平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量旋(xuan)轉(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)子(zi))不平(ping)衡量大小和(he)位置的(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。七臺河電機轉(zhuan)子、機床主軸、內(nei)燃機曲軸、汽輪(lun)機轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺(bai)輪(lun)等旋轉(zhuan)零部件在制(zhi)造過程(cheng)中，都需要(yao)經過平衡才能平穩正常地運轉(zhuan)。

根據平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)測出(chu)的(de)(de)數據對轉子(zi)的(de)(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)進行校正，可改善(shan)轉子(zi)相對于軸(zhou)線的(de)(de)質(zhi)量(liang)分(fen)布，使轉子(zi)旋轉時(shi)產生的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動或作用(yong)于軸(zhou)承(cheng)上的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動力(li)減(jian)少(shao)到(dao)允許(xu)的(de)(de)范圍之內(nei)。因此(ci)，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是減(jian)小(xiao)振(zhen)(zhen)(zhen)動、改善(shan)性能和提高質(zhi)量(liang)的(de)(de)必不可少(shao)的(de)(de)設(she)備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡包(bao)括不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)和校(xiao)正兩個步驟，平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)主要用于不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)，而不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的(de)校(xiao)正則往往借助(zhu)于鉆床、銑床和點焊機(ji)(ji)(ji)等其(qi)他輔助(zhu)設備，或用手工方法完成(cheng)。有(you)些平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)已將校(xiao)正裝置做成(cheng)為平(ping)衡機(ji)(ji)(ji)的(de)一個部(bu)分。

重力(li)(li)式(shi)平衡(heng)(heng)機和離心力(li)(li)式(shi)平衡(heng)(heng)機是兩類典(dian)型的平衡(heng)(heng)機。

1. 重力式平衡機一般稱為(wei)靜(jing)平衡機。

它是(shi)依賴轉子自(zi)身的重(zhong)力作用來(lai)測(ce)量靜不平衡的。

置(zhi)于兩根水平(ping)導軌上的轉(zhuan)子如有(you)不平(ping)衡量，則它對軸線(xian)的重力矩使轉(zhuan)子在導軌上滾動(dong)，直至這個(ge)不平(ping)衡量處于更(geng)低位置(zhi)時(shi)才靜(jing)止(zhi)。

被平衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)轉子(zi)放在(zai)用靜(jing)壓軸(zhou)承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡。當轉子(zi)不存在(zai)不平衡(heng)(heng)量時(shi)，由光(guang)源(yuan)射(she)出的(de)(de)(de)(de)光(guang)束經此反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡反(fan)(fan)(fan)射(she)后，投射(she)在(zai)不平衡(heng)(heng)量指示器的(de)(de)(de)(de)極(ji)坐標原點。如果轉子(zi)存在(zai)不平衡(heng)(heng)量，則轉子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)不平衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)(de)重力矩作用下(xia)發(fa)生(sheng)傾斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)鏡也(ye)隨之傾斜并(bing)使(shi)反(fan)(fan)(fan)射(she)出的(de)(de)(de)(de)光(guang)束偏轉，這(zhe)樣光(guang)束投在(zai)極(ji)坐標指示器上(shang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)點便離開原點。根據這(zhe)個光(guang)點偏轉的(de)(de)(de)(de)坐標位置，可(ke)以得(de)到不平衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)(de)大小和位置。

重(zhong)力式平衡機僅適用于某(mou)些平衡要求不高(gao)(gao)的盤狀零件。對(dui)于平衡要求高(gao)(gao)的轉子，一般采用離(li)心式單面或雙(shuang)面平衡機。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)在(zai)轉子旋轉的(de)(de)狀態下(xia)，根據轉子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的(de)(de)支承振動，或作用于支承的(de)(de)振動力來測(ce)量不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數(shu)量的(de)(de)不(bu)(bu)同，可分(fen)為(wei)單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測(ce)量一個(ge)平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上(shang)的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是(shi)在(zai)轉子旋轉時進(jin)行測(ce)量，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能測(ce)量動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也(ye)能分(fen)別(bie)測(ce)量靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱為(wei)動平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)轉速高于轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)固有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)檢測(ce)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)信號(hao)(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)振動位移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)轉速低於轉子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)固有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛度大(da)，傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)檢測(ce)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)信號(hao)(hao)與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)振動力成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)主要性(xing)能(neng)用最小可達剩(sheng)(sheng)余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量，和不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量減(jian)(jian)少率兩(liang)項綜合(he)指標(biao)表示。前者是平(ping)(ping)衡(heng)機能(neng)使(shi)轉(zhuan)子達到的(de)剩(sheng)(sheng)余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)最小值，它是衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)機更高平(ping)(ping)衡(heng)能(neng)力的(de)指標(biao)；后者是經過一次校正后所減(jian)(jian)少的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量與初始不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量之比，它是衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)效(xiao)率的(de)指標(biao)，一般用百(bai)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。
  根據大批量(liang)生產(chan)的(de)(de)需要，對特定的(de)(de)轉子(zi)能自動完(wan)成平衡(heng)(heng)測量(liang)和平衡(heng)(heng)校正的(de)(de)自動平衡(heng)(heng)機，以及平衡(heng)(heng)自動線，現代(dai)已大量(liang)的(de)(de)裝備在汽車制(zhi)造、電(dian)機制(zhi)造等(deng)工業(ye)部門。

二. 平衡(heng)機常用術語解釋

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(zheng)旋轉(zhuan)機械正常工(gong)作所允許的轉(zhuan)子剩余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量。該指(zhi)標用不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)度(du)表(biao)示時，稱為許用不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)度(du)（亦(yi)稱許用不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(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(ping)面的干擾（相互影響）

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

衡量(liang)轉子平(ping)衡優(you)劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉子平衡品(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μm

11. 最小可(ke)達(da)剩(sheng)余不平(ping)衡量（Umar）

最小可達(da)剩余不(bu)平(ping)衡(heng)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. 不平(ping)衡量減少率（URR）

經(jing)過(guo)一次平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)校正所(suo)減少的不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量與(yu)初始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量之比值(zhi)。它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)效率(lv)的性能指標，以(yi)百分數(shu)表(biao)示：

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

U2－一次平衡校正(zheng)后的(de)剩余(yu)不平衡量(liang)

13. 不(bu)平衡力偶干擾(rao)比

單(dan)面平衡(heng)(heng)機抑止(zhi)不平衡(heng)(heng)力偶影響的性(xing)能指標(biao)。

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(ji)性能(neng)而設(she)計的剛(gang)性轉(zhuan)子。其質量(liang)(liang)、大小、尺寸(cun)均(jun)有規定，分立(li)式和臥式兩種。立(li)式轉(zhuan)子質量(liang)(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子質量(liang)(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從(cong)原理(li)方(fang)面可以(yi)分(fen)為硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速遠低于參振(zhen)(zhen)系統(tong)共振(zhen)(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支(zhi)承(cheng)擺(bai)架相對處(chu)于“硬”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子可以在(zai)接近(jin)實際(ji)軸承(cheng)條件(jian)下進行平(ping)衡(heng)(heng)校正。具有(you)操作簡便、安全性(xing)能好的特點(dian)。

2. 軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)大(da)于(yu)參振系統共(gong)振頻率的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承(cheng)擺架相對處于(yu)“軟”狀態(tai)，因此轉子(zi)校驗平(ping)衡(heng)(heng)時。支承(cheng)條件(jian)與(yu)實際軸承(cheng)工(gong)作條件(jian)不同。具(ju)有測量精度高(gao)的(de)特(te)點(dian)。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)是平(ping)(ping)衡轉速在0.3~0.5倍參振系(xi)統(tong)共(gong)振頻率之間的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。同時具有有硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度(du)高(gao)(gao)的(de)特(te)點(dian)(dian)，又(you)有軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)精(jing)度(du)高(gao)(gao)的(de)優點(dian)(dian)。

平衡機(ji)(ji)從(cong)應用(yong)方面分可分為立式(shi)平衡機(ji)(ji)和臥式(shi)平衡機(ji)(ji)；專用(yong)平衡機(ji)(ji)和通用(yong)平衡機(ji)(ji)。

臥式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是(shi)被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)軸或可裝配(pei)工藝軸的轉(zhuan)子(zi)，如(ru)機(ji)(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立(li)式(shi)平(ping)(ping)衡機是被平(ping)(ping)衡轉子的(de)旋轉軸在(zai)平(ping)(ping)衡機上呈(cheng)垂直狀(zhuang)態下(xia)的(de)平(ping)(ping)衡機。適用于轉子本身不具轉軸的(de)盤(pan)狀(zhuang)工件(jian)如離(li)合器、齒輪、風扇、壓盤(pan)及其總成(cheng)、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪、汽車飛輪、剎(cha)車轂、皮帶輪、砂輪等盤(pan)類零件(jian)。

通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是指能對形(xing)狀(zhuang)和支承形(xing)式比較規則的轉子進行動平(ping)(ping)衡(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)操(cao)作(zuo)簡單，效(xiao)率也較高(gao)。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)是能對支承形(xing)式和(he)外觀與(yu)一般轉子不(bu)同的轉子進(jin)行平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)，例如特別(bie)針(zhen)對發(fa)動機(ji)的曲(qu)軸，汽車的傳動軸進(jin)行設計(ji)的平(ping)衡(heng)機(ji)。功能專一。  

四. 動平(ping)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(ji)在不平衡方向去處一定的重量。常用(yong)的方式有：鏜(tang)削、鉆孔、鑿削、銑削、磨(mo)削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進性(xing)和經濟上的(de)合理性(xing)，國際(ji)標準(zhun)化組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界公(gong)認的(de)ISO1940平衡(heng)等級(ji)，它(ta)將(jiang)轉子平衡(heng)等級(ji)分為11個級(ji)別，每個級(ji)別間(jian)以2.5倍為增量，從要求更高的(de)G0.4到要求更低的(de)G4000。單位為公(gong)克(ke)×毫(hao)米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡(heng)對于(yu)轉子軸心(xin)(xin)的(de)偏心(xin)(xin)距離。