平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不平(ping)衡量大小和位(wei)置(zhi)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。泰安電機轉子(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和鐘(zhong)表擺輪等旋(xuan)轉零部件(jian)在制造過(guo)(guo)程中，都需要經(jing)過(guo)(guo)平衡才能平穩(wen)正常(chang)地(di)運轉。

根據平(ping)(ping)衡機(ji)測出的(de)(de)數據對轉(zhuan)子的(de)(de)不平(ping)(ping)衡量進行校正，可改善(shan)轉(zhuan)子相對于軸線的(de)(de)質量分(fen)布(bu)，使(shi)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生的(de)(de)振動或(huo)作用于軸承(cheng)上的(de)(de)振動力減(jian)少(shao)到(dao)允許的(de)(de)范圍之(zhi)內。因此，平(ping)(ping)衡機(ji)是減(jian)小振動、改善(shan)性能和提(ti)高質量的(de)(de)必不可少(shao)的(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子(zi)的(de)(de)平(ping)衡包(bao)括不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)測(ce)量(liang)和校正(zheng)兩個步(bu)驟，平(ping)衡機主要用于(yu)不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)測(ce)量(liang)，而不(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)校正(zheng)則往(wang)往(wang)借助于(yu)鉆床、銑床和點焊機等其他輔助設備，或用手(shou)工方法(fa)完成。有些(xie)平(ping)衡機已將校正(zheng)裝置(zhi)做成為(wei)平(ping)衡機的(de)(de)一(yi)個部分(fen)。

重力式平(ping)衡(heng)機和離心(xin)力式平(ping)衡(heng)機是(shi)兩(liang)類典型的平(ping)衡(heng)機。

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

它是(shi)依(yi)賴轉子自身的重力作(zuo)用來測量靜不平衡的。

置于兩根水平導軌(gui)上(shang)的轉子如有不平衡(heng)量，則它對軸線的重(zhong)力矩使(shi)轉子在(zai)導軌(gui)上(shang)滾動，直至這個(ge)不平衡(heng)量處于更(geng)低位(wei)置時才靜止。

被平衡的(de)轉子放在(zai)(zai)(zai)用靜(jing)壓軸承(cheng)(cheng)支承(cheng)(cheng)的(de)支座(zuo)上，在(zai)(zai)(zai)支座(zuo)的(de)下面嵌裝一片反射(she)鏡。當(dang)轉子不存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)不平衡量(liang)(liang)時，由(you)光(guang)源(yuan)射(she)出(chu)的(de)光(guang)束經此反射(she)鏡反射(she)后(hou)，投(tou)射(she)在(zai)(zai)(zai)不平衡量(liang)(liang)指示(shi)器的(de)極坐標原(yuan)點。如果轉子存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)不平衡量(liang)(liang)，則轉子支座(zuo)在(zai)(zai)(zai)不平衡量(liang)(liang)的(de)重力(li)矩作用下發生傾(qing)斜，支座(zuo)下的(de)反射(she)鏡也隨之傾(qing)斜并使反射(she)出(chu)的(de)光(guang)束偏轉，這(zhe)樣光(guang)束投(tou)在(zai)(zai)(zai)極坐標指示(shi)器上的(de)光(guang)點便離(li)開原(yuan)點。根(gen)據這(zhe)個光(guang)點偏轉的(de)坐標位置(zhi)，可以得到不平衡量(liang)(liang)的(de)大小和位置(zhi)。

重力式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)僅(jin)適用于某些(xie)平衡(heng)(heng)要求不高的(de)盤(pan)狀零件。對(dui)于平衡(heng)(heng)要求高的(de)轉子，一般(ban)采(cai)用離(li)心式(shi)單面(mian)或雙面(mian)平衡(heng)(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機是(shi)在轉子旋轉的(de)(de)狀態下，根據(ju)轉子不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引(yin)起的(de)(de)支(zhi)(zhi)承振(zhen)動(dong)(dong)，或作用于(yu)支(zhi)(zhi)承的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)力來測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同，可分(fen)為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機和(he)雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機只能測(ce)(ce)量(liang)一個(ge)平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然是(shi)在轉子旋轉時進行測(ce)(ce)量(liang)，但仍屬(shu)于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機能測(ce)(ce)量(liang)動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分(fen)別測(ce)(ce)量(liang)靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機。

離心力式平衡機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性(xing)不同，又可分為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡機(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡機(ji)。平衡轉(zhuan)速高于(yu)轉(zhuan)子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻(pin)率的(de)稱為(wei)(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡機(ji)。這(zhe)種(zhong)平衡機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測出的(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動位移成(cheng)正比(bi)(bi)。平衡轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子(zi)一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻(pin)率的(de)稱為(wei)(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡機(ji)，這(zhe)種(zhong)平衡機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測出的(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動力成(cheng)正比(bi)(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)主要性能用最小可達剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率(lv)(lv)兩項綜合指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)表示(shi)。前(qian)者是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能使轉子達到(dao)的(de)剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)最小值，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)；后(hou)者是經過一次校正后(hou)所減少的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)平(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)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效(xiao)率(lv)(lv)的(de)指(zhi)(zhi)標(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。
  根據大批量(liang)生(sheng)產(chan)的(de)需(xu)要，對特(te)定的(de)轉子(zi)能自動(dong)完成平衡(heng)測量(liang)和平衡(heng)校(xiao)正的(de)自動(dong)平衡(heng)機，以(yi)及平衡(heng)自動(dong)線，現代已大量(liang)的(de)裝備在汽車制造、電機制造等工業部門。

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

為保證旋轉(zhuan)機(ji)械(xie)正常工(gong)作(zuo)所允許的(de)轉(zhuan)子剩余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)。該(gai)指(zhi)標用(yong)不平(ping)(ping)衡(heng)度表示(shi)時，稱為許用(yong)不平(ping)(ping)衡(heng)度（亦稱許用(yong)不平(ping)(ping)衡(heng)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(shi)中：G－轉(zhuan)子(zi)平衡品(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(wei)：gmm/kg或μm

11. 最小可達(da)剩余(yu)不平衡量（Umar）

最小可達剩余(yu)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. 不平衡量減少率（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)比值。它是衡(heng)量平衡(heng)機效率的性(xing)能指標，以百分數(shu)表示：

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

U2－一次平衡(heng)校正后的剩余不平衡(heng)量(liang)

13. 不(bu)平衡(heng)力偶干擾比

單(dan)面平衡(heng)機抑止不平衡(heng)力偶影響的性(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(wei)校驗平(ping)衡(heng)機(ji)性(xing)能而(er)設計的剛性(xing)轉(zhuan)子。其質量、大小、尺寸均有規定，分立(li)(li)式(shi)(shi)(shi)和(he)臥式(shi)(shi)(shi)兩種。立(li)(li)式(shi)(shi)(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)(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)機(ji)(ji)從原理(li)方面可以分(fen)為硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半(ban)硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉(zhuan)速遠低于(yu)參振系(xi)統(tong)共振頻(pin)率的(de)平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡校驗(yan)時(shi)，支(zhi)承擺架(jia)相對處于(yu)“硬(ying)”狀態，因此轉(zhuan)子(zi)可以(yi)在接近實際軸(zhou)承條件(jian)下進行平(ping)衡校正(zheng)。具有(you)操(cao)作簡便、安全性能好的(de)特點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速大于參振系(xi)統(tong)共(gong)振頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)(cheng)擺架相對處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校(xiao)驗平(ping)衡(heng)時。支(zhi)承(cheng)(cheng)條(tiao)件與實際軸(zhou)承(cheng)(cheng)工作(zuo)條(tiao)件不同(tong)。具有測量精度(du)高的特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)是平衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍(bei)參振(zhen)(zhen)系統共振(zhen)(zhen)頻率之(zhi)間的(de)平衡(heng)(heng)機(ji)。同時具有有硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度高的(de)特(te)點，又有軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)精度高的(de)優(you)點。

平(ping)衡機(ji)從(cong)應用方面分可分為立式平(ping)衡機(ji)和臥式平(ping)衡機(ji)；專用平(ping)衡機(ji)和通(tong)用平(ping)衡機(ji)。

臥式平衡機(ji)是被平衡轉(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平衡機(ji)上呈水平狀態的平衡機(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuan)(zhuan)子，如機(ji)床主(zhu)軸、滾筒(tong)、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機(ji)等等。

立式平(ping)(ping)衡(heng)機是被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)子的旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在(zai)平(ping)(ping)衡(heng)機上呈垂直狀態(tai)下(xia)的平(ping)(ping)衡(heng)機。適用(yong)于轉(zhuan)子本身不具轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)的盤(pan)狀工件如離合器、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總(zong)成、制(zhi)動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)(lun)、汽車(che)飛(fei)輪(lun)(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)(lun)、砂(sha)輪(lun)(lun)等盤(pan)類(lei)零件。

通(tong)用平衡機(ji)(ji)是指能對(dui)形狀和支承形式比較(jiao)規則的(de)轉子(zi)進行動平衡的(de)平衡機(ji)(ji)。通(tong)用平衡機(ji)(ji)操作簡單，效率也較(jiao)高(gao)。

專用平(ping)衡機是能對支承形式(shi)和外觀與一(yi)般(ban)轉子(zi)不(bu)同的(de)(de)(de)轉子(zi)進行平(ping)衡的(de)(de)(de)平(ping)衡機，例如(ru)特別針對發動機的(de)(de)(de)曲(qu)軸，汽車的(de)(de)(de)傳動軸進行設計的(de)(de)(de)平(ping)衡機。功(gong)能專一(yi)。  

四. 動(dong)平衡加(jia)工的(de)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(fang)向去處一定的重量。常用的方(fang)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(de)(de)先進性(xing)和經濟上的(de)(de)合理性(xing)，國(guo)際標準(zhun)化組織(ISO)于1940年(nian)制定了世(shi)界公(gong)認的(de)(de)ISO1940平(ping)衡等級(ji)，它將轉子平(ping)衡等級(ji)分為(wei)11個(ge)級(ji)別(bie)，每個(ge)級(ji)別(bie)間(jian)以2.5倍為(wei)增量，從要求更(geng)高的(de)(de)G0.4到(dao)要求更(geng)低的(de)(de)G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不(bu)平(ping)衡對于轉子軸(zhou)心的(de)(de)偏心距離。