平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測量(liang)旋轉物(wu)體(轉子)不平衡量(liang)大(da)小和位置(zhi)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。雙鴨山電機轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子、機(ji)床主軸、內(nei)燃(ran)機(ji)曲軸、汽(qi)輪機(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)零部(bu)件在(zai)制(zhi)造過程中，都需要經過平衡才能平穩正常地運轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。

根據平(ping)衡(heng)機測出(chu)的(de)(de)數據對轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量進(jin)行校(xiao)正，可改(gai)善轉(zhuan)子(zi)相對于軸線的(de)(de)質(zhi)量分布，使轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時產生(sheng)的(de)(de)振動(dong)或作用(yong)于軸承上的(de)(de)振動(dong)力減(jian)少(shao)到允許的(de)(de)范(fan)圍(wei)之內。因此，平(ping)衡(heng)機是減(jian)小振動(dong)、改(gai)善性(xing)能和提高(gao)質(zhi)量的(de)(de)必不(bu)可少(shao)的(de)(de)設(she)備。

通常，轉子的平衡(heng)包括不平衡(heng)量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)和(he)(he)校正(zheng)兩(liang)個步驟，平衡(heng)機主要(yao)用于不平衡(heng)量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)，而不平衡(heng)量(liang)(liang)的校正(zheng)則往(wang)(wang)往(wang)(wang)借助于鉆床、銑床和(he)(he)點焊(han)機等(deng)其他輔(fu)助設備(bei)，或(huo)用手工方法(fa)完成。有些平衡(heng)機已將校正(zheng)裝置(zhi)做成為平衡(heng)機的一個部分。

重(zhong)力式平衡(heng)機(ji)和離心力式平衡(heng)機(ji)是兩類典型的平衡(heng)機(ji)。

1. 重(zhong)力式平(ping)衡機(ji)一般稱為靜平(ping)衡機(ji)。

它是依賴轉子(zi)自身(shen)的重力作用來測量靜不平衡的。

置于兩根水(shui)平(ping)導軌上的轉(zhuan)子如有不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，則它對軸線的重力矩使(shi)轉(zhuan)子在導軌上滾動(dong)，直至這(zhe)個(ge)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)處于更低位置時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)放在(zai)(zai)用(yong)靜壓軸承(cheng)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)座上(shang)(shang)，在(zai)(zai)支(zhi)(zhi)座的(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一片反射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)。當轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)(bu)存(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量時，由光(guang)源射(she)(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)經此反射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)反射(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量指示器(qi)的(de)(de)(de)極坐(zuo)標(biao)原點。如果轉(zhuan)子(zi)(zi)存(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量，則轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)(zhi)座在(zai)(zai)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)重力矩作用(yong)下發生傾(qing)斜(xie)，支(zhi)(zhi)座下的(de)(de)(de)反射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)也隨(sui)之傾(qing)斜(xie)并使反射(she)(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這樣光(guang)束(shu)投在(zai)(zai)極坐(zuo)標(biao)指示器(qi)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)光(guang)點便離開原點。根據(ju)這個光(guang)點偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位置，可以得到(dao)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)大小和位置。

重力式(shi)平衡機僅適用于某些平衡要(yao)求不高的盤狀零件。對于平衡要(yao)求高的轉子，一般(ban)采(cai)用離(li)心(xin)式(shi)單面(mian)或雙面(mian)平衡機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式(shi)平(ping)(ping)衡機是在轉子旋轉的(de)狀態下，根(gen)據轉子不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡引起的(de)支承(cheng)振動(dong)，或作用(yong)于(yu)支承(cheng)的(de)振動(dong)力來測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡。其(qi)按校正平(ping)(ping)面數量(liang)的(de)不(bu)(bu)(bu)同，可(ke)分(fen)為單(dan)面平(ping)(ping)衡機和(he)雙面平(ping)(ping)衡機。單(dan)面平(ping)(ping)衡機只能測(ce)(ce)量(liang)一個平(ping)(ping)面上(shang)的(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡)，它雖(sui)然是在轉子旋轉時(shi)進行測(ce)(ce)量(liang)，但仍(reng)屬于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)衡機。雙面平(ping)(ping)衡機能測(ce)(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡，也能分(fen)別(bie)測(ce)(ce)量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡和(he)偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)衡機。

離(li)心力式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性(xing)不同，又可分為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速高于(yu)轉子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有頻率的(de)(de)稱為(wei)(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳感器檢測(ce)出的(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)位(wei)移成(cheng)正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速低於(wu)轉子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有頻率的(de)(de)稱為(wei)(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度大，傳感器檢測(ce)出的(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)力成(cheng)正比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機的主要性能用(yong)(yong)最(zui)小(xiao)可達(da)剩余不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)減少(shao)率兩項綜合指標表示(shi)。前者(zhe)(zhe)是平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機能使(shi)轉子(zi)達(da)到的剩余不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的最(zui)小(xiao)值，它是衡(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機更(geng)高(gao)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)能力的指標；后者(zhe)(zhe)是經(jing)過一次校正后所減少(shao)的不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)與初(chu)始不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)之比，它是衡(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)效率的指標，一般(ban)用(yong)(yong)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。
  根據大批量生產的(de)需要(yao)，對特(te)定的(de)轉子(zi)能(neng)自(zi)(zi)動完成平衡(heng)(heng)測(ce)量和平衡(heng)(heng)校正的(de)自(zi)(zi)動平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，以及平衡(heng)(heng)自(zi)(zi)動線，現代已大量的(de)裝備在(zai)汽車(che)制造(zao)(zao)、電機(ji)(ji)制造(zao)(zao)等工(gong)業部門。

二. 平(ping)衡機(ji)常用術(shu)語(yu)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(zhuan)機(ji)械(xie)正常工(gong)作(zuo)所(suo)允許的(de)轉(zhuan)子剩余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡量。該指標用不(bu)平(ping)(ping)衡度(du)(du)表示時，稱為許用不(bu)平(ping)(ping)衡度(du)(du)（亦稱許用不(bu)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. 校正平面的干擾（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

衡量轉子(zi)平衡優劣程度的指(zhi)標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡(heng)品質，單(dan)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. 最小可達(da)剩余不平衡(heng)量(liang)（Umar）

最小(xiao)可達剩余不(bu)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. 不平衡(heng)量減少(shao)率(lv)（URR）

經過(guo)一次平衡校正所減少(shao)的(de)不平衡量與初始不平衡量之比值。它是衡量平衡機效率的(de)性能(neng)指標，以百分(fen)數(shu)表示：

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

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

13. 不(bu)平衡力偶干擾比

單(dan)面平衡機抑止不平衡力偶影(ying)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

為校驗平(ping)衡機(ji)性能而設計的剛性轉子(zi)。其質(zhi)量、大小、尺寸均有(you)規定，分立(li)式(shi)和臥(wo)式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉子(zi)質(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉子(zi)質(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

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

1. 硬(ying)支承平(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)轉速(su)遠低于(yu)參振(zhen)系統共(gong)振(zhen)頻(pin)率的(de)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支承擺架相對處于(yu)“硬(ying)”狀態，因(yin)此轉子可以(yi)在接(jie)近(jin)實(shi)際軸承條件下進(jin)行平(ping)衡(heng)校正。具有操作(zuo)簡(jian)便、安全性能(neng)好的(de)特點(dian)。

2. 軟支承平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速大于參振系統共振頻率的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支承擺架相對處(chu)于“軟”狀態，因(yin)此轉子校驗平(ping)衡(heng)時(shi)。支承條(tiao)件與實(shi)際(ji)軸承工作條(tiao)件不同。具有測量(liang)精度高(gao)的(de)特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍(bei)參振(zhen)(zhen)系(xi)統共振(zhen)(zhen)頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。同時具有有硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機支(zhi)承剛度(du)高(gao)的(de)特(te)點，又有軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機精度(du)高(gao)的(de)優點。

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從(cong)應用(yong)方(fang)面分(fen)可分(fen)為(wei)立式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和臥式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)；專(zhuan)用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

臥(wo)式平(ping)衡(heng)(heng)機是被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)(heng)機上呈水平(ping)狀態的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或(huo)可裝(zhuang)配工藝軸的(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如(ru)機床(chuang)主軸、滾筒(tong)、風機、增(zeng)壓器、電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪(lun)機等(deng)等(deng)。

立式(shi)平(ping)衡機是被平(ping)衡轉子的(de)旋轉軸(zhou)在平(ping)衡機上(shang)呈垂直狀(zhuang)態下(xia)的(de)平(ping)衡機。適用(yong)于轉子本身不具(ju)轉軸(zhou)的(de)盤(pan)狀(zhuang)工(gong)件如離合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及(ji)其總成(cheng)、制動(dong)盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)類零件。

通(tong)用(yong)平衡機是指能對形狀和支承形式(shi)比較規則的轉子進行動平衡的平衡機。通(tong)用(yong)平衡機操作簡單，效率也(ye)較高。

專用平(ping)衡機(ji)是(shi)能(neng)(neng)對支(zhi)承形式和外(wai)觀與一般轉(zhuan)(zhuan)子不同的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子進行平(ping)衡的(de)(de)平(ping)衡機(ji)，例如(ru)特別針對發動(dong)機(ji)的(de)(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)(de)傳動(dong)軸(zhou)進行設(she)計的(de)(de)平(ping)衡機(ji)。功能(neng)(neng)專一。  

四. 動平衡(heng)加(jia)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

即在不(bu)平衡方向去處一定的(de)(de)重(zhong)量。常(chang)用的(de)(de)方式有(you)：鏜削(xue)(xue)、鉆孔、鑿(zao)削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的先進性和經濟(ji)上的合理性，國際標準(zhun)化(hua)組織(zhi)(ISO)于1940年制定了世(shi)界公認的ISO1940平(ping)衡等級(ji)(ji)，它將轉(zhuan)子(zi)(zi)平(ping)衡等級(ji)(ji)分(fen)為11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以(yi)2.5倍(bei)為增量，從要求(qiu)更高(gao)的G0.4到要求(qiu)更低的G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對于轉(zhuan)子(zi)(zi)軸心的偏心距離。