平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)(ji)是測量(liang)旋轉物體(ti)(轉子)不平衡量(liang)大小和位置的機(ji)(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。盤錦電機轉(zhuan)子、機床主(zhu)軸、內燃機曲軸、汽輪(lun)機轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺輪(lun)等旋轉(zhuan)零部(bu)件在制造過(guo)程中，都需要經過(guo)平(ping)衡才(cai)能平(ping)穩正常地運轉(zhuan)。

根據(ju)平衡機測出(chu)的數據(ju)對轉(zhuan)子的不(bu)平衡量進行校正，可(ke)改善(shan)轉(zhuan)子相(xiang)對于軸線的質(zhi)量分布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生(sheng)的振(zhen)(zhen)動(dong)或作用于軸承上的振(zhen)(zhen)動(dong)力減少到(dao)允(yun)許(xu)的范圍之內。因此，平衡機是減小振(zhen)(zhen)動(dong)、改善(shan)性能和提高質(zhi)量的必不(bu)可(ke)少的設備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)包括不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量和校(xiao)正兩個(ge)(ge)步驟，平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機主要用于不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量，而(er)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)校(xiao)正則往(wang)往(wang)借助(zhu)于鉆床、銑床和點(dian)焊機等其(qi)他輔助(zhu)設備，或用手工方法完(wan)成。有些(xie)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機已將(jiang)校(xiao)正裝置做成為平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)一個(ge)(ge)部分。

重力(li)式平衡機和離心力(li)式平衡機是兩(liang)類典型的(de)平衡機。

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

它是依賴轉子自身的(de)重力作用來測量靜不平(ping)衡的(de)。

置(zhi)于(yu)兩(liang)根水平導軌上的(de)轉(zhuan)子如有(you)不平衡量，則它對軸線(xian)的(de)重力矩(ju)使轉(zhuan)子在導軌上滾動，直至這個不平衡量處于(yu)更低位(wei)置(zhi)時才靜止(zhi)。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)轉子(zi)(zi)放在(zai)用(yong)靜(jing)壓軸(zhou)承支(zhi)承的(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)下(xia)面(mian)嵌(qian)裝一(yi)片反射(she)(she)鏡。當轉子(zi)(zi)不(bu)存在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)時，由光源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光束(shu)經此(ci)反射(she)(she)鏡反射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)指示(shi)(shi)器的(de)(de)(de)極(ji)坐(zuo)標原點(dian)。如(ru)果轉子(zi)(zi)存在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則(ze)轉子(zi)(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)重力(li)矩作用(yong)下(xia)發生傾斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)反射(she)(she)鏡也隨之傾斜(xie)并使反射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光束(shu)偏轉，這樣光束(shu)投在(zai)極(ji)坐(zuo)標指示(shi)(shi)器上(shang)的(de)(de)(de)光點(dian)便離開原點(dian)。根(gen)據這個光點(dian)偏轉的(de)(de)(de)坐(zuo)標位置(zhi)，可以得到(dao)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)大(da)小和位置(zhi)。

重(zhong)力式(shi)平(ping)衡機僅適(shi)用于(yu)某些平(ping)衡要求不(bu)高的(de)盤狀零件。對(dui)于(yu)平(ping)衡要求高的(de)轉子，一般采用離心式(shi)單面或雙面平(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是在轉子旋(xuan)轉的狀(zhuang)態下，根(gen)據轉子不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的支承(cheng)振動，或作用于支承(cheng)的振動力來測(ce)量(liang)(liang)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的不同(tong)，可分為單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)只能(neng)測(ce)量(liang)(liang)一(yi)個(ge)平(ping)(ping)面(mian)上的不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它(ta)雖然(ran)是在轉子旋(xuan)轉時(shi)進行(xing)測(ce)量(liang)(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)測(ce)量(liang)(liang)動不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能(neng)分別測(ce)量(liang)(liang)靜(jing)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)和(he)偶不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一(yi)般稱為動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離(li)心(xin)力式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同(tong)，又可分為軟(ruan)(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速高于轉子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻率(lv)的(de)稱為軟(ruan)(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳感器(qi)檢測出的(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)(zhen)動位移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻率(lv)的(de)稱為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度大，傳感器(qi)檢測出的(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)(zhen)動力成正比(bi)。

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主要性能用最(zui)小可達(da)剩余不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，和(he)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)減少(shao)(shao)率兩項(xiang)綜合指(zhi)標(biao)表示(shi)(shi)。前(qian)者是平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能使轉子達(da)到的(de)(de)剩余不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)最(zui)小值，它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高(gao)平(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)(de)指(zhi)標(biao)；后(hou)者是經過(guo)一次校正后(hou)所減少(shao)(shao)的(de)(de)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與(yu)初(chu)始不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之(zhi)比，它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)(de)指(zhi)標(biao)，一般用百(bai)分數表示(shi)(shi)。

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(pi)量(liang)生產的(de)需要，對特定(ding)的(de)轉子能自動(dong)完(wan)成(cheng)平(ping)衡(heng)測(ce)量(liang)和(he)平(ping)衡(heng)校(xiao)正的(de)自動(dong)平(ping)衡(heng)機，以及平(ping)衡(heng)自動(dong)線(xian)，現代已大量(liang)的(de)裝(zhuang)備(bei)在汽車制(zhi)造、電機制(zhi)造等(deng)工業部門。

二. 平衡(heng)機(ji)常用術(shu)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

為保證旋轉機械正(zheng)常工作所允(yun)許(xu)(xu)的(de)轉子(zi)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)量。該(gai)指標(biao)用(yong)(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)度表示時，稱為許(xu)(xu)用(yong)(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)度（亦(yi)稱許(xu)(xu)用(yong)(yong)不(bu)平(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

衡量轉子平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，單(dan)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(ke)達(da)剩余不平衡(heng)量（Umar）

最小可達剩余不平衡量(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(bu)平衡(heng)量減(jian)少(shao)率（URR）

經過一次平衡(heng)校正所(suo)減少(shao)的不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)(liang)與初(chu)始不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)(liang)之比值。它(ta)是衡(heng)量(liang)(liang)(liang)平衡(heng)機效率的性(xing)能指標，以百分數表示(shi)：

 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(zheng)后的剩余不平(ping)衡(heng)量

13. 不(bu)平(ping)衡力偶干擾比

單(dan)面平衡機抑止不平衡力偶影(ying)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

為校驗平衡機性(xing)能而(er)設計的剛性(xing)轉子。其質(zhi)量(liang)、大小、尺寸(cun)均有規定(ding)，分立式和臥(wo)式兩(liang)種。立式轉子質(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉子質(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機(ji)從(cong)原理方(fang)面(mian)可以(yi)分(fen)為硬支(zhi)承平衡(heng)機(ji)、軟支(zhi)承平衡(heng)機(ji)、半硬支(zhi)承平衡(heng)機(ji)。

1. 硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速遠(yuan)低于(yu)(yu)參振系統共振頻(pin)率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支(zhi)承(cheng)擺架相對處于(yu)(yu)“硬”狀態，因(yin)此轉子(zi)可以在(zai)接近實際軸(zhou)承(cheng)條件下進行(xing)平(ping)衡(heng)校正。具有操作簡(jian)便、安全性能好(hao)的特點。

2. 軟(ruan)(ruan)支承平(ping)(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)(ping)衡轉速大于參振系統共振頻率的(de)平(ping)(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)(ping)衡校(xiao)驗時，支承擺(bai)架(jia)相對處(chu)于“軟(ruan)(ruan)”狀態(tai)，因此轉子校(xiao)驗平(ping)(ping)(ping)衡時。支承條件與實際軸(zhou)承工作條件不同。具有測量(liang)精度高的(de)特(te)點。

3. 半硬(ying)支承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速在0.3~0.5倍參振系(xi)統(tong)共振頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)機。同時(shi)具有(you)有(you)硬(ying)支承平(ping)衡(heng)機支承剛度高的(de)特點，又有(you)軟支承平(ping)衡(heng)機精(jing)度高的(de)優點。

平(ping)衡機(ji)(ji)從應用方面(mian)分可分為立式平(ping)衡機(ji)(ji)和臥式平(ping)衡機(ji)(ji)；專用平(ping)衡機(ji)(ji)和通用平(ping)衡機(ji)(ji)。

臥式平(ping)衡機(ji)(ji)是被(bei)平(ping)衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在(zai)平(ping)衡機(ji)(ji)上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)軸或可裝配工藝(yi)軸的轉(zhuan)子，如機(ji)(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增(zeng)壓器(qi)、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子、汽輪(lun)機(ji)(ji)等等。

立式(shi)平衡機是被平衡轉子的(de)旋轉軸在平衡機上(shang)呈垂直狀(zhuang)態下的(de)平衡機。適用于轉子本身(shen)不具轉軸的(de)盤狀(zhuang)工件如(ru)離合(he)器、齒輪(lun)、風扇(shan)、壓盤及(ji)其總成、制動盤、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零(ling)件。

通用平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形(xing)狀和支(zhi)承形(xing)式比較規則的轉子進行動平(ping)(ping)衡(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。通用平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)操作(zuo)簡單，效率也較高(gao)。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是能(neng)對支承(cheng)形式和外觀與一般轉(zhuan)(zhuan)子不同的(de)轉(zhuan)(zhuan)子進行平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)，例如(ru)特別針對發動機(ji)(ji)(ji)的(de)曲軸，汽車的(de)傳動軸進行設計的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。功能(neng)專一。  

四(si). 動平衡加工(gong)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)方向去處(chu)一定的重量。常用的方式有：鏜(tang)削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進性和經濟上(shang)的(de)合(he)理性，國際標準化組(zu)織(ISO)于1940年(nian)制定了世界公認(ren)的(de)ISO1940平(ping)衡等級(ji)，它將(jiang)轉子(zi)(zi)平(ping)衡等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別(bie)，每個級(ji)別(bie)間以2.5倍為(wei)增量，從要求更高的(de)G0.4到要求更低的(de)G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于轉子(zi)(zi)軸心的(de)偏(pian)心距離。