平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量旋轉物體(轉子(zi))不(bu)平衡量大小和位置(zhi)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。青浦電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床(chuang)主軸、內(nei)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)零部件在制造過(guo)程中，都需要經過(guo)平衡(heng)才(cai)能平穩正常地(di)運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)(ping)衡機測出的(de)(de)數(shu)據(ju)對轉子(zi)的(de)(de)不平(ping)(ping)衡量進行校正，可改善轉子(zi)相對于軸線的(de)(de)質量分布，使(shi)轉子(zi)旋轉時產生的(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用于軸承上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力(li)減(jian)少(shao)到允許的(de)(de)范圍之內。因此，平(ping)(ping)衡機是減(jian)小(xiao)振(zhen)動(dong)、改善性能和提高質量的(de)(de)必不可少(shao)的(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)包括不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和(he)校正(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)衡(heng)機(ji)主要用(yong)于不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)校正(zheng)則往往借(jie)助(zhu)于鉆床、銑床和(he)點焊機(ji)等(deng)其他輔助(zhu)設(she)備，或用(yong)手(shou)工方(fang)法完成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)機(ji)已將校正(zheng)裝置(zhi)做成(cheng)為平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)一個(ge)部分。

重(zhong)力式(shi)平衡機(ji)和離(li)心力式(shi)平衡機(ji)是兩(liang)類典型的平衡機(ji)。

1. 重力式平(ping)(ping)衡機一般稱為靜平(ping)(ping)衡機。

它(ta)是依賴轉子(zi)自身的(de)重(zhong)力作用來(lai)測量靜不平衡的(de)。

置(zhi)于兩根水平(ping)導軌(gui)(gui)上(shang)的轉子如有(you)不(bu)平(ping)衡量(liang)，則它對(dui)軸(zhou)線的重力矩使轉子在導軌(gui)(gui)上(shang)滾(gun)動，直(zhi)至這個(ge)不(bu)平(ping)衡量(liang)處(chu)于更低位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)子放在(zai)用靜壓(ya)軸(zhou)承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝(zhuang)一片反射(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子不(bu)存在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)時，由光(guang)(guang)源射(she)出的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)束經此反射(she)鏡(jing)反射(she)后，投(tou)射(she)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)指(zhi)示器的(de)(de)(de)(de)(de)極坐標原點(dian)。如果(guo)轉(zhuan)子存在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)子支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)重力矩(ju)作(zuo)用下(xia)發生傾斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)反射(she)鏡(jing)也隨之(zhi)傾斜并使反射(she)出的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)束偏轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)束投(tou)在(zai)極坐標指(zhi)示器上的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)點(dian)便離開(kai)原點(dian)。根(gen)據這個光(guang)(guang)點(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)(de)坐標位置，可以得到不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)大小和(he)位置。

重力式平(ping)衡(heng)機僅(jin)適(shi)用于(yu)某些(xie)平(ping)衡(heng)要(yao)(yao)求不高的(de)盤(pan)狀零件。對于(yu)平(ping)衡(heng)要(yao)(yao)求高的(de)轉子，一般采用離心式單面(mian)或雙面(mian)平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)狀態下，根據轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的(de)(de)支(zhi)承振(zhen)動(dong)(dong)，或作用于(yu)支(zhi)承的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)力來測(ce)(ce)量不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按(an)校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面數量的(de)(de)不同(tong)，可分(fen)(fen)為(wei)(wei)單面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)(ce)量一(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)面上(shang)的(de)(de)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時進行測(ce)(ce)量，但仍(reng)屬(shu)于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能測(ce)(ce)量動(dong)(dong)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分(fen)(fen)別測(ce)(ce)量靜(jing)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一(yi)般稱為(wei)(wei)動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又(you)可分為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小(xiao)，傳感(gan)器(qi)檢測出(chu)的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)位移(yi)成(cheng)正比。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)(wei)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)，這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳感(gan)器(qi)檢測出(chu)的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)力成(cheng)正比。

平衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)主(zhu)要性能(neng)用最小可(ke)達剩(sheng)(sheng)余(yu)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)減少(shao)率兩項綜(zong)合指標表示。前(qian)者是(shi)平衡(heng)(heng)機能(neng)使轉子達到的(de)(de)(de)剩(sheng)(sheng)余(yu)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)最小值，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)機更高平衡(heng)(heng)能(neng)力(li)的(de)(de)(de)指標；后者是(shi)經過(guo)一(yi)次校正后所減少(shao)的(de)(de)(de)不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平衡(heng)(heng)效(xiao)率的(de)(de)(de)指標，一(yi)般用百分數表示。

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(da)批(pi)量生產的(de)(de)(de)(de)需要，對特(te)定的(de)(de)(de)(de)轉子(zi)能自動完成平(ping)衡(heng)測量和(he)平(ping)衡(heng)校正的(de)(de)(de)(de)自動平(ping)衡(heng)機，以(yi)及平(ping)衡(heng)自動線，現代已大(da)量的(de)(de)(de)(de)裝備在(zai)汽車制(zhi)造(zao)、電機制(zhi)造(zao)等工(gong)業部門。

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

為保證旋轉(zhuan)機(ji)械正常(chang)工作所允許的(de)轉(zhuan)子剩余不平衡(heng)量。該指標用(yong)不平衡(heng)度(du)表示時，稱為許用(yong)不平衡(heng)度(du)（亦(yi)稱許用(yong)不平衡(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(hu)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(zi)平(ping)衡優劣程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(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(ke)達(da)剩余不(bu)平衡量（Umar）

最小可達剩余不平(ping)衡量（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(ping)衡(heng)量減(jian)少率(lv)（URR）

經過一次平衡(heng)(heng)校正所(suo)減少的不(bu)平衡(heng)(heng)量與(yu)初始不(bu)平衡(heng)(heng)量之(zhi)比值。它是(shi)衡(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)機效率(lv)的性(xing)能指標，以(yi)百分數(shu)表(biao)示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式(shi)中：U1－初始不(bu)平衡量            ;

U2－一次(ci)平(ping)衡校(xiao)正后的剩余(yu)不平(ping)衡量

13. 不平衡(heng)力偶干(gan)擾比

單面平衡機抑(yi)止不平衡力(li)偶影響(xiang)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

為校(xiao)驗平衡(heng)機性能而設計的剛性轉(zhuan)子。其質量(liang)、大小、尺(chi)寸(cun)均(jun)有規(gui)定(ding)，分立式和臥(wo)式兩種(zhong)。立式轉(zhuan)子質量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉(zhuan)子質量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機(ji)(ji)從原理方(fang)面可以分為硬支承平衡(heng)機(ji)(ji)、軟(ruan)支承平衡(heng)機(ji)(ji)、半硬支承平衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡機(ji)是(shi)平(ping)衡轉速遠低于參(can)振系統(tong)共振頻率(lv)的(de)平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡校驗時，支承(cheng)擺架(jia)相(xiang)對(dui)處于“硬”狀態，因此(ci)轉子可以在接近實際軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡校正。具(ju)有操(cao)作(zuo)簡便、安全性能好的(de)特(te)點。

2. 軟支承平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速大于參振系(xi)統共振頻率(lv)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)校驗時，支承擺架相對處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校驗平(ping)(ping)衡(heng)時。支承條件(jian)與實(shi)際(ji)軸承工作條件(jian)不同。具有(you)測量精度高的(de)特點。

3. 半(ban)硬支承(cheng)平衡(heng)(heng)機是平衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系(xi)統共振頻率之(zhi)間的平衡(heng)(heng)機。同時具有有硬支承(cheng)平衡(heng)(heng)機支承(cheng)剛度(du)高的特點(dian)，又有軟支承(cheng)平衡(heng)(heng)機精度(du)高的優點(dian)。

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

臥式平(ping)(ping)衡機(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在(zai)平(ping)(ping)衡機(ji)上呈(cheng)水平(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)衡機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)或(huo)可(ke)裝配工藝軸(zhou)(zhou)的轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)床(chuang)主軸(zhou)(zhou)、滾(gun)筒、風機(ji)、增壓器、電(dian)機(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式平衡(heng)機是被平衡(heng)轉子的旋轉軸在平衡(heng)機上(shang)呈垂直狀態下的平衡(heng)機。適用于轉子本身不(bu)具(ju)轉軸的盤狀工件(jian)如(ru)離合(he)器、齒(chi)輪、風扇、壓盤及其總成(cheng)、制動(dong)盤、風葉、水泵(beng)葉輪、汽車飛輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等盤類(lei)零件(jian)。

通用(yong)平衡機(ji)是指能對形(xing)狀和支承形(xing)式比較規則的(de)轉子(zi)進(jin)行動平衡的(de)平衡機(ji)。通用(yong)平衡機(ji)操作簡(jian)單(dan)，效率也較高。

專用平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是能(neng)對(dui)支承形式(shi)和外觀(guan)與一(yi)般轉子(zi)(zi)不同的(de)轉子(zi)(zi)進行(xing)平衡(heng)的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)，例如特別針對(dui)發(fa)動機(ji)(ji)(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進行(xing)設計的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。功能(neng)專一(yi)。  

四. 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)不平衡方向去處一定的重量(liang)。常用的方式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到技(ji)術的先進性(xing)和(he)經濟上(shang)的合(he)理性(xing)，國際標準化組織(ISO)于1940年制定了世界公認的ISO1940平(ping)(ping)衡等級(ji)(ji)，它將轉子(zi)平(ping)(ping)衡等級(ji)(ji)分為(wei)11個級(ji)(ji)別(bie)，每個級(ji)(ji)別(bie)間以(yi)2.5倍為(wei)增量(liang)，從要(yao)求更高的G0.4到要(yao)求更低的G4000。單位(wei)為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)(ping)衡對于轉子(zi)軸心(xin)的偏心(xin)距(ju)離。