平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測量(liang)旋(xuan)轉物(wu)體(轉子)不(bu)平衡(heng)量(liang)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。綏化電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)(zhuan)零部件(jian)在制造(zao)過(guo)程中，都需要經(jing)過(guo)平衡才能平穩正常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據(ju)平衡(heng)機測出的(de)(de)(de)(de)數據(ju)對轉子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)不平衡(heng)量進行校正，可(ke)改善轉子(zi)(zi)相對于軸(zhou)線(xian)的(de)(de)(de)(de)質量分布，使(shi)轉子(zi)(zi)旋轉時產(chan)生的(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動或作(zuo)用于軸(zhou)承上的(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動力(li)減少(shao)到允許(xu)的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)之內(nei)。因(yin)此，平衡(heng)機是減小振(zhen)(zhen)動、改善性能和提高質量的(de)(de)(de)(de)必不可(ke)少(shao)的(de)(de)(de)(de)設備。

通(tong)常，轉(zhuan)子的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)包括不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測(ce)量和(he)校(xiao)正(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機主要(yao)用(yong)于不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)測(ce)量，而不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量的(de)校(xiao)正(zheng)則往往借助于鉆床、銑(xian)床和(he)點焊機等其他輔助設備，或用(yong)手工方(fang)法(fa)完成。有(you)些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機已(yi)將(jiang)校(xiao)正(zheng)裝(zhuang)置做成為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機的(de)一個(ge)部分。

重力(li)式平(ping)衡機(ji)(ji)和離心(xin)力(li)式平(ping)衡機(ji)(ji)是兩類典(dian)型的平(ping)衡機(ji)(ji)。

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

它是依賴轉子自身(shen)的重力作用來測(ce)量靜(jing)不平衡的。

置于兩根(gen)水平導(dao)軌(gui)上(shang)的(de)轉子如有不平衡量(liang)，則它(ta)對軸線的(de)重(zhong)力矩使轉子在導(dao)軌(gui)上(shang)滾(gun)動，直至這個不平衡量(liang)處于更低位置時(shi)才靜(jing)止(zhi)。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)(zai)(zai)用(yong)靜壓(ya)軸承支(zhi)承的(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)(shang)，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)下面嵌(qian)裝一片反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子(zi)不存在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)時，由光(guang)源射(she)(she)出的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)經(jing)此反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)反(fan)(fan)射(she)(she)后(hou)，投射(she)(she)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)指示器的(de)(de)(de)極坐(zuo)標(biao)原點。如果轉(zhuan)子(zi)存在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)(zai)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)重力矩作用(yong)下發生傾(qing)斜，支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)也隨之傾(qing)斜并使反(fan)(fan)射(she)(she)出的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)偏轉(zhuan)，這樣光(guang)束(shu)投在(zai)(zai)(zai)極坐(zuo)標(biao)指示器上(shang)(shang)的(de)(de)(de)光(guang)點便離開原點。根(gen)據(ju)這個(ge)光(guang)點偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位(wei)置(zhi)，可以得(de)到不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)大小(xiao)和位(wei)置(zhi)。

重(zhong)力式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)僅適(shi)用(yong)于(yu)某些平(ping)衡(heng)要求不(bu)高的盤狀(zhuang)零件。對(dui)于(yu)平(ping)衡(heng)要求高的轉(zhuan)子，一般采用(yong)離心式單(dan)面或雙面平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是在(zai)轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)的狀態(tai)下(xia)，根據(ju)轉(zhuan)子不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的支(zhi)承振動，或(huo)作(zuo)用于支(zhi)承的振動力來測(ce)量不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按(an)校正(zheng)平(ping)(ping)面(mian)數量的不同，可分(fen)為單(dan)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)量一個(ge)平(ping)(ping)面(mian)上的不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時進(jin)行測(ce)量，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能測(ce)量動不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能分(fen)別測(ce)量靜(jing)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱(cheng)為動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離心(xin)力(li)式平(ping)衡機按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機和硬(ying)(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機。平(ping)衡轉(zhuan)速(su)高于(yu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固(gu)有(you)頻率的(de)(de)稱(cheng)(cheng)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機。這種平(ping)衡機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)檢測(ce)(ce)出(chu)的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位(wei)移成正比(bi)。平(ping)衡轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固(gu)有(you)頻率的(de)(de)稱(cheng)(cheng)為硬(ying)(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機，這種平(ping)衡機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)檢測(ce)(ce)出(chu)的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力(li)成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)主要性能用最(zui)小可達(da)剩(sheng)余(yu)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)減(jian)少率(lv)兩項綜合(he)指標(biao)(biao)(biao)表示(shi)。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)能使轉子達(da)到的(de)剩(sheng)余(yu)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)最(zui)小值，它(ta)(ta)是衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)更高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)能力的(de)指標(biao)(biao)(biao)；后者(zhe)是經過(guo)一次校(xiao)正后所減(jian)少的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)(ta)是衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)效率(lv)的(de)指標(biao)(biao)(biao)，一般用百分數表示(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(pi)量生(sheng)產的需(xu)要，對特(te)定的轉子能自(zi)動完(wan)成平(ping)(ping)衡測量和平(ping)(ping)衡校正的自(zi)動平(ping)(ping)衡機(ji)，以及平(ping)(ping)衡自(zi)動線，現(xian)代已(yi)大量的裝備在汽車制(zhi)(zhi)造、電機(ji)制(zhi)(zhi)造等(deng)工業部門(men)。

二. 平衡機常用(yong)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

為保證旋轉機械正常工作所允許的轉子剩余不(bu)平(ping)衡量。該指標用(yong)不(bu)平(ping)衡度(du)表示時，稱為許用(yong)不(bu)平(ping)衡度(du)（亦稱許用(yong)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. 校正平面的干擾（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(zi)平(ping)衡優劣(lie)程(cheng)度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子(zi)平衡品質，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μm

11. 最小(xiao)可達(da)剩余(yu)不平衡(heng)量（Umar）

最小可(ke)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(jian)少率（URR）

經過一次平衡(heng)校(xiao)正所減少(shao)的不平衡(heng)量(liang)(liang)與初始不平衡(heng)量(liang)(liang)之比值。它是衡(heng)量(liang)(liang)平衡(heng)機(ji)效率的性能(neng)指標(biao)，以百(bai)分數表示：

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

U2－一次平(ping)衡校正(zheng)后的(de)剩余不平(ping)衡量

13. 不平衡(heng)力(li)偶干擾比

單面平(ping)衡(heng)機抑止不平(ping)衡(heng)力偶影響(xiang)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(wei)校驗平衡機性能(neng)而設計(ji)的(de)剛(gang)性轉(zhuan)子。其質量、大小、尺寸均有規(gui)定，分立式(shi)和臥式(shi)兩種。立式(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)從原理方面(mian)可以分(fen)為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)、軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)、半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承擺架相對處于“硬”狀(zhuang)態，因此(ci)轉子(zi)可以在接近實際軸承條件下進行平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)正。具(ju)有(you)操作(zuo)簡便(bian)、安全(quan)性(xing)能好的特點。

2. 軟(ruan)支承平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉速大于(yu)參振系統共(gong)振頻率的平(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)衡校驗時，支承擺架相對處于(yu)“軟(ruan)”狀(zhuang)態，因(yin)此轉子(zi)校驗平(ping)(ping)衡時。支承條(tiao)件與實際(ji)軸承工作條(tiao)件不同(tong)。具有測(ce)量精度高的特點。

3. 半(ban)硬支承平衡機是平衡轉速在0.3~0.5倍參振系(xi)統(tong)共振頻率之(zhi)間的(de)平衡機。同時具有有硬支承平衡機支承剛度(du)高的(de)特點，又(you)有軟支承平衡機精(jing)度(du)高的(de)優點。

平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)從應用方面(mian)分(fen)可分(fen)為立(li)式平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和臥式平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)；專用平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和通用平衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。

臥式平衡機(ji)(ji)是被平衡轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平衡機(ji)(ji)上呈水平狀態(tai)的(de)(de)平衡機(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝配工藝軸的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)，如機(ji)(ji)床主軸、滾(gun)筒、風機(ji)(ji)、增壓器(qi)、電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)(ji)等等。

立式平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是被平衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)子的(de)旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在(zai)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)上呈垂(chui)直狀(zhuang)態下的(de)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。適用于轉(zhuan)子本身不(bu)具(ju)轉(zhuan)軸(zhou)的(de)盤(pan)狀(zhuang)工件如離合器(qi)、齒(chi)輪、風扇、壓盤(pan)及其總成(cheng)、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪、汽(qi)車飛(fei)輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等盤(pan)類零(ling)件。

通用(yong)(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機是指能對形(xing)狀(zhuang)和(he)支承形(xing)式比(bi)較(jiao)規則的轉(zhuan)子進(jin)行(xing)動平(ping)(ping)衡(heng)的平(ping)(ping)衡(heng)機。通用(yong)(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機操(cao)作(zuo)簡單，效率也(ye)較(jiao)高。

專(zhuan)用平(ping)衡機是能(neng)對(dui)支承形式和(he)外觀(guan)與一般轉(zhuan)子不同的轉(zhuan)子進行(xing)平(ping)衡的平(ping)衡機，例如特別(bie)針(zhen)對(dui)發動機的曲軸，汽車的傳動軸進行(xing)設計的平(ping)衡機。功能(neng)專(zhuan)一。  

四(si). 動平(ping)衡加(jia)工的(de)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(bu)平衡方向(xiang)去處一定的重量。常用的方式有：鏜(tang)削(xue)、鉆孔(kong)、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)(de)先(xian)進性和經濟上的(de)(de)合理性，國際標(biao)準化(hua)組織(ISO)于1940年制定了世界公(gong)認的(de)(de)ISO1940平衡(heng)等(deng)級(ji)，它將轉子平衡(heng)等(deng)級(ji)分為(wei)(wei)11個級(ji)別，每個級(ji)別間以2.5倍為(wei)(wei)增量，從要求(qiu)更(geng)高的(de)(de)G0.4到要求(qiu)更(geng)低(di)的(de)(de)G4000。單位為(wei)(wei)公(gong)克×毫米(mi)/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡(heng)對于轉子軸心的(de)(de)偏心距離。