平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是(shi)測量旋轉物體(轉子)不平(ping)衡(heng)量大小和位置的機器。

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。石柱電機轉(zhuan)子、機(ji)床主軸(zhou)、內(nei)燃機(ji)曲軸(zhou)、汽輪機(ji)轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和(he)鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零部件在(zai)制造過程中，都需要(yao)經(jing)過平衡才能(neng)平穩(wen)正常(chang)地運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡(heng)機測出的(de)(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)子的(de)(de)(de)不平(ping)衡(heng)量進行校正，可(ke)(ke)改(gai)善轉(zhuan)子相對于軸(zhou)線(xian)的(de)(de)(de)質量分(fen)布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生的(de)(de)(de)振動(dong)或(huo)作用于軸(zhou)承(cheng)上的(de)(de)(de)振動(dong)力減少(shao)到(dao)允(yun)許的(de)(de)(de)范(fan)圍之內。因此，平(ping)衡(heng)機是減小振動(dong)、改(gai)善性(xing)能和(he)提高質量的(de)(de)(de)必不可(ke)(ke)少(shao)的(de)(de)(de)設備。

通常，轉子的平(ping)(ping)衡(heng)包括(kuo)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的測(ce)量(liang)和校(xiao)正(zheng)兩個(ge)步(bu)驟，平(ping)(ping)衡(heng)機主(zhu)要用于不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的測(ce)量(liang)，而不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的校(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借助于鉆床、銑床和點(dian)焊機等其他(ta)輔助設(she)備，或(huo)用手工方法完成(cheng)。有(you)些平(ping)(ping)衡(heng)機已(yi)將校(xiao)正(zheng)裝(zhuang)置(zhi)做成(cheng)為平(ping)(ping)衡(heng)機的一個(ge)部分。

重力(li)式平衡機(ji)和離心力(li)式平衡機(ji)是兩類典型的平衡機(ji)。

1. 重力式(shi)平衡(heng)機一般稱為(wei)靜平衡(heng)機。

它是(shi)依賴(lai)轉(zhuan)子自身的(de)重力作用來測量靜不平衡(heng)的(de)。

置于(yu)兩(liang)根水平(ping)導軌上(shang)的(de)轉子如有(you)不平(ping)衡量，則它對(dui)軸(zhou)線的(de)重(zhong)力矩(ju)使轉子在導軌上(shang)滾動，直至這個不平(ping)衡量處(chu)于(yu)更低位置時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子放在(zai)(zai)(zai)用靜壓軸承支(zhi)(zhi)(zhi)承的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)座上(shang)，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)(zhi)(zhi)座的(de)(de)下面(mian)嵌裝一片反(fan)(fan)射(she)(she)鏡。當(dang)轉(zhuan)(zhuan)子不存(cun)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)束(shu)經此(ci)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡反(fan)(fan)射(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)指示器的(de)(de)極(ji)坐(zuo)(zuo)標原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子存(cun)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子支(zhi)(zhi)(zhi)座在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)重力矩作用下發生傾斜(xie)，支(zhi)(zhi)(zhi)座下的(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡也隨之傾斜(xie)并使反(fan)(fan)射(she)(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)(zhuan)，這樣(yang)光(guang)束(shu)投(tou)在(zai)(zai)(zai)極(ji)坐(zuo)(zuo)標指示器上(shang)的(de)(de)光(guang)點便離開原點。根據這個(ge)光(guang)點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)坐(zuo)(zuo)標位(wei)置，可以得到不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)大(da)小(xiao)和位(wei)置。

重力式(shi)(shi)平(ping)衡機(ji)僅適用于(yu)某些(xie)平(ping)衡要求(qiu)不高的盤狀零件。對于(yu)平(ping)衡要求(qiu)高的轉子(zi)，一般采用離心(xin)式(shi)(shi)單面或雙(shuang)面平(ping)衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)是(shi)在(zai)轉子(zi)旋轉的(de)狀態(tai)下，根據轉子(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡引起的(de)支承振動(dong)，或作(zuo)用于支承的(de)振動(dong)力來測(ce)(ce)量不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡。其按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)面數(shu)量的(de)不(bu)同，可分(fen)為單面平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)和雙面平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。單面平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)只能測(ce)(ce)量一(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)面上的(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡)，它雖然是(shi)在(zai)轉子(zi)旋轉時進(jin)行測(ce)(ce)量，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)能測(ce)(ce)量動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡，也能分(fen)別(bie)測(ce)(ce)量靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)(ji)。

離心力(li)式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)特性不同，又可分為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速高于轉子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系統(tong)固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。這種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛度小，傳感器(qi)(qi)檢測出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位(wei)移成正(zheng)比。平(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系統(tong)固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)，這種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛度大，傳感器(qi)(qi)檢測出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力(li)成正(zheng)比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)主要(yao)性能(neng)用(yong)(yong)最小(xiao)可(ke)達(da)剩(sheng)余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)減少(shao)率兩項(xiang)綜合指(zhi)標(biao)表示。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機能(neng)使轉子(zi)達(da)到的(de)剩(sheng)余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的(de)最小(xiao)值，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機更高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的(de)指(zhi)標(biao)；后(hou)者是(shi)經過一次校正(zheng)后(hou)所減少(shao)的(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)與(yu)初始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標(biao)，一般用(yong)(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。
  根據大批量生(sheng)產的(de)需要，對特定的(de)轉子能(neng)自動完成(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)測量和平(ping)衡(heng)(heng)校正的(de)自動平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，以及平(ping)衡(heng)(heng)自動線，現(xian)代已大量的(de)裝(zhuang)備(bei)在汽車制造、電機(ji)制造等工(gong)業部門。

二. 平(ping)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(bao)證旋轉機(ji)械正常(chang)工(gong)作所允許的轉子(zi)剩余不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量。該(gai)指標用(yong)不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)度表示時(shi)，稱為許用(yong)不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)度（亦稱許用(yong)不(bu)(bu)平衡(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. 校正平面(mian)的干(gan)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

衡量轉子平衡優劣程度的指(zhi)標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質(zhi)，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(zui)小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余不平衡量（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)平衡量減少率(lv)（URR）

經過一次平(ping)衡(heng)(heng)校正(zheng)所減少的不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)機效率的性能指標，以百分數表示：

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

U2－一次平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不平衡力偶干(gan)擾比

單面平衡機抑止不平衡力(li)偶影響的(de)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

為校驗平衡機性(xing)能而(er)設計的剛性(xing)轉子(zi)。其(qi)質(zhi)量(liang)、大小、尺寸均有規定(ding)，分(fen)立式和臥式兩種。立式轉子(zi)質(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子(zi)質(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機(ji)從原理(li)方面(mian)可以分(fen)為(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡機(ji)、軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡機(ji)、半(ban)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡機(ji)。

1. 硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機是平衡(heng)轉速(su)遠低于參(can)振系統共振頻率的(de)平衡(heng)機。平衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承(cheng)擺架相對(dui)處于“硬”狀態(tai)，因(yin)此轉子(zi)可以(yi)在接近實際(ji)軸承(cheng)條件下進行平衡(heng)校(xiao)正。具有操作簡便(bian)、安全性能好的(de)特(te)點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)大于參振(zhen)系統共(gong)振(zhen)頻率的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)校驗時，支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)擺架相對處(chu)于“軟”狀態，因此轉子校驗平(ping)(ping)(ping)衡(heng)時。支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)條件與實際軸承(cheng)(cheng)(cheng)工作條件不同。具有測量精(jing)度高的特點。

3. 半硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率(lv)之間的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。同時具有有硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)支承(cheng)剛(gang)度高的(de)(de)特點，又有軟(ruan)支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)精(jing)度高的(de)(de)優點。

平衡(heng)(heng)機從應(ying)用(yong)方面(mian)分(fen)可分(fen)為立式平衡(heng)(heng)機和(he)(he)臥式平衡(heng)(heng)機；專用(yong)平衡(heng)(heng)機和(he)(he)通(tong)用(yong)平衡(heng)(heng)機。

臥式平衡(heng)機(ji)(ji)是被平衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平衡(heng)機(ji)(ji)上(shang)呈水平狀態的平衡(heng)機(ji)(ji)。適(shi)用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuan)(zhuan)子，如機(ji)(ji)床主(zhu)軸、滾筒、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈垂直(zhi)狀(zhuang)態下的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適用于(yu)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)本身不(bu)具轉(zhuan)(zhuan)軸的盤狀(zhuang)工件如離合器、齒(chi)輪(lun)、風扇、壓盤及其總成、制(zhi)動盤、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車(che)飛(fei)輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件。

通(tong)用平衡機是(shi)指能對形狀和支承(cheng)形式比較(jiao)規則的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)進行動平衡的(de)(de)平衡機。通(tong)用平衡機操作(zuo)簡單，效率也較(jiao)高(gao)。

專用平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是(shi)能對支承(cheng)形式和(he)外觀(guan)與一般(ban)轉(zhuan)子不同(tong)的(de)(de)轉(zhuan)子進(jin)行平(ping)(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機，例如(ru)特別針對發動機的(de)(de)曲(qu)軸，汽車的(de)(de)傳動軸進(jin)行設計的(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。功能專一。  

四. 動平衡加工(gong)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

即在不平衡方向去處一(yi)定的(de)重(zhong)量。常用的(de)方式(shi)有：鏜(tang)削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)技術的(de)先進性和(he)經(jing)濟上的(de)合理性，國(guo)際標準化組(zu)織(ISO)于1940年制定了(le)世界公認的(de)ISO1940平衡等級，它(ta)將轉子平衡等級分為(wei)11個級別(bie)，每個級別(bie)間以(yi)2.5倍為(wei)增量，從要求(qiu)更(geng)高(gao)的(de)G0.4到(dao)要求(qiu)更(geng)低的(de)G4000。單(dan)位為(wei)公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡對于轉子軸(zhou)心的(de)偏(pian)心距離。