平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機(ji)是(shi)測量旋轉物體(轉子)不(bu)平衡(heng)量大小(xiao)和位置(zhi)的機(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。平谷電機轉(zhuan)子、機床(chuang)主軸、內(nei)燃機曲(qu)軸、汽輪機轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和(he)鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零部(bu)件在制造過程中，都需要(yao)經過平衡(heng)才能平穩正(zheng)常地運轉(zhuan)。

根(gen)據平(ping)衡(heng)機測出的(de)(de)(de)數據對轉子的(de)(de)(de)不平(ping)衡(heng)量進(jin)行校正，可改善轉子相對于軸(zhou)線的(de)(de)(de)質量分布(bu)，使轉子旋轉時產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)振動或(huo)作用于軸(zhou)承上的(de)(de)(de)振動力(li)減(jian)少到允(yun)許的(de)(de)(de)范圍(wei)之內。因此，平(ping)衡(heng)機是(shi)減(jian)小(xiao)振動、改善性(xing)能和提高質量的(de)(de)(de)必不可少的(de)(de)(de)設備(bei)。

通(tong)常(chang)，轉(zhuan)子(zi)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)包括不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量和校正(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機主要用于(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測量，而不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)校正(zheng)則往往借(jie)助于(yu)鉆床、銑床和點焊機等(deng)其(qi)他(ta)輔助設(she)備，或用手(shou)工方法(fa)完成。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機已將校正(zheng)裝置做成為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)一個(ge)部分。

重力式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)和(he)離心力式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)兩類典型(xing)的平(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重力式平衡機一般稱為靜平衡機。

它是依(yi)賴轉子自身的(de)重力作用來測量(liang)靜不平衡的(de)。

置(zhi)于兩根水(shui)平導軌(gui)上的轉(zhuan)子如有(you)不平衡(heng)量，則它(ta)對軸線的重力矩使(shi)轉(zhuan)子在導軌(gui)上滾動(dong)，直(zhi)至這個不平衡(heng)量處于更低位置(zhi)時才靜止(zhi)。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放在(zai)用(yong)靜(jing)壓(ya)軸承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)支(zhi)座上(shang)，在(zai)支(zhi)座的(de)(de)下面嵌(qian)裝一片反(fan)射(she)(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)存(cun)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)時，由光源射(she)(she)出的(de)(de)光束(shu)(shu)經此反(fan)射(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)指示器的(de)(de)極坐標原(yuan)(yuan)點(dian)。如果轉(zhuan)子(zi)(zi)存(cun)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)座在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)重力矩作用(yong)下發生傾斜(xie)，支(zhi)座下的(de)(de)反(fan)射(she)(she)鏡也隨(sui)之(zhi)傾斜(xie)并使反(fan)射(she)(she)出的(de)(de)光束(shu)(shu)偏轉(zhuan)，這樣光束(shu)(shu)投在(zai)極坐標指示器上(shang)的(de)(de)光點(dian)便離開原(yuan)(yuan)點(dian)。根據(ju)這個光點(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)坐標位(wei)置(zhi)，可以(yi)得到不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)大小和位(wei)置(zhi)。

重力式平(ping)衡(heng)機(ji)僅適用(yong)于某(mou)些平(ping)衡(heng)要求不高的(de)盤狀零(ling)件(jian)。對于平(ping)衡(heng)要求高的(de)轉子，一般采用(yong)離心(xin)式單面或雙面平(ping)衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機是(shi)在轉子旋轉的(de)(de)狀態下(xia)，根據轉子不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)(de)支承振(zhen)動(dong)，或作用于支承的(de)(de)振(zhen)動(dong)力(li)來測量(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數(shu)量(liang)的(de)(de)不(bu)同，可分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機只能測量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然(ran)是(shi)在轉子旋轉時進行測量(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能測量(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測量(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力式平(ping)衡機(ji)按(an)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承特性(xing)不同，又(you)可(ke)分(fen)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)衡機(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承系(xi)統固有(you)頻率的(de)稱為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)衡機(ji)。這種(zhong)平(ping)衡機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承剛度小，傳感器(qi)檢測出(chu)(chu)的(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承的(de)振(zhen)動位移成正(zheng)比。平(ping)衡轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承系(xi)統固有(you)頻率的(de)稱為硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)衡機(ji)，這種(zhong)平(ping)衡機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承剛度大(da)，傳感器(qi)檢測出(chu)(chu)的(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承的(de)振(zhen)動力成正(zheng)比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)主要(yao)性能用最(zui)小可達剩(sheng)(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量減少率兩項綜合指(zhi)(zhi)標(biao)表示(shi)。前者(zhe)(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能使(shi)轉子達到的(de)(de)(de)剩(sheng)(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)(de)最(zui)小值，它是衡(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能力的(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)標(biao)；后(hou)者(zhe)(zhe)是經過一次校正(zheng)后(hou)所減少的(de)(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量之比，它是衡(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效率的(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)標(biao)，一般用百分數表示(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(ju)大(da)批量(liang)(liang)生產(chan)的需(xu)要，對特定的轉子能(neng)自動(dong)完成平(ping)(ping)衡測量(liang)(liang)和(he)平(ping)(ping)衡校正的自動(dong)平(ping)(ping)衡機，以及平(ping)(ping)衡自動(dong)線，現(xian)代已大(da)量(liang)(liang)的裝備在汽車制(zhi)造、電機制(zhi)造等工業部門。

二. 平衡機常用術語(yu)解釋

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(zheng)旋轉(zhuan)機械正常工(gong)作(zuo)所允許的轉(zhuan)子剩(sheng)余不(bu)(bu)平衡(heng)量。該指(zhi)標用(yong)不(bu)(bu)平衡(heng)度表(biao)示時，稱(cheng)為許用(yong)不(bu)(bu)平衡(heng)度（亦稱(cheng)許用(yong)不(bu)(bu)平衡(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(hu)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(liang)轉子平衡(heng)優(you)劣程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉子平(ping)衡品(pin)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(huo)μm

11. 最(zui)小可達剩余不(bu)平衡量（Umar）

最小可達剩余不(bu)平衡量（Umar）。單位是(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(jian)少率（URR）

經(jing)過一次平(ping)(ping)衡校正所(suo)減(jian)少的不平(ping)(ping)衡量與初始不平(ping)(ping)衡量之(zhi)比(bi)值。它是衡量平(ping)(ping)衡機效率的性(xing)能(neng)指標，以(yi)百分數(shu)表示：

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

U2－一次平衡校正后(hou)的剩余不(bu)平衡量

13. 不平(ping)衡(heng)力偶干擾(rao)比

單面平(ping)(ping)衡機抑(yi)止(zhi)不(bu)平(ping)(ping)衡力偶(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)校驗(yan)平衡機性能而(er)設計的(de)剛性轉子。其質(zhi)(zhi)量、大小、尺寸均有規定，分立式(shi)和臥式(shi)兩種。立式(shi)轉子質(zhi)(zhi)量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質(zhi)(zhi)量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)(heng)(heng)機從原理方面可以(yi)分(fen)為硬支承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機、軟支承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機、半(ban)硬支承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機。

1. 硬(ying)(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)參振系統共振頻率的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)校驗時，支(zhi)承(cheng)擺架相對(dui)處于(yu)“硬(ying)(ying)”狀態，因此轉(zhuan)子可以在(zai)接近實(shi)際(ji)軸承(cheng)條件下(xia)進行平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)校正。具有操作簡便、安全性能好(hao)的特(te)點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速大于參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率(lv)的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支(zhi)承(cheng)擺(bai)架(jia)相對(dui)處于“軟”狀態，因此轉子校驗平(ping)衡(heng)時(shi)。支(zhi)承(cheng)條件與實際軸(zhou)承(cheng)工(gong)作條件不同(tong)。具有測(ce)量(liang)精(jing)度高的特(te)點。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參振(zhen)系統(tong)共振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。同時具有(you)有(you)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度高(gao)的(de)特點(dian)，又有(you)軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)精度高(gao)的(de)優點(dian)。

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)從應用方面(mian)分可(ke)分為立式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和臥式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)；專用平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和通(tong)用平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

臥式(shi)平(ping)(ping)衡機是(shi)被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡機上呈水平(ping)(ping)狀態的(de)平(ping)(ping)衡機。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如(ru)機床主(zhu)軸(zhou)、滾筒、風機、增壓器、電機轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機等等。

立式平(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)(heng)機上呈(cheng)垂(chui)直狀(zhuang)態下的平(ping)衡(heng)(heng)機。適用于轉(zhuan)子(zi)本身不(bu)具(ju)轉(zhuan)軸(zhou)的盤(pan)狀(zhuang)工件(jian)如離(li)合器、齒(chi)輪(lun)(lun)、風扇(shan)、壓盤(pan)及(ji)其總成、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)(lun)、汽(qi)車飛輪(lun)(lun)、剎車轂、皮帶(dai)輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等(deng)盤(pan)類零件(jian)。

通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是指(zhi)能(neng)對形狀(zhuang)和支承形式(shi)比(bi)較(jiao)規(gui)則(ze)的轉子進(jin)行動平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機操作簡(jian)單(dan)，效(xiao)率也較(jiao)高(gao)。

專用平衡機(ji)是能對支承形式和外觀與一(yi)般轉子(zi)不同(tong)的(de)轉子(zi)進(jin)行(xing)平衡的(de)平衡機(ji)，例如(ru)特別針對發動機(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進(jin)行(xing)設計的(de)平衡機(ji)。功能專一(yi)。  

四. 動平衡加工(gong)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

即在不平衡方(fang)向去處(chu)一定的(de)重(zhong)量。常(chang)用(yong)的(de)方(fang)式(shi)有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到(dao)技術的先進(jin)性(xing)和(he)經濟上(shang)的合理性(xing)，國際標準化組(zu)織(ISO)于(yu)1940年制定了(le)世(shi)界(jie)公(gong)認的ISO1940平(ping)衡(heng)等(deng)級，它將轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡(heng)等(deng)級分為(wei)11個級別(bie)，每個級別(bie)間以2.5倍為(wei)增量(liang)，從(cong)要求(qiu)更(geng)高的G0.4到(dao)要求(qiu)更(geng)低的G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不(bu)平(ping)衡(heng)對于(yu)轉(zhuan)子(zi)軸心的偏心距離。