平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量(liang)旋轉物體(轉子)不平(ping)衡量(liang)大小和位置(zhi)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。山東電機轉子、機(ji)床(chuang)主軸(zhou)(zhou)、內燃機(ji)曲軸(zhou)(zhou)、汽輪機(ji)轉子、陀螺轉子和鐘表擺輪等旋轉零部件在制造過程中(zhong)，都(dou)需(xu)要經過平衡才能平穩(wen)正常(chang)地運(yun)轉。

根據(ju)平衡(heng)(heng)機測出(chu)的(de)(de)(de)數據(ju)對(dui)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)不(bu)平衡(heng)(heng)量進行校(xiao)正，可(ke)改善(shan)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)相對(dui)于軸線的(de)(de)(de)質量分布，使轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動或作用于軸承(cheng)上(shang)的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動力(li)減少到允許(xu)的(de)(de)(de)范圍(wei)之內。因此，平衡(heng)(heng)機是減小振(zhen)(zhen)動、改善(shan)性能和提(ti)高質量的(de)(de)(de)必不(bu)可(ke)少的(de)(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子的(de)平衡(heng)(heng)包(bao)括不(bu)平衡(heng)(heng)量的(de)測(ce)量和校正兩(liang)個步驟，平衡(heng)(heng)機主要用于不(bu)平衡(heng)(heng)量的(de)測(ce)量，而(er)不(bu)平衡(heng)(heng)量的(de)校正則往往借助于鉆床(chuang)、銑(xian)床(chuang)和點(dian)焊機等(deng)其他輔助設備，或用手工方法(fa)完成。有些平衡(heng)(heng)機已(yi)將校正裝置做成為平衡(heng)(heng)機的(de)一個部分。

重力式(shi)平衡(heng)機和離心力式(shi)平衡(heng)機是兩類典型的平衡(heng)機。

1. 重力式(shi)平衡(heng)機(ji)一般稱為靜平衡(heng)機(ji)。

它(ta)是依賴轉子自(zi)身的重(zhong)力作用來測量靜不平衡(heng)的。

置于兩根(gen)水平導軌上(shang)(shang)的轉子(zi)如(ru)有不平衡量(liang)，則它對軸線的重力矩使轉子(zi)在(zai)導軌上(shang)(shang)滾動，直至這個(ge)不平衡量(liang)處于更低位置時才(cai)靜(jing)止(zhi)。

被(bei)平(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)轉子(zi)放在(zai)(zai)用靜壓(ya)軸承支(zhi)(zhi)(zhi)承的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)的(de)(de)下面嵌裝(zhuang)一片(pian)反(fan)射(she)(she)(she)鏡。當轉子(zi)不(bu)存在(zai)(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量時，由光(guang)源射(she)(she)(she)出的(de)(de)光(guang)束(shu)經此(ci)反(fan)射(she)(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)(she)后(hou)，投射(she)(she)(she)在(zai)(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量指示器(qi)的(de)(de)極坐(zuo)標原點。如果轉子(zi)存在(zai)(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量，則轉子(zi)支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)在(zai)(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)重力(li)矩作用下發(fa)生(sheng)傾斜(xie)，支(zhi)(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)下的(de)(de)反(fan)射(she)(she)(she)鏡也隨之傾斜(xie)并使反(fan)射(she)(she)(she)出的(de)(de)光(guang)束(shu)偏(pian)轉，這(zhe)樣光(guang)束(shu)投在(zai)(zai)極坐(zuo)標指示器(qi)上(shang)的(de)(de)光(guang)點便離開原點。根據這(zhe)個光(guang)點偏(pian)轉的(de)(de)坐(zuo)標位置，可以得(de)到(dao)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)大(da)小和位置。

重力(li)式平衡機(ji)僅適(shi)用(yong)于某些平衡要(yao)求不高的盤狀(zhuang)零件。對于平衡要(yao)求高的轉子，一(yi)般(ban)采用(yong)離(li)心(xin)式單(dan)面或雙面平衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的(de)狀態下(xia)，根據(ju)轉(zhuan)子不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起的(de)支承(cheng)振動(dong)，或作用于(yu)支承(cheng)的(de)振動(dong)力來測(ce)量(liang)(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)數量(liang)(liang)(liang)的(de)不(bu)同，可分(fen)為(wei)單(dan)面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和雙(shuang)面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。單(dan)面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)只(zhi)能測(ce)量(liang)(liang)(liang)一(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)上的(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然是在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進行測(ce)量(liang)(liang)(liang)，但(dan)仍(reng)屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)能測(ce)量(liang)(liang)(liang)動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分(fen)別(bie)測(ce)量(liang)(liang)(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

離心力式平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同(tong)，又可(ke)分(fen)為軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡轉速高于轉子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)固有頻率(lv)的(de)(de)稱為軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。這種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳感器檢測出(chu)(chu)的(de)(de)信號與(yu)(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位移成正比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡轉速低於轉子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)固有頻率(lv)的(de)(de)稱為硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)，這種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大(da)，傳感器檢測出(chu)(chu)的(de)(de)信號與(yu)(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主要性能用(yong)最(zui)小可達剩(sheng)余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減(jian)少率兩項綜合指(zhi)標(biao)表示。前者是(shi)(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能使(shi)轉子達到的(de)(de)剩(sheng)余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)最(zui)小值(zhi)，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)能力的(de)(de)指(zhi)標(biao)；后(hou)者是(shi)(shi)經過(guo)一次校正后(hou)所減(jian)少的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初(chu)始不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)(de)指(zhi)標(biao)，一般用(yong)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。
  根據大批量(liang)生(sheng)產的(de)(de)需要(yao)，對(dui)特定(ding)的(de)(de)轉子(zi)能自動(dong)完(wan)成平衡(heng)測量(liang)和平衡(heng)校正的(de)(de)自動(dong)平衡(heng)機，以及(ji)平衡(heng)自動(dong)線，現代已大量(liang)的(de)(de)裝備(bei)在汽車制造(zao)、電機制造(zao)等工業部門(men)。

二. 平衡機常用術語解釋

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

為保證旋轉機械正常(chang)工作(zuo)所允許的(de)轉子剩余不(bu)平衡量。該指標用不(bu)平衡度(du)(du)表示時，稱為許用不(bu)平衡度(du)(du)（亦稱許用不(bu)平衡率）。

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(xiao)正平面的干擾（相(xiang)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，單(dan)位(wei)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(yu)不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡(heng)量(liang)（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. 不平衡量減少率（URR）

經過一次平衡(heng)校正(zheng)所減少(shao)的不平衡(heng)量(liang)與(yu)初始不平衡(heng)量(liang)之比(bi)值。它是衡(heng)量(liang)平衡(heng)機效率的性能指標，以百分數表示(shi)：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中(zhong)：U1－初始(shi)不(bu)平衡量         ;   

U2－一次平(ping)衡(heng)校正后的剩(sheng)余(yu)不平(ping)衡(heng)量(liang)

13. 不平衡(heng)力(li)偶干擾(rao)比

單面(mian)平衡機抑止不平衡力偶影響的性(xing)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

為校驗平衡機性(xing)能而(er)設(she)計的剛性(xing)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)。其質(zhi)量(liang)(liang)、大小(xiao)、尺寸均有規定，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機(ji)從(cong)原理方面(mian)可以分(fen)為硬支(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)、軟支(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)、半硬支(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬支承平(ping)衡機是平(ping)衡轉速遠低(di)于(yu)參振系統(tong)共(gong)振頻率的(de)(de)平(ping)衡機。平(ping)衡校驗時，支承擺架相對處于(yu)“硬”狀(zhuang)態，因此轉子可以在接近實際軸(zhou)承條件下進行平(ping)衡校正。具(ju)有操作(zuo)簡便、安全性能好的(de)(de)特點。

2. 軟(ruan)支承(cheng)平衡(heng)機是平衡(heng)轉速(su)大(da)于參(can)振系(xi)統共振頻(pin)率(lv)的平衡(heng)機。平衡(heng)校(xiao)驗時(shi)，支承(cheng)擺架相對處于“軟(ruan)”狀態，因此轉子校(xiao)驗平衡(heng)時(shi)。支承(cheng)條件與實(shi)際軸(zhou)承(cheng)工作(zuo)條件不同。具有(you)測(ce)量精度高的特點。

3. 半硬(ying)支承(cheng)平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻(pin)率之間的(de)平(ping)衡機(ji)。同(tong)時(shi)具有有硬(ying)支承(cheng)平(ping)衡機(ji)支承(cheng)剛(gang)度(du)高的(de)特(te)點(dian)，又(you)有軟支承(cheng)平(ping)衡機(ji)精度(du)高的(de)優點(dian)。

平(ping)衡機從應用(yong)(yong)方面(mian)分可分為(wei)立式(shi)平(ping)衡機和(he)臥式(shi)平(ping)衡機；專用(yong)(yong)平(ping)衡機和(he)通用(yong)(yong)平(ping)衡機。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是被(bei)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)上呈(cheng)水(shui)平(ping)(ping)狀(zhuang)態的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。適用于(yu)有轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)，如機(ji)(ji)床(chuang)主軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立式平(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機(ji)上(shang)呈垂直狀(zhuang)態下的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。適用于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)本身不具轉(zhuan)(zhuan)軸的(de)盤(pan)(pan)狀(zhuang)工件如離(li)合器、齒輪、風扇、壓盤(pan)(pan)及(ji)其總成(cheng)、制(zhi)動盤(pan)(pan)、風葉、水泵(beng)葉輪、汽車(che)飛輪、剎(cha)車(che)轂(gu)、皮帶輪、砂(sha)輪等盤(pan)(pan)類零件。

通用平(ping)衡機是指能對形狀和支(zhi)承形式比較規則的轉子(zi)進行動平(ping)衡的平(ping)衡機。通用平(ping)衡機操(cao)作簡單，效率也(ye)較高。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)能對(dui)支承形式和外(wai)觀(guan)與一般轉(zhuan)子(zi)不同的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)進(jin)行(xing)平(ping)衡(heng)的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)，例如特(te)別針對(dui)發動機(ji)的(de)(de)曲軸，汽車的(de)(de)傳動軸進(jin)行(xing)設計的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。功(gong)能專一。  

四. 動(dong)平衡加工的(de)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

即在不平衡方向去處一定(ding)的(de)重量。常用的(de)方式有(you)：鏜削(xue)、鉆(zhan)孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨(mo)削(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進性和(he)經濟(ji)上的(de)合理性，國際標準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界(jie)公認的(de)ISO1940平衡等級(ji)(ji)，它將轉子平衡等級(ji)(ji)分為(wei)(wei)11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以2.5倍為(wei)(wei)增量(liang)，從要求(qiu)(qiu)更(geng)高的(de)G0.4到要求(qiu)(qiu)更(geng)低的(de)G4000。單位為(wei)(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉子軸心(xin)的(de)偏心(xin)距離。