平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測量(liang)旋轉物(wu)體(轉子)不平(ping)衡(heng)量(liang)大小和位(wei)置的(de)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。普陀電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸(zhou)、內燃機(ji)曲(qu)軸(zhou)、汽(qi)輪機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子(zi)和(he)鐘表擺輪等(deng)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)零部件在制造過程中，都需要經過平(ping)(ping)衡才(cai)能平(ping)(ping)穩正常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據(ju)(ju)平衡機測出的數(shu)據(ju)(ju)對轉(zhuan)子(zi)的不平衡量(liang)進行校(xiao)正，可改善轉(zhuan)子(zi)相對于(yu)軸(zhou)線的質量(liang)分布，使轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時產(chan)生的振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)或作用(yong)于(yu)軸(zhou)承上的振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)力減少(shao)到允(yun)許(xu)的范(fan)圍(wei)之內。因此，平衡機是(shi)減小振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)、改善性能和(he)提(ti)高(gao)質量(liang)的必不可少(shao)的設備。

通常，轉子的(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)測量(liang)和校正兩個步驟，平(ping)衡(heng)機(ji)主要用(yong)于不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)測量(liang)，而不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)校正則(ze)往往借(jie)助(zhu)于鉆床(chuang)、銑(xian)床(chuang)和點焊機(ji)等其(qi)他輔助(zhu)設(she)備，或用(yong)手工(gong)方(fang)法完成。有些平(ping)衡(heng)機(ji)已將校正裝置做成為平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)一個部分。

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

1. 重力式平衡機一般稱(cheng)為靜平衡機。

它是依(yi)賴轉子自身的重力(li)作(zuo)用來測量靜不平衡的。

置于(yu)兩(liang)根水平導(dao)軌上(shang)的轉(zhuan)(zhuan)子如有(you)不平衡量，則它(ta)對軸線(xian)的重力矩(ju)使轉(zhuan)(zhuan)子在導(dao)軌上(shang)滾(gun)動，直至這個不平衡量處(chu)于(yu)更低位置時才靜止(zhi)。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)轉子(zi)(zi)放在用靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座上，在支(zhi)座的(de)下面嵌裝一(yi)片反(fan)射(she)鏡。當轉子(zi)(zi)不(bu)存在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)時(shi)，由(you)光(guang)源射(she)出(chu)的(de)光(guang)束(shu)(shu)經此反(fan)射(she)鏡反(fan)射(she)后(hou)，投射(she)在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)指示器的(de)極坐標(biao)原點。如果轉子(zi)(zi)存在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，則轉子(zi)(zi)支(zhi)座在不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)重力矩(ju)作用下發生傾(qing)(qing)斜，支(zhi)座下的(de)反(fan)射(she)鏡也(ye)隨之傾(qing)(qing)斜并使(shi)反(fan)射(she)出(chu)的(de)光(guang)束(shu)(shu)偏轉，這樣光(guang)束(shu)(shu)投在極坐標(biao)指示器上的(de)光(guang)點便離開原點。根據這個光(guang)點偏轉的(de)坐標(biao)位置，可以得到不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)大小和(he)位置。

重力式(shi)平衡(heng)(heng)(heng)機僅適用于某些平衡(heng)(heng)(heng)要(yao)求不高(gao)的盤狀零件。對(dui)于平衡(heng)(heng)(heng)要(yao)求高(gao)的轉子，一般采(cai)用離(li)心式(shi)單面或雙面平衡(heng)(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是(shi)(shi)在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀態(tai)下，根據轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引(yin)起的(de)支承振(zhen)動(dong)，或作用于支承的(de)振(zhen)動(dong)力來測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按(an)校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的(de)不(bu)(bu)同(tong)，可(ke)分(fen)為單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)只(zhi)能測(ce)(ce)量(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)(shi)在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時進(jin)行測(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)能測(ce)(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分(fen)別(bie)測(ce)(ce)量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

離(li)心(xin)力式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可分為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速高(gao)于轉子(zi)一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)固(gu)有(you)頻率(lv)的稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這種(zhong)(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小，傳(chuan)感器檢測出(chu)的信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的振(zhen)動位移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速低於(wu)轉子(zi)一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)固(gu)有(you)頻率(lv)的稱為(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這種(zhong)(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大，傳(chuan)感器檢測出(chu)的信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的振(zhen)動力成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)(de)主要性能(neng)用最小可達剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)減少率(lv)兩(liang)項(xiang)綜合(he)指(zhi)標表(biao)示。前者是平(ping)(ping)衡(heng)機能(neng)使轉子達到(dao)的(de)(de)剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最小值，它是衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)機更高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)能(neng)力的(de)(de)指(zhi)標；后者是經過一次校正后所減少的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)之(zhi)比，它是衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)效(xiao)率(lv)的(de)(de)指(zhi)標，一般用百分數(shu)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。
  根據大批量生產的(de)(de)需要，對特(te)定的(de)(de)轉(zhuan)子能自動(dong)(dong)完成平(ping)衡(heng)測(ce)量和平(ping)衡(heng)校正的(de)(de)自動(dong)(dong)平(ping)衡(heng)機，以及平(ping)衡(heng)自動(dong)(dong)線，現代已(yi)大量的(de)(de)裝備(bei)在汽車制造(zao)、電機制造(zao)等工(gong)業部門(men)。

二. 平衡機常用術語(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(wei)保證旋(xuan)轉機械正常(chang)工作所允許的轉子(zi)剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)衡量。該指標用不(bu)平(ping)(ping)衡度(du)(du)表示(shi)時，稱為(wei)許用不(bu)平(ping)(ping)衡度(du)(du)（亦稱許用不(bu)平(ping)(ping)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(mian)的干擾（相(xiang)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)優劣程度的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(ping)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. 最小可達剩(sheng)余不平(ping)衡量（Umar）

最(zui)小(xiao)可達(da)剩余(yu)不平衡(heng)量(liang)（Umar）。單(dan)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)平衡量(liang)減(jian)少(shao)率（URR）

經過一次平(ping)衡校正所減(jian)少(shao)的(de)不(bu)平(ping)衡量與(yu)初始不(bu)平(ping)衡量之(zhi)比值。它(ta)是(shi)衡量平(ping)衡機效(xiao)率的(de)性(xing)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(heng)量            

U2－一次(ci)平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不平衡力(li)偶干擾比

單面平(ping)衡機抑止不平(ping)衡力(li)偶影響的性能指標。

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(ping)衡機性能而(er)設計的剛(gang)性轉(zhuan)子。其(qi)質量(liang)、大(da)小、尺寸均(jun)有(you)規定，分立(li)式(shi)(shi)和臥式(shi)(shi)兩種。立(li)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)衡機(ji)從原理(li)方(fang)面可以分為硬支(zhi)承平(ping)衡機(ji)、軟支(zhi)承平(ping)衡機(ji)、半硬支(zhi)承平(ping)衡機(ji)。

1. 硬(ying)支承平衡(heng)機(ji)(ji)是平衡(heng)轉速遠(yuan)低(di)于參振系統共(gong)振頻率的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)。平衡(heng)校驗時，支承擺(bai)架(jia)相(xiang)對處(chu)于“硬(ying)”狀態，因此轉子可以在接近(jin)實際軸承條件(jian)下(xia)進行平衡(heng)校正。具有操作簡(jian)便(bian)、安全性能好的(de)特點。

2. 軟支承(cheng)平衡機是(shi)平衡轉速大于參振系(xi)統共振頻(pin)率的平衡機。平衡校(xiao)驗(yan)時，支承(cheng)擺架相對處于“軟”狀態，因(yin)此轉子校(xiao)驗(yan)平衡時。支承(cheng)條件與實際軸承(cheng)工(gong)作條件不同(tong)。具(ju)有測量(liang)精度(du)高的特點。

3. 半硬(ying)支承(cheng)(cheng)(cheng)平衡機(ji)是平衡轉速在(zai)0.3~0.5倍參振系統(tong)共振頻率(lv)之(zhi)間(jian)的平衡機(ji)。同時(shi)具(ju)有(you)有(you)硬(ying)支承(cheng)(cheng)(cheng)平衡機(ji)支承(cheng)(cheng)(cheng)剛度(du)高的特點，又有(you)軟支承(cheng)(cheng)(cheng)平衡機(ji)精度(du)高的優(you)點。

平(ping)衡機從應用方面分可分為立(li)式平(ping)衡機和(he)臥式平(ping)衡機；專用平(ping)衡機和(he)通用平(ping)衡機。

臥(wo)式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)子的旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)上呈(cheng)水(shui)平(ping)狀態的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。適用于(yu)有轉(zhuan)軸(zhou)或可裝配(pei)工藝軸(zhou)的轉(zhuan)子，如(ru)機(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風(feng)機(ji)(ji)、增壓(ya)器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)轉子(zi)的(de)旋轉軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈垂直(zhi)狀(zhuang)態下的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。適用于轉子(zi)本身(shen)不具轉軸(zhou)的(de)盤狀(zhuang)工件如離合(he)器、齒輪(lun)、風扇(shan)、壓盤及其總成、制動盤、風葉、水泵(beng)葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂、皮帶(dai)輪(lun)、砂輪(lun)等(deng)盤類零件。

通用平衡機是指能對形狀(zhuang)和(he)支承形式(shi)比較(jiao)規則(ze)的轉子進行動平衡的平衡機。通用平衡機操作(zuo)簡單，效率也較(jiao)高。

專用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機是能對支承形式和(he)外觀與一般轉子不同的(de)轉子進行平(ping)(ping)衡(heng)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機，例如(ru)特別針對發動機的(de)曲軸，汽(qi)車的(de)傳動軸進行設計的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。功能專一。  

四(si). 動平衡加工的方法

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(zai)不平(ping)衡(heng)方(fang)(fang)向去(qu)處一定的(de)重(zhong)量。常(chang)用的(de)方(fang)(fang)式有：鏜(tang)削(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技(ji)術的先(xian)進性和(he)經濟上的合理性，國際標(biao)準化組(zu)織(zhi)(ISO)于1940年(nian)制定了世(shi)界公(gong)認的ISO1940平衡(heng)等級(ji)，它將轉(zhuan)(zhuan)子(zi)平衡(heng)等級(ji)分為11個(ge)級(ji)別(bie)，每(mei)個(ge)級(ji)別(bie)間以2.5倍為增量，從(cong)要求更高(gao)的G0.4到要求更低的G4000。單位為公(gong)克(ke)×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代(dai)表不平衡(heng)對于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)軸心的偏心距離。