)“軟”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子校驗平(ping)衡(heng)(heng)時(shi)。支承(cheng)條件與(yu)實際軸承(cheng)工(gong)作條件不同。具有測量(liang)精度(du)高的特點(dian)。

3. 半硬(ying)支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍(bei)參振(zhen)系(xi)統(tong)共振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。同時具(ju)有(you)有(you)硬(ying)支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)支承(cheng)剛度(du)高的(de)特點(dian)，又有(you)軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)精(jing)度(du)高的(de)優點(dian)。

平衡(heng)機從應用方面分可分為(wei)立式平衡(heng)機和(he)臥(wo)式平衡(heng)機；專用平衡(heng)機和(he)通用平衡(heng)機。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉子(zi)的旋轉軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈水平(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用于(yu)有轉軸(zhou)或可(ke)裝配(pei)工藝軸(zhou)的轉子(zi)，如機(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)是被平(ping)(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)上呈垂直狀(zhuang)態下的平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。適用(yong)于轉(zhuan)(zhuan)子本身(shen)不(bu)具轉(zhuan)(zhuan)軸的盤狀(zhuang)工件(jian)如離合器(qi)、齒輪、風扇、壓盤及(ji)其(qi)總成(cheng)、制動盤、風葉、水泵(beng)葉輪、汽車(che)飛輪、剎車(che)轂、皮(pi)帶輪、砂輪等(deng)盤類零件(jian)。

通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)是指能(neng)對形狀(zhuang)和支(zhi)承形式比較規則的轉子進行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡單，效率(lv)也較高。

專用平(ping)衡機(ji)是(shi)能(neng)對支(zhi)承(cheng)形式和外(wai)觀與一般(ban)轉(zhuan)子不同的(de)(de)(de)轉(zhuan)子進(jin)行平(ping)衡的(de)(de)(de)平(ping)衡機(ji)，例如特(te)別(bie)針對發動機(ji)的(de)(de)(de)曲軸，汽車的(de)(de)(de)傳動軸進(jin)行設計的(de)(de)(de)平(ping)衡機(ji)。功能(neng)專一。  

四. 動(dong)平(ping)衡(heng)加工的方(fang)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(zai)不平衡方向去處(chu)一定的重(zhong)量。常用(yong)的方式有(you)：鏜(tang)削、鉆孔(kong)、鑿削、銑(xian)削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到技術的(de)(de)先進性和經濟上的(de)(de)合理性，國際標準化組織(ISO)于1940年(nian)制定了(le)世界公(gong)認的(de)(de)ISO1940平衡等(deng)級(ji)(ji)，它將轉(zhuan)子平衡等(deng)級(ji)(ji)分為(wei)11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以2.5倍為(wei)增量，從要(yao)求(qiu)更高的(de)(de)G0.4到要(yao)求(qiu)更低的(de)(de)G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡對(dui)于轉(zhuan)子軸心的(de)(de)偏心距離。