平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測量旋轉(zhuan)(zhuan)物體(ti)(轉(zhuan)(zhuan)子)不(bu)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。松原電機轉子、機床(chuang)主(zhu)軸(zhou)、內燃機曲軸(zhou)、汽輪機轉子、陀螺轉子和鐘表擺輪等(deng)旋(xuan)轉零部件在(zai)制(zhi)造過程(cheng)中，都需要經過平衡(heng)才能平穩正常(chang)地運轉。

根據平(ping)衡(heng)(heng)機測出的(de)數據對轉子(zi)(zi)的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量進行校(xiao)正，可(ke)改善轉子(zi)(zi)相對于(yu)軸線的(de)質(zhi)量分(fen)布(bu)，使轉子(zi)(zi)旋轉時產生的(de)振(zhen)(zhen)動或作(zuo)用于(yu)軸承上的(de)振(zhen)(zhen)動力減(jian)少到(dao)允許的(de)范圍之內。因此，平(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)減(jian)小(xiao)振(zhen)(zhen)動、改善性能和提高質(zhi)量的(de)必不(bu)可(ke)少的(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)包括(kuo)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)和校(xiao)正兩(liang)個步驟，平(ping)衡(heng)機主(zhu)要用于不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)，而不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)校(xiao)正則往(wang)往(wang)借助于鉆床、銑床和點焊機等其他輔助設備，或用手工方法完(wan)成。有(you)些(xie)平(ping)衡(heng)機已將校(xiao)正裝置做成為平(ping)衡(heng)機的(de)一(yi)個部分。

重力式(shi)平(ping)(ping)衡機和離心(xin)力式(shi)平(ping)(ping)衡機是(shi)兩類典型的平(ping)(ping)衡機。

1. 重(zhong)力式平(ping)衡機一般稱(cheng)為靜平(ping)衡機。

它是(shi)依賴轉子自身(shen)的(de)重力(li)作用來測量(liang)靜不(bu)平衡的(de)。

置(zhi)于(yu)兩(liang)根(gen)水平(ping)導軌上(shang)的轉(zhuan)(zhuan)子如有不平(ping)衡量，則它(ta)對軸線的重力矩使(shi)轉(zhuan)(zhuan)子在導軌上(shang)滾(gun)動，直至這個不平(ping)衡量處于(yu)更低(di)位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)轉(zhuan)子放(fang)在(zai)(zai)(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座上，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)座的(de)下面嵌裝一片反射(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子不(bu)存(cun)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量時，由光(guang)源射(she)(she)出(chu)的(de)光(guang)束經此反射(she)(she)鏡(jing)反射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量指示器的(de)極坐標原點。如(ru)果轉(zhuan)子存(cun)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量，則(ze)轉(zhuan)子支(zhi)座在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)重力(li)矩作用下發生傾(qing)斜，支(zhi)座下的(de)反射(she)(she)鏡(jing)也隨(sui)之傾(qing)斜并使(shi)反射(she)(she)出(chu)的(de)光(guang)束偏轉(zhuan)，這樣(yang)光(guang)束投在(zai)(zai)(zai)極坐標指示器上的(de)光(guang)點便離開原點。根據這個光(guang)點偏轉(zhuan)的(de)坐標位(wei)(wei)置，可以得到不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)大(da)小和位(wei)(wei)置。

重力式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)僅適用于某(mou)些平(ping)(ping)衡(heng)要求不(bu)高(gao)的盤狀零件。對(dui)于平(ping)(ping)衡(heng)要求高(gao)的轉子，一般采用離心式單面或(huo)雙面平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的狀態下，根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起(qi)的支承(cheng)振(zhen)動，或作用于支承(cheng)的振(zhen)動力來測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其(qi)按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)面數(shu)量(liang)的不(bu)(bu)(bu)(bu)同，可(ke)分為單(dan)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只(zhi)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)一(yi)(yi)個平(ping)(ping)(ping)面上的不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然(ran)是(shi)在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時(shi)進(jin)行測(ce)(ce)量(liang)，但(dan)仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)動不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也(ye)能(neng)分別測(ce)(ce)量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一(yi)(yi)般稱為動平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平(ping)衡(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特(te)性(xing)不同，又可分(fen)為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)稱為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機。這(zhe)種(zhong)平(ping)衡(heng)機的(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度(du)小，傳(chuan)(chuan)感器(qi)檢測(ce)出的(de)(de)(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)振動位移(yi)成(cheng)正比(bi)。平(ping)衡(heng)轉速低(di)於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)稱為(wei)(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機，這(zhe)種(zhong)平(ping)衡(heng)機的(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度(du)大(da)，傳(chuan)(chuan)感器(qi)檢測(ce)出的(de)(de)(de)(de)信(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)振動力成(cheng)正比(bi)。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)主要性能用最(zui)小可(ke)達(da)剩余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量，和不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量減少(shao)率兩(liang)項綜合指標(biao)表示。前者(zhe)是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能使轉子達(da)到的(de)(de)剩余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)最(zui)小值，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力的(de)(de)指標(biao)；后者(zhe)是(shi)經過一(yi)次校正后所(suo)減少(shao)的(de)(de)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量與初(chu)始(shi)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量之比，它是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)(de)指標(biao)，一(yi)般用百分數(shu)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(ju)大(da)批量生產的需要，對特定(ding)的轉子(zi)能(neng)自(zi)動完成平衡(heng)測(ce)量和平衡(heng)校正(zheng)的自(zi)動平衡(heng)機(ji)，以及平衡(heng)自(zi)動線(xian)，現代已大(da)量的裝(zhuang)備在汽車制造、電(dian)機(ji)制造等(deng)工(gong)業部門。

二. 平(ping)衡機常用(yong)術(shu)語(yu)解(jie)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(wei)保(bao)證旋轉(zhuan)機械正(zheng)常工作所允許(xu)的轉(zhuan)子剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)衡量。該指標用不(bu)平(ping)衡度(du)表示時，稱(cheng)為(wei)許(xu)用不(bu)平(ping)衡度(du)（亦稱(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. 校正平面(mian)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

衡量轉子平衡優(you)劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(ping)衡品質，單位(wei)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(huo)μm

11. 最小可達剩余不平(ping)衡量(liang)（Umar）

最小可(ke)達剩余不平衡量（Umar）。單位(wei)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(jian)少率（URR）

經過一次平衡(heng)校正所減少的不(bu)平衡(heng)量與初(chu)始不(bu)平衡(heng)量之比值。它是衡(heng)量平衡(heng)機效(xiao)率的性能指標，以百分(fen)數(shu)表(biao)示：

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

U2－一次平衡校正后的(de)剩余不平衡量

13. 不平衡(heng)力偶干擾比(bi)

單面平(ping)衡機抑(yi)止不平(ping)衡力偶影響的(de)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(wei)校(xiao)驗(yan)平衡機性(xing)能而設計的剛性(xing)轉子(zi)(zi)。其質(zhi)量(liang)、大小、尺寸均(jun)有規定(ding)，分立式(shi)和臥(wo)式(shi)兩種。立式(shi)轉子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)從原(yuan)理方面(mian)可以分為硬支承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、軟支承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)、半硬支承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉(zhuan)速遠低(di)于(yu)參振系統(tong)共(gong)振頻率的(de)平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡校(xiao)驗時，支承(cheng)擺架相對處于(yu)“硬”狀態，因此轉(zhuan)子可以在(zai)接(jie)近(jin)實際(ji)軸承(cheng)條(tiao)件下進行平(ping)衡校(xiao)正。具有操作簡(jian)便、安全性能好(hao)的(de)特(te)點(dian)。

2. 軟支(zhi)(zhi)承平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉(zhuan)速大于參振系統共振頻率的(de)平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡校驗(yan)時(shi)，支(zhi)(zhi)承擺架(jia)相對處于“軟”狀態(tai)，因(yin)此轉(zhuan)子校驗(yan)平(ping)衡時(shi)。支(zhi)(zhi)承條件(jian)與(yu)實(shi)際軸承工作條件(jian)不(bu)同(tong)。具有測量(liang)精(jing)度高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻(pin)率之間(jian)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。同時具(ju)有有硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)支(zhi)承剛度高的(de)特點(dian)，又有軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)精度高的(de)優點(dian)。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從應(ying)用(yong)(yong)方(fang)面分(fen)可分(fen)為立(li)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和臥式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)；專用(yong)(yong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和通用(yong)(yong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

臥式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是被(bei)平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或可(ke)裝配工(gong)藝軸(zhou)的轉(zhuan)子(zi)(zi)，如機(ji)(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立式平衡(heng)(heng)機是被平衡(heng)(heng)轉子(zi)的(de)旋轉軸(zhou)在(zai)平衡(heng)(heng)機上呈(cheng)垂直狀態下的(de)平衡(heng)(heng)機。適用于(yu)轉子(zi)本身不(bu)具轉軸(zhou)的(de)盤狀工件(jian)如離合(he)器、齒輪、風(feng)扇(shan)、壓盤及其(qi)總(zong)成、制(zhi)動(dong)盤、風(feng)葉、水泵葉輪、汽車(che)飛輪、剎車(che)轂(gu)、皮(pi)帶(dai)輪、砂輪等盤類零件(jian)。

通用(yong)平(ping)(ping)衡機是(shi)指能對形(xing)狀和(he)支承形(xing)式比較規則(ze)的轉(zhuan)子進行動平(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)衡機。通用(yong)平(ping)(ping)衡機操作簡單(dan)，效率也較高。

專用平衡機是能對(dui)支(zhi)承(cheng)形(xing)式和外觀與一般轉子(zi)不(bu)同的(de)轉子(zi)進行平衡的(de)平衡機，例如特別(bie)針對(dui)發動(dong)機的(de)曲軸(zhou)，汽車(che)的(de)傳動(dong)軸(zhou)進行設計(ji)的(de)平衡機。功能專一。  

四. 動平衡加工的方法

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

即在不平衡方向去處一定的重量(liang)。常用的方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技(ji)術的(de)先進性和經濟(ji)上(shang)的(de)合理(li)性，國際標準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界公(gong)(gong)(gong)認(ren)的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)，它將轉子(zi)平(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)分為11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以2.5倍為增(zeng)量，從要(yao)求更高的(de)G0.4到要(yao)求更低的(de)G4000。單位為公(gong)(gong)(gong)克×毫米/公(gong)(gong)(gong)斤(gmm/kg)，代表(biao)不(bu)平(ping)衡(heng)對(dui)于(yu)轉子(zi)軸心(xin)(xin)的(de)偏心(xin)(xin)距離。