平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是(shi)測(ce)量旋(xuan)轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子(zi))不平衡量大小和位置的機器。

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。磐石電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)(zhuan)零部件在制造過程中(zhong)，都需要經過平衡才能平穩正(zheng)常地運(yun)轉(zhuan)(zhuan)。

根據平衡機測出的(de)(de)數據對轉(zhuan)子的(de)(de)不平衡量進(jin)行校正(zheng)，可(ke)改善轉(zhuan)子相對于(yu)軸線(xian)的(de)(de)質(zhi)量分(fen)布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生(sheng)的(de)(de)振(zhen)動或作用于(yu)軸承上(shang)的(de)(de)振(zhen)動力(li)減少到允(yun)許的(de)(de)范圍之內。因此(ci)，平衡機是(shi)減小振(zhen)動、改善性能和提高質(zhi)量的(de)(de)必不可(ke)少的(de)(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和(he)校正(zheng)兩個步驟，平(ping)衡(heng)(heng)機主(zhu)要(yao)用于不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)校正(zheng)則往往借助于鉆床(chuang)、銑床(chuang)和(he)點焊機等(deng)其他輔助設備(bei)，或用手工方法完成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)(heng)機已(yi)將校正(zheng)裝置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)一個部分(fen)。

重力式平(ping)衡(heng)機和(he)離心力式平(ping)衡(heng)機是兩類典型的(de)平(ping)衡(heng)機。

1. 重力式平衡(heng)機一般(ban)稱為靜(jing)平衡(heng)機。

它(ta)是依賴轉子自身的重力作用來(lai)測量靜不(bu)平衡的。

置于兩根水平導軌(gui)上的轉子如(ru)有(you)不(bu)(bu)平衡量(liang)，則它對軸線的重(zhong)力矩使轉子在導軌(gui)上滾動，直(zhi)至這個(ge)不(bu)(bu)平衡量(liang)處于更低位置時才(cai)靜(jing)止。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)轉子(zi)放在(zai)用(yong)靜(jing)壓軸(zhou)承支(zhi)承的(de)(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一片反射(she)(she)鏡。當(dang)轉子(zi)不存在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量時，由光源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光束經此反射(she)(she)鏡反射(she)(she)后(hou)，投射(she)(she)在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量指示器的(de)(de)(de)(de)極坐標原點(dian)。如果轉子(zi)存在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量，則轉子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)(de)(de)重力矩(ju)作用(yong)下發(fa)生(sheng)傾斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)(de)反射(she)(she)鏡也隨之(zhi)傾斜(xie)并使反射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光束偏轉，這(zhe)樣光束投在(zai)極坐標指示器上的(de)(de)(de)(de)光點(dian)便離開原點(dian)。根據(ju)這(zhe)個光點(dian)偏轉的(de)(de)(de)(de)坐標位(wei)置(zhi)，可以得到不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)(de)(de)大小和位(wei)置(zhi)。

重力式平(ping)衡(heng)機(ji)僅適用于某些平(ping)衡(heng)要(yao)求(qiu)不高(gao)的盤狀(zhuang)零件。對(dui)于平(ping)衡(heng)要(yao)求(qiu)高(gao)的轉子，一般采用離(li)心式單面或雙面平(ping)衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離(li)心式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)的狀(zhuang)態下，根據(ju)轉(zhuan)子(zi)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支(zhi)承振(zhen)(zhen)動(dong)，或作用于支(zhi)承的振(zhen)(zhen)動(dong)力來測量不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其(qi)按校正平(ping)面(mian)數量的不(bu)同，可(ke)分為單面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測量一個平(ping)面(mian)上的不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然是(shi)在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時進行(xing)測量，但仍屬于靜平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測量動(dong)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別(bie)測量靜不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱(cheng)為動(dong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)特(te)性不(bu)同，又可分為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速高于(yu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度小，傳感器(qi)檢測出的(de)(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)位移成(cheng)正比。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)度大，傳感器(qi)檢測出的(de)(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)力成(cheng)正比。

平(ping)衡機的主要(yao)性能(neng)用最小可達(da)剩余不平(ping)衡量(liang)(liang)，和不平(ping)衡量(liang)(liang)減(jian)少率兩項綜合指(zhi)標表示。前者是平(ping)衡機能(neng)使轉子達(da)到的剩余不平(ping)衡量(liang)(liang)的最小值(zhi)，它是衡量(liang)(liang)平(ping)衡機更高平(ping)衡能(neng)力的指(zhi)標；后(hou)者是經(jing)過一(yi)次校(xiao)正后(hou)所減(jian)少的不平(ping)衡量(liang)(liang)與(yu)初(chu)始(shi)不平(ping)衡量(liang)(liang)之(zhi)比(bi)，它是衡量(liang)(liang)平(ping)衡效率的指(zhi)標，一(yi)般用百分(fen)數表示。

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。
  根據大批(pi)量(liang)(liang)生產(chan)的(de)需要，對特定的(de)轉子能自動完成平(ping)衡(heng)測量(liang)(liang)和平(ping)衡(heng)校正的(de)自動平(ping)衡(heng)機，以及平(ping)衡(heng)自動線，現代(dai)已大量(liang)(liang)的(de)裝備(bei)在汽車制造(zao)、電(dian)機制造(zao)等工業(ye)部門。

二(er). 平衡機常(chang)用(yong)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

為保(bao)證旋轉機械正常(chang)工作所允許(xu)的轉子剩余不(bu)平(ping)衡(heng)量。該指標用不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)表(biao)示(shi)時，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)（亦稱(cheng)許(xu)用不(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(xiao)正平面的干擾（相互影響(xiang)）

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(ping)衡優劣程度的(de)指標(biao)。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉子(zi)平衡品(pin)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. 最小可達剩余不(bu)平衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余不平衡量（Umar）。單位(wei)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. 不平衡量減少率（URR）

經過(guo)一次(ci)平(ping)(ping)(ping)衡校正所減少的(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量與初始不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量之比值(zhi)。它是衡量平(ping)(ping)(ping)衡機效(xiao)率(lv)的(de)性(xing)能指標，以百分數(shu)表示：

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

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

13. 不平衡力偶干擾比

單面平衡(heng)機抑止不(bu)平衡(heng)力偶影響(xiang)的性能(neng)指(zhi)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)校驗平衡機性能而設計的(de)剛性轉(zhuan)(zhuan)子(zi)。其質(zhi)量、大小、尺寸均有(you)規(gui)定，分立式(shi)(shi)和臥(wo)式(shi)(shi)兩種。立式(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質(zhi)量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質(zhi)量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡機從原(yuan)理方面可以分為硬支承平(ping)衡機、軟支承平(ping)衡機、半硬支承平(ping)衡機。

1. 硬支(zhi)承平衡(heng)機是平衡(heng)轉(zhuan)速(su)遠低(di)于(yu)參振系統共振頻(pin)率的(de)平衡(heng)機。平衡(heng)校驗時，支(zhi)承擺架相對處(chu)于(yu)“硬”狀態，因此(ci)轉(zhuan)子可以在接近(jin)實際(ji)軸承條件下進(jin)行平衡(heng)校正。具有(you)操(cao)作簡便、安全(quan)性能好的(de)特點。

2. 軟支(zhi)(zhi)承平(ping)衡機是平(ping)衡轉(zhuan)速大(da)于參(can)振系統共振頻(pin)率(lv)的平(ping)衡機。平(ping)衡校驗(yan)時(shi)，支(zhi)(zhi)承擺架相(xiang)對處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校驗(yan)平(ping)衡時(shi)。支(zhi)(zhi)承條件(jian)(jian)與實(shi)際軸承工作條件(jian)(jian)不同。具有(you)測量精(jing)度高(gao)的特點(dian)。

3. 半硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉(zhuan)速在0.3~0.5倍參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率(lv)之間的平(ping)(ping)衡機(ji)。同時具有(you)有(you)硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)支(zhi)承(cheng)剛度高的特點(dian)，又有(you)軟(ruan)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)精度高的優點(dian)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從應用方(fang)面分(fen)可分(fen)為立式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和(he)臥式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)；專用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和(he)通用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

臥(wo)式平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是被平衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在(zai)平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)上呈水平狀態的平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。適用于(yu)有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的轉(zhuan)(zhuan)子，如機(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽(qi)輪機(ji)(ji)等等。

立式平(ping)(ping)衡機(ji)是被(bei)平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡機(ji)上(shang)呈垂直狀(zhuang)態下的平(ping)(ping)衡機(ji)。適用于轉(zhuan)子本(ben)身(shen)不具轉(zhuan)軸(zhou)的盤狀(zhuang)工件(jian)如離合器(qi)、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓盤及其總(zong)成(cheng)、制動盤、風葉(xie)、水(shui)泵(beng)葉(xie)輪(lun)(lun)、汽(qi)車(che)飛輪(lun)(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)(lun)、砂(sha)輪(lun)(lun)等盤類零件(jian)。

通用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是指(zhi)能對形狀和支承形式比(bi)較規則(ze)的轉子進行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。通用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)操作簡單，效(xiao)率(lv)也較高。

專(zhuan)用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是能(neng)對支承形式和(he)外(wai)觀與一般轉子(zi)不同的(de)轉子(zi)進行(xing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)的(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機，例如特(te)別針對發動機的(de)曲(qu)軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進行(xing)設(she)計的(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。功能(neng)專(zhuan)一。  

四. 動平衡加工的方(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

即在不平衡方向去處一(yi)定的(de)(de)重量。常用(yong)的(de)(de)方式(shi)有：鏜削、鉆(zhan)孔、鑿削、銑削、磨削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)(de)先進性和經濟上的(de)(de)合(he)理(li)性，國(guo)際標(biao)準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了世(shi)界公(gong)認(ren)的(de)(de)ISO1940平衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)，它將(jiang)轉子平衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)分為11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以2.5倍為增(zeng)量(liang)，從要(yao)求(qiu)更高的(de)(de)G0.4到要(yao)求(qiu)更低(di)的(de)(de)G4000。單位為公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡(heng)對(dui)于(yu)轉子軸(zhou)心的(de)(de)偏心距離。