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)大小和位置(zhi)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。舒蘭電機轉子(zi)、機床主軸、內燃機曲軸、汽(qi)輪(lun)(lun)機轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和鐘(zhong)表擺輪(lun)(lun)等(deng)旋(xuan)轉零部件在制(zhi)造過(guo)程中，都需要(yao)經過(guo)平衡才能平穩正(zheng)常地運轉。

根據平(ping)衡(heng)機測出的(de)(de)數據對轉子的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量進行校正，可改善(shan)轉子相對于(yu)軸線的(de)(de)質量分布，使轉子旋(xuan)轉時(shi)產(chan)生的(de)(de)振動或(huo)作用于(yu)軸承上(shang)的(de)(de)振動力減(jian)少到允許的(de)(de)范圍之(zhi)內(nei)。因此，平(ping)衡(heng)機是減(jian)小振動、改善(shan)性能和提(ti)高質量的(de)(de)必不(bu)可少的(de)(de)設備。

通(tong)常(chang)，轉子的平(ping)衡(heng)(heng)包括不平(ping)衡(heng)(heng)量的測量和(he)校正兩個步驟，平(ping)衡(heng)(heng)機主(zhu)要用于(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)量的測量，而(er)不平(ping)衡(heng)(heng)量的校正則(ze)往往借助于(yu)鉆(zhan)床、銑床和(he)點(dian)焊機等其(qi)他輔(fu)助設備，或(huo)用手工方法完成。有些(xie)平(ping)衡(heng)(heng)機已將校正裝置(zhi)做成為(wei)平(ping)衡(heng)(heng)機的一個部分。

重(zhong)力(li)式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和離(li)心力(li)式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是兩類典型的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重力式(shi)平衡機一般稱為靜(jing)平衡機。

它是依賴轉子(zi)自(zi)身(shen)的重力作用來測量靜不平(ping)衡的。

置于兩根水平(ping)導(dao)軌上的轉(zhuan)子如有不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則它(ta)對(dui)軸(zhou)線(xian)的重力矩使轉(zhuan)子在導(dao)軌上滾動，直至這個(ge)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)處于更低位置時才靜止。

被(bei)平(ping)衡的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)放(fang)在用靜壓軸承(cheng)(cheng)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)支(zhi)(zhi)座上，在支(zhi)(zhi)座的(de)(de)下(xia)面嵌裝(zhuang)一片反(fan)射(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)不存(cun)在不平(ping)衡量(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)束經(jing)此反(fan)射(she)(she)鏡(jing)反(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在不平(ping)衡量(liang)指示器的(de)(de)極(ji)坐(zuo)標(biao)原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)存(cun)在不平(ping)衡量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)(zhi)座在不平(ping)衡量(liang)的(de)(de)重力(li)矩作用下(xia)發(fa)生(sheng)傾(qing)斜，支(zhi)(zhi)座下(xia)的(de)(de)反(fan)射(she)(she)鏡(jing)也隨之傾(qing)斜并(bing)使反(fan)射(she)(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)束偏轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束投在極(ji)坐(zuo)標(biao)指示器上的(de)(de)光(guang)點便離(li)開原點。根據這(zhe)個(ge)光(guang)點偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)坐(zuo)標(biao)位(wei)置，可以(yi)得到不平(ping)衡量(liang)的(de)(de)大(da)小和位(wei)置。

重力(li)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機僅適用于某些平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)要求不高(gao)的盤狀零件。對于平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)要求高(gao)的轉(zhuan)子(zi)，一般(ban)采用離心式單面(mian)或雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀態下，根據(ju)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起的(de)支承振動(dong)，或作用于(yu)支承的(de)振動(dong)力來測(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的(de)不(bu)(bu)同，可分為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)(he)雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)量(liang)一(yi)個平(ping)(ping)面(mian)(mian)上(shang)的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時(shi)進行測(ce)量(liang)，但仍屬于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能測(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和(he)(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離(li)心力式平(ping)衡(heng)機按(an)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同(tong)，又可分為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻率的稱為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機。這(zhe)種平(ping)衡(heng)機的支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳感器檢測(ce)(ce)出的信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的振動位(wei)移成(cheng)正比。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻率的稱為(wei)(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機，這(zhe)種平(ping)衡(heng)機的支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度大，傳感器檢測(ce)(ce)出的信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的振動力成(cheng)正比。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)主要(yao)性能用最小可達(da)剩余(yu)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，和(he)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)減少率兩項綜合指(zhi)標表示(shi)。前(qian)者是平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能使轉子(zi)達(da)到的(de)剩余(yu)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)最小值，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)更高平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力(li)的(de)指(zhi)標；后者是經過一次(ci)校正(zheng)后所減少的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標，一般(ban)用百(bai)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)(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)(liang)和平衡(heng)(heng)校正的(de)(de)(de)自(zi)動平衡(heng)(heng)機，以及(ji)平衡(heng)(heng)自(zi)動線，現代(dai)已(yi)大量(liang)(liang)的(de)(de)(de)裝備(bei)在汽(qi)車制造、電機制造等工業(ye)部門。

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(zheng)旋(xuan)轉機械正常(chang)工作(zuo)所允許(xu)的轉子剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡量。該指標用不(bu)平(ping)衡度表示時(shi)，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)平(ping)衡度（亦(yi)稱(cheng)許(xu)用不(bu)平(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(xiao)正平面(mian)的(de)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣程度的指(zhi)標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平衡品質，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. 最小可(ke)達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（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. 不平衡量減少(shao)率（URR）

經過一次平衡(heng)校正所減少的不平衡(heng)量與初始不平衡(heng)量之(zhi)比(bi)值。它是(shi)衡(heng)量平衡(heng)機效率的性(xing)能指(zhi)標，以百分數表示：

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

U2－一次(ci)平(ping)(ping)衡校正(zheng)后的剩余不平(ping)(ping)衡量(liang)

13. 不(bu)平衡力偶干擾比

單(dan)面平(ping)(ping)衡機抑止不平(ping)(ping)衡力(li)偶(ou)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(yan)平衡機性(xing)能而設計(ji)的剛性(xing)轉子。其質(zhi)(zhi)量(liang)、大小、尺寸均(jun)有規定，分立(li)式(shi)和(he)臥式(shi)兩(liang)種。立(li)式(shi)轉子質(zhi)(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子質(zhi)(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機(ji)(ji)從(cong)原(yuan)理方面可(ke)以分為硬(ying)支承平衡機(ji)(ji)、軟支承平衡機(ji)(ji)、半硬(ying)支承平衡機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低于參(can)振系統共振頻(pin)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(dui)處于“硬(ying)”狀態，因(yin)此(ci)轉子可以在(zai)接近實際軸承(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)(heng)校正。具有(you)操作(zuo)簡便(bian)、安全性能(neng)好的特點。

2. 軟(ruan)支承平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)是(shi)平(ping)(ping)(ping)衡轉速大于參振系統(tong)共振頻率的(de)平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡校(xiao)驗時，支承擺架相對處于“軟(ruan)”狀(zhuang)態(tai)，因此轉子校(xiao)驗平(ping)(ping)(ping)衡時。支承條件與實際軸承工(gong)作條件不同(tong)。具有測量(liang)精度高的(de)特(te)點。

3. 半硬支承(cheng)平衡(heng)機是(shi)平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的(de)平衡(heng)機。同時具有(you)有(you)硬支承(cheng)平衡(heng)機支承(cheng)剛度高(gao)的(de)特點(dian)(dian)，又有(you)軟(ruan)支承(cheng)平衡(heng)機精度高(gao)的(de)優點(dian)(dian)。

平(ping)衡(heng)機從應用(yong)方面分可分為立式平(ping)衡(heng)機和臥式平(ping)衡(heng)機；專用(yong)平(ping)衡(heng)機和通用(yong)平(ping)衡(heng)機。

臥式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在(zai)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)上呈(cheng)水(shui)平(ping)(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。適(shi)用于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配(pei)工藝軸(zhou)(zhou)的轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)(ji)床主軸(zhou)(zhou)、滾筒(tong)、風機(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等(deng)等(deng)。

立式平衡(heng)(heng)機是被平衡(heng)(heng)轉(zhuan)子的(de)(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸在平衡(heng)(heng)機上呈(cheng)垂直(zhi)狀(zhuang)態下的(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)機。適用于轉(zhuan)子本身不具轉(zhuan)軸的(de)(de)(de)盤狀(zhuang)工件如離合器(qi)、齒輪(lun)、風(feng)扇、壓盤及其總(zong)成、制(zhi)動(dong)盤、風(feng)葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等(deng)盤類零件。

通用平衡機(ji)是指能對形狀和支承形式比(bi)較(jiao)規則的(de)轉子進行動平衡的(de)平衡機(ji)。通用平衡機(ji)操作簡單，效率也較(jiao)高。

專用平衡(heng)機是(shi)能對支承形式和外觀(guan)與一般(ban)轉子(zi)不同的(de)轉子(zi)進(jin)行平衡(heng)的(de)平衡(heng)機，例如特別針對發動(dong)(dong)機的(de)曲軸，汽車的(de)傳動(dong)(dong)軸進(jin)行設計的(de)平衡(heng)機。功能專一。  

四(si). 動平衡加工的方法(fa)

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(xiang)去處一定的重量。常用的方式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到(dao)技術的先進性和經(jing)濟上(shang)的合理性，國際標(biao)準(zhun)化(hua)組織(ISO)于1940年制定(ding)了世界(jie)公(gong)認的ISO1940平衡等(deng)級(ji)(ji)，它將轉(zhuan)子平衡等(deng)級(ji)(ji)分為(wei)(wei)11個(ge)級(ji)(ji)別，每個(ge)級(ji)(ji)別間以2.5倍為(wei)(wei)增(zeng)量(liang)，從要(yao)求更高的G0.4到(dao)要(yao)求更低的G4000。單位為(wei)(wei)公(gong)克(ke)×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不(bu)平衡對(dui)于轉(zhuan)子軸心(xin)的偏心(xin)距離。