平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機(ji)是測(ce)量(liang)(liang)旋轉物體(ti)(轉子)不平(ping)衡量(liang)(liang)大小(xiao)和(he)位置的機(ji)器(qi)。

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。沈陽電機轉(zhuan)子、機床主(zhu)軸、內燃機曲軸、汽輪機轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零(ling)部件在制造過程中，都(dou)需(xu)要經過平衡才能平穩正常地運轉(zhuan)。

根據平(ping)衡機測出的(de)數(shu)據對轉子(zi)的(de)不平(ping)衡量進(jin)行校(xiao)正，可改(gai)善(shan)轉子(zi)相對于(yu)(yu)軸線的(de)質量分布(bu)，使(shi)轉子(zi)旋轉時產生的(de)振(zhen)動或作(zuo)用于(yu)(yu)軸承上(shang)的(de)振(zhen)動力減少到允(yun)許(xu)的(de)范(fan)圍之內。因此，平(ping)衡機是減小振(zhen)動、改(gai)善(shan)性能(neng)和提高質量的(de)必不可少的(de)設(she)備。

通常，轉(zhuan)子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)包(bao)括不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)和校正兩個步(bu)驟，平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機主要用于不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)，而(er)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)校正則往往借助(zhu)于鉆床、銑床和點焊機等(deng)其他(ta)輔助(zhu)設備，或(huo)用手工(gong)方法完成。有(you)些平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機已將校正裝置做成為平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)一個部分。

重力式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和離心(xin)力式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是兩類典型(xing)的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 重力式(shi)平衡機一般稱為靜平衡機。

它是依(yi)賴轉(zhuan)子自(zi)身的重力(li)作用來測量靜不平衡的。

置于(yu)兩(liang)根水平導軌(gui)上(shang)(shang)的(de)轉子(zi)(zi)如有不平衡(heng)量，則它對(dui)軸線的(de)重力矩使轉子(zi)(zi)在導軌(gui)上(shang)(shang)滾動(dong)，直至(zhi)這個不平衡(heng)量處于(yu)更低位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡的(de)轉(zhuan)(zhuan)子放在用靜壓軸承支(zhi)(zhi)承的(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)上，在支(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)下(xia)面(mian)嵌裝一片反(fan)射鏡(jing)。當轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)存(cun)在不(bu)平(ping)(ping)衡量時，由光源射出的(de)光束(shu)經此反(fan)射鏡(jing)反(fan)射后，投射在不(bu)平(ping)(ping)衡量指示器的(de)極(ji)坐標(biao)原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子存(cun)在不(bu)平(ping)(ping)衡量，則轉(zhuan)(zhuan)子支(zhi)(zhi)座(zuo)在不(bu)平(ping)(ping)衡量的(de)重(zhong)力(li)矩作用下(xia)發生傾斜，支(zhi)(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)反(fan)射鏡(jing)也隨之傾斜并使反(fan)射出的(de)光束(shu)偏轉(zhuan)(zhuan)，這樣光束(shu)投在極(ji)坐標(biao)指示器上的(de)光點便離開原點。根據這個光點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)坐標(biao)位置，可以得(de)到不(bu)平(ping)(ping)衡量的(de)大小和位置。

重力式(shi)(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)僅適用(yong)于某些平衡(heng)(heng)要求不高的盤狀零件。對于平衡(heng)(heng)要求高的轉子，一般采用(yong)離心式(shi)(shi)單面(mian)(mian)或雙面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是在轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)的狀態下，根(gen)據轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)引起的支(zhi)承(cheng)振(zhen)動(dong)，或作(zuo)用(yong)于(yu)支(zhi)承(cheng)的振(zhen)動(dong)力(li)來測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面數量(liang)(liang)(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可(ke)分為(wei)(wei)單(dan)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機和雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。單(dan)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機只能測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)一(yi)(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)面上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng))，它雖然是在轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時(shi)進行測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)，但仍(reng)屬(shu)于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機能測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，也能分別測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，一(yi)(yi)般稱為(wei)(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。

離心力(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又(you)可(ke)分為(wei)軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(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(gu)有頻(pin)率的稱(cheng)為(wei)軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。這(zhe)(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)的支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)感器檢測出的信號(hao)(hao)與支(zhi)承(cheng)(cheng)的振動位移成(cheng)正(zheng)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(gu)有頻(pin)率的稱(cheng)為(wei)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)，這(zhe)(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)的支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大(da)，傳(chuan)感器檢測出的信號(hao)(hao)與支(zhi)承(cheng)(cheng)的振動力(li)成(cheng)正(zheng)比。

平(ping)衡(heng)(heng)機的主要(yao)性能(neng)用最小(xiao)可達(da)剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩項(xiang)綜合指(zhi)標(biao)表示(shi)。前者(zhe)是平(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)使轉子達(da)到的剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的最小(xiao)值(zhi)，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機更(geng)高平(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的指(zhi)標(biao)；后(hou)者(zhe)是經(jing)過(guo)一次校正后(hou)所減少的不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與(yu)初(chu)始(shi)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)效率的指(zhi)標(biao)，一般用百分數表示(shi)。

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)生產的(de)(de)(de)需要，對特定的(de)(de)(de)轉子能(neng)自(zi)動完成平衡(heng)(heng)測量(liang)和(he)平衡(heng)(heng)校正的(de)(de)(de)自(zi)動平衡(heng)(heng)機，以及平衡(heng)(heng)自(zi)動線(xian)，現代已(yi)大量(liang)的(de)(de)(de)裝備在(zai)汽車制(zhi)造(zao)、電機制(zhi)造(zao)等(deng)工業(ye)部(bu)門。

二(er). 平衡(heng)機常用(yong)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(xuan)轉機械正(zheng)常工作所允(yun)許(xu)的(de)轉子剩余不平(ping)(ping)衡量(liang)。該指標用不平(ping)(ping)衡度表示時，稱為許(xu)用不平(ping)(ping)衡度（亦(yi)稱許(xu)用不平(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(zheng)平面的干擾（相互(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

衡量轉(zhuan)子平衡優(you)劣(lie)程度的指標。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉子(zi)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：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余(yu)不平衡量（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)衡量減少率（URR）

經過一(yi)次(ci)平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)正(zheng)所(suo)減少(shao)的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量與初始(shi)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量之比值。它是衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)機效率的(de)性能(neng)指標，以(yi)百分數表示(shi)：

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

U2－一次平衡校正后的(de)剩余不平衡量(liang)

13. 不(bu)平衡力偶(ou)干擾(rao)比(bi)

單(dan)面(mian)平衡(heng)機抑止不(bu)平衡(heng)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)(wei)校驗平(ping)衡機性(xing)(xing)能而(er)設計的剛性(xing)(xing)轉(zhuan)子。其(qi)質量、大小、尺寸均(jun)有規定，分立(li)式和臥(wo)式兩種。立(li)式轉(zhuan)子質量為(wei)(wei)(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉(zhuan)子質量為(wei)(wei)(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機(ji)從原理(li)方(fang)面可以分為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)、軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)、半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承(cheng)擺架相對處于(yu)“硬”狀態，因此轉子可以在接近實際軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操作簡便、安全(quan)性能好(hao)的特點。

2. 軟支承平(ping)(ping)衡機(ji)是平(ping)(ping)衡轉(zhuan)速大(da)于(yu)參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率的(de)平(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)衡校(xiao)驗時，支承擺架(jia)相對處于(yu)“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校(xiao)驗平(ping)(ping)衡時。支承條(tiao)件與實際軸承工作(zuo)條(tiao)件不同(tong)。具有測量精度(du)高(gao)的(de)特(te)點。

3. 半硬(ying)支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參振(zhen)系(xi)統共(gong)振(zhen)頻率之間的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。同時(shi)具有(you)有(you)硬(ying)支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機支承(cheng)剛度高的特點，又有(you)軟支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機精度高的優點。

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

臥式平(ping)衡機是被(bei)平(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡機上呈水平(ping)狀態的(de)(de)平(ping)衡機。適(shi)用于有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配工(gong)藝(yi)軸(zhou)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)，如機床主軸(zhou)、滾(gun)筒、風機、增壓器、電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽輪(lun)機等等。

立式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈垂直狀(zhuang)態下(xia)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適用于(yu)轉(zhuan)子(zi)本身不具轉(zhuan)軸的(de)盤(pan)(pan)狀(zhuang)工件如離合(he)器、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)(pan)及(ji)其(qi)總(zong)成、制(zhi)動盤(pan)(pan)、風葉(xie)、水(shui)泵(beng)葉(xie)輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等盤(pan)(pan)類零(ling)件。

通用平(ping)衡(heng)機是(shi)指能對(dui)形(xing)狀(zhuang)和(he)支承形(xing)式比較(jiao)規則的轉子進行(xing)動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機。通用平(ping)衡(heng)機操作簡單，效(xiao)率也較(jiao)高。

專用平(ping)衡機是能對支承形(xing)式和外觀與一(yi)般轉子不同的(de)(de)轉子進行平(ping)衡的(de)(de)平(ping)衡機，例(li)如特別針對發動機的(de)(de)曲軸，汽車的(de)(de)傳動軸進行設計的(de)(de)平(ping)衡機。功能專一(yi)。  

四(si). 動(dong)平衡加工(gong)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

即在不(bu)平(ping)衡方(fang)向去處一定(ding)的(de)重量。常用的(de)方(fang)式有(you)：鏜削、鉆孔、鑿(zao)削、銑削、磨(mo)削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技術的先進性(xing)和(he)經濟上的合理性(xing)，國(guo)際標(biao)準化組織(ISO)于1940年(nian)制定了世界公認(ren)的ISO1940平衡(heng)等級(ji)(ji)，它將轉子平衡(heng)等級(ji)(ji)分為11個級(ji)(ji)別，每(mei)個級(ji)(ji)別間以2.5倍為增量，從要求更高的G0.4到(dao)要求更低的G4000。單位為公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡(heng)對于轉子軸心的偏心距離。