平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機(ji)是測量(liang)旋轉物體(轉子)不平衡量(liang)大小(xiao)和位置的(de)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。天津電機轉(zhuan)子、機(ji)床(chuang)主軸、內燃機(ji)曲(qu)軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零(ling)部件在制造過程中(zhong)，都需要經過平衡(heng)才(cai)能平穩正常地(di)運轉(zhuan)。

根據(ju)平衡(heng)機測出的(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)子的(de)(de)不平衡(heng)量(liang)進行(xing)校正，可(ke)改善(shan)轉(zhuan)子相對于(yu)軸(zhou)(zhou)線的(de)(de)質(zhi)量(liang)分布，使(shi)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時(shi)產生的(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用于(yu)軸(zhou)(zhou)承(cheng)上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力減(jian)少(shao)(shao)到(dao)允(yun)許(xu)的(de)(de)范(fan)圍之(zhi)內。因此，平衡(heng)機是減(jian)小振(zhen)動(dong)、改善(shan)性能和提高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)(de)必(bi)不可(ke)少(shao)(shao)的(de)(de)設備(bei)。

通常，轉(zhuan)子(zi)的(de)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)包括不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)和校(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)兩個(ge)步驟，平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)主(zhu)要用于不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)，而(er)不平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)校(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)則(ze)往(wang)往(wang)借助于鉆床、銑床和點(dian)焊機(ji)等其他輔助設備，或(huo)用手工方法完成。有些平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)已將校(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)裝置做成為平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)一個(ge)部分。

重力式(shi)平衡機(ji)(ji)和離心力式(shi)平衡機(ji)(ji)是兩類典型的平衡機(ji)(ji)。

1. 重(zhong)力(li)式(shi)平衡機(ji)一般稱為靜(jing)平衡機(ji)。

它是依賴轉子自身(shen)的重力作(zuo)用(yong)來測量靜不平衡的。

置(zhi)于(yu)兩根水平(ping)導軌上(shang)的轉(zhuan)子如有不(bu)平(ping)衡(heng)量，則它對軸線的重力矩使轉(zhuan)子在導軌上(shang)滾動，直至這個不(bu)平(ping)衡(heng)量處于(yu)更低位(wei)置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)(zai)用靜壓軸(zhou)承(cheng)支承(cheng)的(de)(de)(de)(de)支座(zuo)上，在(zai)(zai)支座(zuo)的(de)(de)(de)(de)下面嵌裝(zhuang)一片反射(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)不存在(zai)(zai)不平(ping)衡量(liang)時(shi)，由光(guang)源射(she)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)光(guang)束經此反射(she)鏡反射(she)后(hou)，投射(she)在(zai)(zai)不平(ping)衡量(liang)指示(shi)器(qi)的(de)(de)(de)(de)極(ji)坐標(biao)原點(dian)(dian)。如(ru)果(guo)轉(zhuan)子(zi)存在(zai)(zai)不平(ping)衡量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支座(zuo)在(zai)(zai)不平(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)(de)重力矩作用下發生傾斜(xie)(xie)，支座(zuo)下的(de)(de)(de)(de)反射(she)鏡也隨之傾斜(xie)(xie)并(bing)使反射(she)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)光(guang)束偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束投在(zai)(zai)極(ji)坐標(biao)指示(shi)器(qi)上的(de)(de)(de)(de)光(guang)點(dian)(dian)便(bian)離開(kai)原點(dian)(dian)。根據這(zhe)個(ge)光(guang)點(dian)(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)坐標(biao)位(wei)置，可以得到不平(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)和位(wei)置。

重力式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)僅適用(yong)(yong)于(yu)(yu)某些平(ping)衡(heng)(heng)要求不高的(de)(de)盤狀(zhuang)零件。對(dui)于(yu)(yu)平(ping)衡(heng)(heng)要求高的(de)(de)轉子(zi)，一般采(cai)用(yong)(yong)離心(xin)式單(dan)面(mian)或雙面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)的狀態下，根據(ju)轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)引起的支(zhi)承振動(dong)，或(huo)作用于支(zhi)承的振動(dong)力來(lai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)不(bu)(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正(zheng)平面(mian)(mian)數量(liang)(liang)的不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)，可分(fen)為單面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測(ce)(ce)量(liang)(liang)一個平面(mian)(mian)上(shang)的不(bu)(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時(shi)進行測(ce)(ce)量(liang)(liang)，但仍屬于靜(jing)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)(liang)動(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分(fen)別測(ce)(ce)量(liang)(liang)靜(jing)不(bu)(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平(ping)衡機按支(zhi)承(cheng)(cheng)特(te)性(xing)不(bu)同，又可分為(wei)軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機和(he)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機。平(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)速高(gao)于轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻(pin)率的(de)(de)稱為(wei)軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機。這(zhe)種平(ping)衡機的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小，傳感器(qi)檢測出(chu)的(de)(de)信號(hao)與支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動位移(yi)成正比。平(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)速低於轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻(pin)率的(de)(de)稱為(wei)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡機，這(zhe)種平(ping)衡機的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大，傳感器(qi)檢測出(chu)的(de)(de)信號(hao)與支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動力成正比。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)主要(yao)性能(neng)(neng)用最小(xiao)可達(da)剩余(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和(he)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減(jian)少率兩項綜合指(zhi)標表示。前者(zhe)是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能(neng)(neng)使轉子達(da)到(dao)的(de)剩余(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)最小(xiao)值，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機更(geng)高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)(neng)力的(de)指(zhi)標；后者(zhe)是經(jing)過(guo)一次校正后所減(jian)少的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)標，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(gen)據大批量(liang)生產的(de)需要，對特定的(de)轉子能自(zi)動完成平(ping)衡測量(liang)和平(ping)衡校(xiao)正的(de)自(zi)動平(ping)衡機(ji)，以及平(ping)衡自(zi)動線，現代已(yi)大量(liang)的(de)裝備在(zai)汽車制(zhi)造、電機(ji)制(zhi)造等工(gong)業部門(men)。

二. 平衡(heng)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(wei)保證旋轉(zhuan)機械正常工作所(suo)允許的轉(zhuan)子剩余不平(ping)衡(heng)量。該(gai)指標用(yong)不平(ping)衡(heng)度表示(shi)時，稱(cheng)為(wei)許用(yong)不平(ping)衡(heng)度（亦稱(cheng)許用(yong)不平(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(ping)面的(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(zi)平衡(heng)優劣(lie)程度(du)的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，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(zui)小(xiao)可達剩余不(bu)平衡量（Umar）

最小(xiao)可達剩余不平衡(heng)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(heng)量減少(shao)率（URR）

經過一(yi)次平(ping)衡(heng)校正(zheng)所減少的不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)與初始不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)機效(xiao)率(lv)的性能指標，以百分(fen)數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初(chu)始不(bu)平(ping)衡量            

U2－一次平衡校正后(hou)的剩(sheng)余不平衡量

13. 不平(ping)衡力偶干擾比

單面平(ping)衡(heng)機抑(yi)止(zhi)不(bu)平(ping)衡(heng)力偶(ou)影響的性(xing)能(neng)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

為校驗平衡(heng)機性能而設計的剛(gang)性轉(zhuan)子。其(qi)質量、大小、尺(chi)寸均有規定，分立(li)式(shi)(shi)和臥式(shi)(shi)兩種。立(li)式(shi)(shi)轉(zhuan)子質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)轉(zhuan)子質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從原理方面可以分為(wei)硬(ying)支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)、軟支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)、半(ban)硬(ying)支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

1. 硬支承平衡(heng)(heng)機是平衡(heng)(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)參(can)振系統共(gong)振頻率(lv)的平衡(heng)(heng)機。平衡(heng)(heng)校驗(yan)時，支承擺架(jia)相對處于(yu)“硬”狀態，因此轉(zhuan)子(zi)可以在接近實際(ji)軸承條件下(xia)進行平衡(heng)(heng)校正。具有操作簡便、安(an)全性能好的特點。

2. 軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)轉速大于(yu)參振系(xi)統共(gong)振頻率的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)校驗(yan)時，支(zhi)承擺架相(xiang)對處于(yu)“軟”狀(zhuang)態，因此轉子校驗(yan)平(ping)(ping)衡(heng)時。支(zhi)承條件與(yu)實際軸承工作條件不(bu)同。具有測量精度(du)高的特點(dian)。

3. 半硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率之(zhi)間的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。同時(shi)具有(you)(you)有(you)(you)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度(du)高(gao)的(de)特點，又有(you)(you)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)精度(du)高(gao)的(de)優(you)點。

平(ping)(ping)衡(heng)機從(cong)應用方面分可分為立式平(ping)(ping)衡(heng)機和臥(wo)式平(ping)(ping)衡(heng)機；專(zhuan)用平(ping)(ping)衡(heng)機和通用平(ping)(ping)衡(heng)機。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)子(zi)(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈水(shui)平(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。適(shi)用于有轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配工(gong)藝軸(zhou)(zhou)的轉(zhuan)子(zi)(zi)，如機(ji)(ji)(ji)床(chuang)主軸(zhou)(zhou)、滾(gun)筒(tong)、風機(ji)(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)、汽輪機(ji)(ji)(ji)等等。

立式(shi)平衡機(ji)(ji)是(shi)被平衡轉(zhuan)子的(de)(de)旋轉(zhuan)軸在(zai)平衡機(ji)(ji)上(shang)呈(cheng)垂(chui)直狀(zhuang)態下的(de)(de)平衡機(ji)(ji)。適(shi)用(yong)于轉(zhuan)子本(ben)身不(bu)具轉(zhuan)軸的(de)(de)盤狀(zhuang)工(gong)件如離(li)合器、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓(ya)盤及其總成、制(zhi)動盤、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)(lun)、汽(qi)車飛輪(lun)(lun)、剎車轂、皮(pi)帶(dai)輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等盤類零件。

通(tong)用平(ping)衡機是指(zhi)能對形狀和支承形式比(bi)較規則的(de)轉子進行動(dong)平(ping)衡的(de)平(ping)衡機。通(tong)用平(ping)衡機操作簡單(dan)，效率也較高。

專(zhuan)用平衡機(ji)是能對支承形式和外觀與一般轉子不同的(de)轉子進行平衡的(de)平衡機(ji)，例如特別針(zhen)對發動機(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳(chuan)動軸(zhou)進行設(she)計的(de)平衡機(ji)。功能專(zhuan)一。  

四. 動平衡加工的方(fang)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(heng)方(fang)向去處一定(ding)的(de)重(zhong)量。常(chang)用的(de)方(fang)式有：鏜(tang)削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先進(jin)性和(he)經(jing)濟(ji)上的(de)合理性，國際標準(zhun)化組織(ISO)于1940年制定(ding)了世界公認的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等級，它將轉子(zi)平(ping)衡(heng)等級分為11個級別，每個級別間以2.5倍為增量，從(cong)要(yao)求(qiu)更高的(de)G0.4到要(yao)求(qiu)更低的(de)G4000。單位為公克×毫米(mi)/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對于轉子(zi)軸(zhou)心的(de)偏心距離。