平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測量旋轉(zhuan)物體(ti)(轉(zhuan)子)不平衡量大小(xiao)和位置的機(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。齊齊哈爾電機轉子(zi)、機(ji)床主軸(zhou)、內燃(ran)機(ji)曲軸(zhou)、汽輪(lun)機(ji)轉子(zi)、陀螺(luo)轉子(zi)和鐘(zhong)表擺輪(lun)等旋(xuan)轉零部(bu)件在制造過程中，都(dou)需要(yao)經(jing)過平衡才能平穩正常地運轉。

根據平(ping)(ping)衡機(ji)測出的數據對轉子(zi)的不(bu)平(ping)(ping)衡量進行校(xiao)正(zheng)，可改善轉子(zi)相對于軸線的質量分布，使(shi)轉子(zi)旋(xuan)轉時(shi)產生(sheng)的振動或作用于軸承上(shang)的振動力(li)減(jian)少到允許的范圍之內。因此，平(ping)(ping)衡機(ji)是減(jian)小振動、改善性能和(he)提高質量的必不(bu)可少的設備。

通常，轉子的(de)平衡(heng)(heng)包(bao)括不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和(he)(he)校(xiao)(xiao)正(zheng)兩個步驟，平衡(heng)(heng)機(ji)主要(yao)用(yong)于(yu)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)校(xiao)(xiao)正(zheng)則往往借助(zhu)于(yu)鉆床(chuang)、銑(xian)床(chuang)和(he)(he)點焊機(ji)等其他輔助(zhu)設備，或(huo)用(yong)手工方法完(wan)成。有些平衡(heng)(heng)機(ji)已將校(xiao)(xiao)正(zheng)裝置做成為平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)一個部分。

重力式平(ping)(ping)衡(heng)機和離心力式平(ping)(ping)衡(heng)機是兩類(lei)典型的平(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 重力式平(ping)衡機一(yi)般稱為靜(jing)平(ping)衡機。

它是(shi)依(yi)賴(lai)轉子自身的(de)重力作用(yong)來測(ce)量靜不平衡的(de)。

置于(yu)兩根水平導軌(gui)上的(de)(de)轉子如有(you)不平衡(heng)量，則它(ta)對軸線(xian)的(de)(de)重(zhong)力矩(ju)使轉子在(zai)導軌(gui)上滾動，直至這個不平衡(heng)量處于(yu)更低(di)位置時才靜止。

被平(ping)衡(heng)(heng)的(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放在用靜壓軸承(cheng)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)支(zhi)(zhi)座上，在支(zhi)(zhi)座的(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)(fan)射(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)(bu)存在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量時(shi)，由光(guang)源(yuan)射(she)出的(de)光(guang)束(shu)經此反(fan)(fan)射(she)鏡反(fan)(fan)射(she)后，投射(she)在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量指示器的(de)極(ji)坐標(biao)原(yuan)(yuan)點。如果轉(zhuan)子(zi)(zi)存在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量，則轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)(zhi)座在不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)重力矩作用下(xia)發生傾斜，支(zhi)(zhi)座下(xia)的(de)反(fan)(fan)射(she)鏡也隨(sui)之傾斜并(bing)使反(fan)(fan)射(she)出的(de)光(guang)束(shu)偏(pian)轉(zhuan)，這樣光(guang)束(shu)投在極(ji)坐標(biao)指示器上的(de)光(guang)點便離(li)開原(yuan)(yuan)點。根據這個光(guang)點偏(pian)轉(zhuan)的(de)坐標(biao)位置(zhi)(zhi)，可以得(de)到不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)大小(xiao)和位置(zhi)(zhi)。

重力(li)式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)僅適用于(yu)(yu)某(mou)些平衡(heng)(heng)要求(qiu)不高(gao)的盤狀零件。對于(yu)(yu)平衡(heng)(heng)要求(qiu)高(gao)的轉子，一般采用離(li)心式(shi)單面或雙面平衡(heng)(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)在轉子旋轉的狀態下，根據(ju)轉子不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承(cheng)振動(dong)，或(huo)作(zuo)用(yong)于支承(cheng)的振動(dong)力來測(ce)(ce)量不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)面(mian)(mian)數量的不(bu)(bu)(bu)同(tong)，可分(fen)為(wei)單(dan)面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)(ce)量一個平(ping)面(mian)(mian)上的不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然是(shi)在轉子旋轉時進行測(ce)(ce)量，但仍屬于靜平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能測(ce)(ce)量動(dong)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分(fen)別測(ce)(ce)量靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為(wei)動(dong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特(te)性(xing)不(bu)同(tong)，又(you)可分(fen)為(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。平衡(heng)(heng)(heng)轉速高于轉子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固有(you)頻率的(de)(de)(de)(de)(de)稱為(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。這(zhe)(zhe)種平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳感器(qi)檢測出的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)位移成正比。平衡(heng)(heng)(heng)轉速低於轉子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固有(you)頻率的(de)(de)(de)(de)(de)稱為(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)，這(zhe)(zhe)種平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大(da)，傳感器(qi)檢測出的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)力成正比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)主要性能用(yong)最(zui)小可達剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減少率兩項綜合指(zhi)標表(biao)示。前(qian)者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能使(shi)轉(zhuan)子(zi)達到的(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最(zui)小值，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)標；后者是(shi)經(jing)過一次(ci)校正后所減少的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與(yu)初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之(zhi)比，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標，一般用(yong)百分數表(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(da)批量生產的(de)(de)(de)需要(yao)，對特(te)定(ding)的(de)(de)(de)轉子能自動(dong)(dong)完成平衡(heng)(heng)測量和平衡(heng)(heng)校正的(de)(de)(de)自動(dong)(dong)平衡(heng)(heng)機，以及平衡(heng)(heng)自動(dong)(dong)線(xian)，現代已(yi)大(da)量的(de)(de)(de)裝備在汽車制造、電機制造等工業部(bu)門。

二. 平衡機常(chang)用術語解釋

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

為保證旋轉機械正常工作所(suo)允許(xu)的轉子(zi)剩余不平(ping)衡(heng)量。該指(zhi)標用(yong)(yong)不平(ping)衡(heng)度(du)表示時，稱為許(xu)用(yong)(yong)不平(ping)衡(heng)度(du)（亦(yi)稱許(xu)用(yong)(yong)不平(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. 校正平面(mian)的干(gan)擾（相互(hu)影(ying)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)平衡優劣程(cheng)度(du)的指標。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉子平衡(heng)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(wei)：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可達剩(sheng)余不平衡量（Umar）

最小可達剩余(yu)不(bu)平衡量（Umar）。單位(wei)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. 不平衡(heng)量減少(shao)率（URR）

經(jing)過一次平衡校正所(suo)減少(shao)的不(bu)(bu)平衡量(liang)與初始不(bu)(bu)平衡量(liang)之比值。它是衡量(liang)平衡機效率的性能(neng)指標，以(yi)百分數表示：

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

U2－一(yi)次平(ping)衡校正后的剩余不平(ping)衡量

13. 不平衡力偶(ou)干(gan)擾比

單面(mian)平衡機抑止(zhi)不平衡力偶(ou)影(ying)響(xiang)的性能(neng)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(heng)機性能而設計的剛(gang)性轉子。其質(zhi)(zhi)量、大小(xiao)、尺寸均有(you)規(gui)定(ding)，分立(li)(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)(li)式(shi)轉子質(zhi)(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質(zhi)(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)從原理方面可以分為硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)、軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)、半硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支承平(ping)衡機是平(ping)衡轉速(su)遠(yuan)低于參振系統共振頻率的平(ping)衡機。平(ping)衡校(xiao)驗(yan)時，支承擺架相對(dui)處于“硬(ying)”狀態，因此轉子可(ke)以在接近(jin)實際軸承條件下進(jin)行平(ping)衡校(xiao)正(zheng)。具有操作簡便、安全性能(neng)好的特點。

2. 軟(ruan)支(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)大于參振(zhen)系統共(gong)振(zhen)頻(pin)率的平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支(zhi)(zhi)承擺架(jia)相對處(chu)于“軟(ruan)”狀態，因此轉(zhuan)子校驗平(ping)衡(heng)(heng)時。支(zhi)(zhi)承條件與實際軸承工作條件不同。具(ju)有(you)測量(liang)精度高的特點。

3. 半(ban)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉速在0.3~0.5倍參振(zhen)系(xi)統(tong)共振(zhen)頻率之(zhi)間(jian)的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)。同時具(ju)有(you)有(you)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度高(gao)的(de)特點(dian)，又有(you)軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)精度高(gao)的(de)優(you)點(dian)。

平衡(heng)機從(cong)應用方面分(fen)可(ke)分(fen)為(wei)立式平衡(heng)機和(he)臥式平衡(heng)機；專用平衡(heng)機和(he)通用平衡(heng)機。

臥式平(ping)衡機是被平(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)在平(ping)衡機上呈(cheng)水平(ping)狀態的平(ping)衡機。適用于有轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)(zhou)的轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子，如(ru)機床主軸(zhou)(zhou)、滾筒(tong)、風(feng)機、增壓器、電機轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子、汽輪機等等。

立式平(ping)(ping)衡機是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡機上呈垂直狀態下(xia)的(de)平(ping)(ping)衡機。適(shi)用于(yu)轉(zhuan)子本身(shen)不具(ju)轉(zhuan)軸(zhou)的(de)盤狀工(gong)件(jian)如(ru)離(li)合器、齒輪、風(feng)扇、壓(ya)盤及其總成、制動盤、風(feng)葉、水泵葉輪、汽車(che)飛輪、剎車(che)轂(gu)、皮(pi)帶輪、砂輪等(deng)盤類零件(jian)。

通用平衡機是指能對形(xing)(xing)狀和(he)支承(cheng)形(xing)(xing)式比較(jiao)規(gui)則的(de)轉(zhuan)子進(jin)行動平衡的(de)平衡機。通用平衡機操作簡(jian)單(dan)，效率也較(jiao)高。

專用平衡(heng)機是能(neng)對支(zhi)承(cheng)形(xing)式和外觀與一般轉(zhuan)子(zi)不同的(de)轉(zhuan)子(zi)進(jin)行平衡(heng)的(de)平衡(heng)機，例如特別針對發動(dong)機的(de)曲軸(zhou)(zhou)，汽車的(de)傳(chuan)動(dong)軸(zhou)(zhou)進(jin)行設計的(de)平衡(heng)機。功(gong)能(neng)專一。  

四. 動(dong)平衡加(jia)工的方(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)平衡方向去(qu)處一定(ding)的重量(liang)。常用的方式有(you)：鏜削(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)(de)(de)先進性(xing)和經濟上的(de)(de)(de)合(he)理性(xing)，國際標(biao)準化組織(ISO)于(yu)1940年(nian)制定了世界公認的(de)(de)(de)ISO1940平(ping)(ping)衡等級，它將(jiang)轉(zhuan)子平(ping)(ping)衡等級分為11個級別，每個級別間以2.5倍為增(zeng)量，從(cong)要求更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)G0.4到要求更(geng)低的(de)(de)(de)G4000。單位為公克×毫(hao)米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)(ping)衡對于(yu)轉(zhuan)子軸心的(de)(de)(de)偏心距離(li)。