平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機(ji)是測量(liang)旋轉物體(轉子)不平(ping)衡量(liang)大(da)小和位置的機(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。順義電機轉子、機(ji)床主軸、內(nei)燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉子、陀(tuo)螺轉子和鐘表擺輪等(deng)旋轉零部件(jian)在制造過(guo)程(cheng)中，都需要經過(guo)平(ping)衡才能(neng)平(ping)穩正(zheng)常地運(yun)轉。

根據(ju)平衡機(ji)測出的(de)數據(ju)對(dui)轉(zhuan)子(zi)的(de)不平衡量進行校(xiao)正(zheng)，可改(gai)善轉(zhuan)子(zi)相對(dui)于(yu)(yu)軸(zhou)線的(de)質(zhi)量分布，使轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時產生(sheng)的(de)振動或作用于(yu)(yu)軸(zhou)承上(shang)的(de)振動力減(jian)少到允許的(de)范圍之(zhi)內。因此，平衡機(ji)是減(jian)小振動、改(gai)善性能和提高(gao)質(zhi)量的(de)必不可少的(de)設備。

通(tong)常，轉子的(de)平衡(heng)包(bao)括不平衡(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和(he)校正兩(liang)個步驟，平衡(heng)機主要用(yong)(yong)于(yu)不平衡(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不平衡(heng)量(liang)的(de)校正則(ze)往(wang)往(wang)借(jie)助(zhu)于(yu)鉆(zhan)床、銑床和(he)點焊機等其他輔助(zhu)設(she)備，或(huo)用(yong)(yong)手工方(fang)法完成(cheng)。有些平衡(heng)機已將校正裝置做成(cheng)為平衡(heng)機的(de)一個部分。

重力(li)式平衡機和離(li)心力(li)式平衡機是兩類典型的平衡機。

1. 重力式平衡機(ji)一般稱為靜平衡機(ji)。

它是(shi)依賴轉子(zi)自身(shen)的重力作用來測量靜不(bu)平衡的。

置于兩根(gen)水平(ping)導軌上(shang)的轉子如有不平(ping)衡量(liang)，則它對軸線(xian)的重力矩使轉子在導軌上(shang)滾動，直至這個(ge)不平(ping)衡量(liang)處(chu)于更低位置時才(cai)靜止。

被平(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子放在(zai)(zai)(zai)用靜壓軸承(cheng)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一片反射鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子不存(cun)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)時(shi)，由光源(yuan)射出的(de)(de)(de)光束(shu)(shu)經(jing)此反射鏡反射后(hou)，投(tou)射在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)指示(shi)器的(de)(de)(de)極坐標原點。如果轉(zhuan)(zhuan)子存(cun)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)重力矩作用下發生傾斜(xie)，支(zhi)(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)下的(de)(de)(de)反射鏡也隨之(zhi)傾斜(xie)并使(shi)反射出的(de)(de)(de)光束(shu)(shu)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)樣(yang)光束(shu)(shu)投(tou)在(zai)(zai)(zai)極坐標指示(shi)器上(shang)的(de)(de)(de)光點便離開原點。根據這(zhe)個(ge)光點偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)坐標位置(zhi)，可以得到不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)大小和位置(zhi)。

重力式平(ping)衡(heng)機僅適(shi)用于某些(xie)平(ping)衡(heng)要求(qiu)不高(gao)的(de)盤狀(zhuang)零件。對于平(ping)衡(heng)要求(qiu)高(gao)的(de)轉子，一(yi)般采用離(li)心(xin)式單面或雙面平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)的狀(zhuang)態下，根據轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承(cheng)振動(dong)，或作用于(yu)(yu)支承(cheng)的振動(dong)力來測(ce)量不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量的不(bu)同，可分為(wei)單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機和雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機只能測(ce)量一(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時進行測(ce)量，但仍屬于(yu)(yu)靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能測(ce)量動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)量靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為(wei)動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機按支(zhi)(zhi)承(cheng)特性不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速高(gao)于轉(zhuan)(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機。這種平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度小，傳感器檢測出的(de)(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)振動位移(yi)成(cheng)正比(bi)。平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速低於(wu)轉(zhuan)(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機，這種平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度大，傳感器檢測出的(de)(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)振動力(li)成(cheng)正比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的主要性能(neng)用最(zui)小(xiao)可達剩(sheng)余(yu)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和(he)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少(shao)率(lv)兩項綜合(he)指(zhi)標(biao)(biao)表示。前者(zhe)是平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)使轉(zhuan)子達到的剩(sheng)余(yu)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的最(zui)小(xiao)值，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更(geng)高(gao)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)力(li)的指(zhi)標(biao)(biao)；后者(zhe)是經過(guo)一次(ci)校正后所減少(shao)的不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初(chu)始不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之(zhi)比，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率(lv)的指(zhi)標(biao)(biao)，一般用百分數表示。

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)(liang)(liang)生產的需要，對特定(ding)的轉子能自(zi)動(dong)完成平(ping)衡(heng)測量(liang)(liang)(liang)和平(ping)衡(heng)校正的自(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)機(ji)，以及平(ping)衡(heng)自(zi)動(dong)線，現代已(yi)大量(liang)(liang)(liang)的裝備在汽車制造、電(dian)機(ji)制造等工(gong)業部門。

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)轉機械正常工作(zuo)所(suo)允許的轉子剩余(yu)不平(ping)(ping)衡量(liang)。該(gai)指標(biao)用(yong)不平(ping)(ping)衡度表示時，稱為許用(yong)不平(ping)(ping)衡度（亦(yi)稱許用(yong)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(xiao)正平面的干(gan)擾（相(xiang)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

衡量轉子平衡優劣程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡(heng)品(pin)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 

         單位：gmm/kg或μm

11. 最小可達(da)剩(sheng)余不平衡(heng)量(liang)（Umar）

最小(xiao)可達剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)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(bu)平衡量(liang)減(jian)少率（URR）

經過一次平(ping)衡(heng)校正所減少的不平(ping)衡(heng)量與初始不平(ping)衡(heng)量之(zhi)比值。它是衡(heng)量平(ping)衡(heng)機效率的性能指標，以百分數(shu)表示：

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

U2－一(yi)次平衡(heng)校正后的剩(sheng)余不(bu)平衡(heng)量

13. 不平衡力偶干擾(rao)比

單(dan)面平衡機抑止不(bu)平衡力偶影(ying)響(xiang)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)校驗平衡機(ji)性能而設(she)計的剛性轉(zhuan)(zhuan)子(zi)。其質量、大(da)小、尺(chi)寸均有(you)規(gui)定，分立(li)(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)(li)式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機(ji)從原理方(fang)面可以分為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機(ji)、軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機(ji)、半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機(ji)。

1. 硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)參振系統共振頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承擺架相對處于(yu)“硬”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接(jie)近實際軸承條件下(xia)進行平(ping)衡(heng)校(xiao)正。具(ju)有操(cao)作(zuo)簡便(bian)、安全性能(neng)好的特點。

2. 軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速大(da)于(yu)參振系統共振頻率的平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)校驗時，支(zhi)承擺架相對處于(yu)“軟”狀(zhuang)態，因(yin)此轉子校驗平(ping)衡(heng)時。支(zhi)承條件與實際軸承工作條件不同。具有測量精度(du)高(gao)的特(te)點。

3. 半硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍(bei)參振系統共振頻(pin)率之間的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。同時具有(you)有(you)硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機支承(cheng)剛度(du)高的(de)特點，又有(you)軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機精度(du)高的(de)優點。

平衡機(ji)從應用方面分(fen)可(ke)分(fen)為立式(shi)平衡機(ji)和臥式(shi)平衡機(ji)；專用平衡機(ji)和通用平衡機(ji)。

臥(wo)式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是(shi)被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈水平(ping)狀態的(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。適(shi)用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝(zhuang)配工(gong)藝軸的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如機(ji)(ji)(ji)床主(zhu)軸、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機(ji)(ji)(ji)等等。

立式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機是被平(ping)衡(heng)(heng)轉子的旋轉軸在(zai)平(ping)衡(heng)(heng)機上呈(cheng)垂直(zhi)狀態下(xia)的平(ping)衡(heng)(heng)機。適用(yong)于轉子本身不(bu)具(ju)轉軸的盤狀工件如離合器、齒輪(lun)、風(feng)(feng)扇、壓(ya)盤及其總成、制動盤、風(feng)(feng)葉、水泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件。

通(tong)用(yong)(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)是指能對形狀和支(zhi)承形式比較(jiao)規則(ze)的轉子(zi)進行動平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)(ji)。通(tong)用(yong)(yong)平衡(heng)機(ji)(ji)操作(zuo)簡單，效率也較(jiao)高。

專(zhuan)用平衡(heng)機(ji)是能對支承形式和外觀與一(yi)般轉子(zi)不同的(de)轉子(zi)進行平衡(heng)的(de)平衡(heng)機(ji)，例如特別(bie)針(zhen)對發動機(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳(chuan)動軸(zhou)進行設計的(de)平衡(heng)機(ji)。功(gong)能專(zhuan)一(yi)。  

四. 動平衡加(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(xiang)去處一定(ding)的重量。常用的方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨(mo)削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到(dao)技術的先進(jin)性和經濟上(shang)的合(he)理(li)性，國(guo)際標(biao)準化組(zu)織(ISO)于1940年(nian)制(zhi)定了(le)世界公認(ren)的ISO1940平衡等(deng)級(ji)，它將轉子(zi)平衡等(deng)級(ji)分為(wei)(wei)11個級(ji)別(bie)(bie)，每個級(ji)別(bie)(bie)間以(yi)2.5倍為(wei)(wei)增量(liang)，從(cong)要(yao)求更高(gao)的G0.4到(dao)要(yao)求更低的G4000。單位為(wei)(wei)公克(ke)×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡對于轉子(zi)軸心(xin)的偏心(xin)距離。