平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是(shi)測量旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)物體(轉(zhuan)(zhuan)子)不平衡量大(da)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。鐵嶺電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內燃(ran)機(ji)曲(qu)軸、汽(qi)輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺(bai)輪等旋轉(zhuan)零部件在制造過(guo)程(cheng)中，都需要(yao)經(jing)過(guo)平衡才能平穩(wen)正常地運轉(zhuan)。

根據(ju)平衡(heng)機(ji)測出的(de)數(shu)據(ju)對轉(zhuan)子的(de)不(bu)平衡(heng)量進行(xing)校正，可改善(shan)(shan)轉(zhuan)子相對于軸(zhou)線的(de)質量分布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)或作用于軸(zhou)承上的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)力減(jian)少到允許(xu)的(de)范(fan)圍之內。因此，平衡(heng)機(ji)是減(jian)小(xiao)振(zhen)(zhen)動(dong)、改善(shan)(shan)性能和(he)提高(gao)質量的(de)必不(bu)可少的(de)設備。

通常，轉子的(de)(de)平衡(heng)包括不平衡(heng)量的(de)(de)測量和(he)校(xiao)(xiao)正兩(liang)個(ge)步(bu)驟(zou)，平衡(heng)機(ji)(ji)主要用(yong)于不平衡(heng)量的(de)(de)測量，而不平衡(heng)量的(de)(de)校(xiao)(xiao)正則(ze)往(wang)往(wang)借助(zhu)于鉆床、銑床和(he)點焊機(ji)(ji)等其(qi)他輔助(zhu)設備(bei)，或(huo)用(yong)手工(gong)方(fang)法完成。有些平衡(heng)機(ji)(ji)已將校(xiao)(xiao)正裝置(zhi)做成為(wei)平衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)一個(ge)部分。

重力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機和離心力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機是(shi)兩(liang)類典型(xing)的平(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 重力式平(ping)衡機(ji)一般稱為靜(jing)平(ping)衡機(ji)。

它(ta)是依賴轉子(zi)自(zi)身的重力(li)作用(yong)來測(ce)量靜(jing)不平衡的。

置于兩根水平(ping)導(dao)軌(gui)上(shang)的轉(zhuan)子如有不(bu)平(ping)衡量，則它對軸(zhou)線(xian)的重力矩使轉(zhuan)子在導(dao)軌(gui)上(shang)滾動，直(zhi)至這個不(bu)平(ping)衡量處于更低位置時才靜止(zhi)。

被平(ping)(ping)(ping)衡的轉(zhuan)子(zi)放在用(yong)靜壓(ya)軸承支承的支座上，在支座的下(xia)面嵌裝一片反射鏡。當轉(zhuan)子(zi)不(bu)存在不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量時(shi)，由光源射出的光束經此反射鏡反射后，投射在不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量指示(shi)(shi)器的極坐(zuo)標原(yuan)點。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)存在不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量，則(ze)轉(zhuan)子(zi)支座在不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量的重力矩作用(yong)下(xia)發生傾斜，支座下(xia)的反射鏡也隨之傾斜并(bing)使反射出的光束偏(pian)轉(zhuan)，這樣(yang)光束投在極坐(zuo)標指示(shi)(shi)器上的光點便離(li)開原(yuan)點。根(gen)據這個(ge)光點偏(pian)轉(zhuan)的坐(zuo)標位置(zhi)，可以得到(dao)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡量的大小和位置(zhi)。

重力式平(ping)衡機(ji)僅適用于(yu)某些平(ping)衡要(yao)求不高的盤狀零件。對(dui)于(yu)平(ping)衡要(yao)求高的轉(zhuan)子，一(yi)般采(cai)用離心式單(dan)面或雙面平(ping)衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)的狀態(tai)下，根據轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的支承振動(dong)(dong)，或作用于(yu)支承的振動(dong)(dong)力來(lai)測(ce)(ce)(ce)(ce)量不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)(ping)(ping)面數量的不(bu)同，可分為單面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測(ce)(ce)(ce)(ce)量一個平(ping)(ping)(ping)面上的不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時進行測(ce)(ce)(ce)(ce)量，但仍屬于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)能測(ce)(ce)(ce)(ce)量動(dong)(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也(ye)能分別測(ce)(ce)(ce)(ce)量靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般(ban)稱(cheng)為動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離(li)心力(li)式平衡機(ji)(ji)按(an)支(zhi)承特性不同，又可分為(wei)軟支(zhi)承平衡機(ji)(ji)和(he)硬(ying)支(zhi)承平衡機(ji)(ji)。平衡轉(zhuan)速高(gao)于轉(zhuan)子(zi)一支(zhi)承系統固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)稱為(wei)軟支(zhi)承平衡機(ji)(ji)。這種(zhong)平衡機(ji)(ji)的(de)支(zhi)承剛度小，傳(chuan)感器檢測出的(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)承的(de)振動位(wei)移(yi)成(cheng)正(zheng)(zheng)比(bi)。平衡轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子(zi)一支(zhi)承系統固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)稱為(wei)硬(ying)支(zhi)承平衡機(ji)(ji)，這種(zhong)平衡機(ji)(ji)的(de)支(zhi)承剛度大，傳(chuan)感器檢測出的(de)信(xin)號與(yu)支(zhi)承的(de)振動力(li)成(cheng)正(zheng)(zheng)比(bi)。

平(ping)衡機(ji)的(de)(de)主要性能用最(zui)小(xiao)可(ke)達(da)剩(sheng)(sheng)余不平(ping)衡量(liang)(liang)，和不平(ping)衡量(liang)(liang)減(jian)少率兩項綜合指標(biao)表(biao)示。前者是(shi)平(ping)衡機(ji)能使轉子(zi)達(da)到的(de)(de)剩(sheng)(sheng)余不平(ping)衡量(liang)(liang)的(de)(de)最(zui)小(xiao)值，它(ta)是(shi)衡量(liang)(liang)平(ping)衡機(ji)更高平(ping)衡能力的(de)(de)指標(biao)；后(hou)者是(shi)經過一次校正后(hou)所減(jian)少的(de)(de)不平(ping)衡量(liang)(liang)與初始不平(ping)衡量(liang)(liang)之比，它(ta)是(shi)衡量(liang)(liang)平(ping)衡效率的(de)(de)指標(biao)，一般(ban)用百(bai)分數表(biao)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(da)批量(liang)生產的(de)(de)需要，對特定的(de)(de)轉子(zi)能(neng)自(zi)動(dong)完成平(ping)衡測(ce)量(liang)和平(ping)衡校正(zheng)的(de)(de)自(zi)動(dong)平(ping)衡機(ji)(ji)，以及平(ping)衡自(zi)動(dong)線，現代已大(da)量(liang)的(de)(de)裝備(bei)在汽(qi)車制造、電機(ji)(ji)制造等工業部門。

二. 平衡機常用(yong)術語解釋(shi)

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(zuo)所允(yun)許的轉子剩余不(bu)平衡(heng)(heng)量。該指標(biao)用不(bu)平衡(heng)(heng)度表示(shi)時，稱為許用不(bu)平衡(heng)(heng)度（亦稱許用不(bu)平衡(heng)(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. 校正平面的干擾（相互影響(xiang)）

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)(heng)量轉子平(ping)衡(heng)(heng)優劣(lie)程(cheng)度的(de)指標。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉子(zi)平衡(heng)品(pin)質，單(dan)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(wei)：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最(zui)小可(ke)達剩余不平衡量(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. 不平衡量減少率（URR）

經過一次平(ping)(ping)衡(heng)校正所減(jian)少的不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)與初始不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)之比值。它是衡(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)機效率(lv)的性能指標，以百分數表示：

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

U2－一次(ci)平(ping)衡校(xiao)正后的剩余不平(ping)衡量

13. 不平衡力偶干擾比(bi)

單面平衡機抑止(zhi)不(bu)平衡力(li)偶影響的性能指標。

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

為校驗平衡機性能(neng)而設計的剛性轉(zhuan)子(zi)。其質量、大(da)小、尺寸均有規(gui)定，分(fen)立(li)式和臥式兩(liang)種。立(li)式轉(zhuan)子(zi)質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子(zi)質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機(ji)從原理方面可以分為硬支承(cheng)平衡(heng)機(ji)、軟支承(cheng)平衡(heng)機(ji)、半(ban)硬支承(cheng)平衡(heng)機(ji)。

1. 硬支承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉速遠低于參(can)振系統共振頻率(lv)的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支承擺架(jia)相對處于“硬”狀態，因此轉子可以(yi)在接近(jin)實際軸承條件下(xia)進行(xing)平(ping)衡(heng)校正。具有操(cao)作簡便、安全性(xing)能好的特點。

2. 軟支承平衡(heng)機是(shi)平衡(heng)轉速大于參(can)振系(xi)統(tong)共振頻率的(de)平衡(heng)機。平衡(heng)校(xiao)驗時，支承擺架(jia)相對處于“軟”狀(zhuang)態，因此轉子校(xiao)驗平衡(heng)時。支承條件與實際軸承工作條件不同。具有測量精(jing)度高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)承平衡(heng)機(ji)(ji)是平衡(heng)轉速(su)在(zai)0.3~0.5倍參(can)振系統(tong)共振頻率之間的(de)(de)平衡(heng)機(ji)(ji)。同(tong)時(shi)具有(you)(you)有(you)(you)硬支(zhi)承平衡(heng)機(ji)(ji)支(zhi)承剛度(du)高(gao)的(de)(de)特點，又有(you)(you)軟支(zhi)承平衡(heng)機(ji)(ji)精(jing)度(du)高(gao)的(de)(de)優點。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)從(cong)應用(yong)方(fang)面(mian)分(fen)可分(fen)為(wei)立式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和臥式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)；專(zhuan)用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和通用(yong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。

臥式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)在(zai)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈(cheng)水平(ping)(ping)(ping)狀態的(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適(shi)用于有轉(zhuan)軸(zhou)或可(ke)裝(zhuang)配工(gong)藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)子，如機(ji)床主軸(zhou)、滾(gun)筒、風機(ji)、增壓器(qi)、電機(ji)轉(zhuan)子、汽輪機(ji)等等。

立式平(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)轉子的旋(xuan)轉軸在平(ping)衡(heng)機(ji)上(shang)呈垂直狀態下的平(ping)衡(heng)機(ji)。適用于轉子本身不具轉軸的盤狀工件(jian)如離合器(qi)、齒輪、風扇、壓盤及其總成、制動盤、風葉、水(shui)泵葉輪、汽車(che)飛輪、剎車(che)轂、皮帶輪、砂輪等盤類零件(jian)。

通用平(ping)(ping)衡機是指能對形(xing)狀和支(zhi)承形(xing)式比較規則的轉子(zi)進行動平(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)衡機。通用平(ping)(ping)衡機操作簡單，效率也較高(gao)。

專用平(ping)衡機是(shi)能對(dui)支(zhi)承(cheng)形式和外(wai)觀(guan)與一(yi)般(ban)轉子(zi)不(bu)同的(de)轉子(zi)進行平(ping)衡的(de)平(ping)衡機，例如特別針對(dui)發動(dong)機的(de)曲軸，汽車的(de)傳動(dong)軸進行設計的(de)平(ping)衡機。功能專一(yi)。  

四. 動平衡(heng)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(ji)在不平衡方向去處(chu)一定的重量。常(chang)用的方式(shi)有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)技(ji)術的(de)(de)先(xian)進性和(he)經濟上的(de)(de)合理性，國際標(biao)準(zhun)化組織(ISO)于1940年制(zhi)定了世(shi)界公認的(de)(de)ISO1940平衡等(deng)級，它(ta)將轉子(zi)平衡等(deng)級分為(wei)11個(ge)級別(bie)，每個(ge)級別(bie)間以2.5倍(bei)為(wei)增量，從要求(qiu)更(geng)高的(de)(de)G0.4到(dao)要求(qiu)更(geng)低的(de)(de)G4000。單位為(wei)公克(ke)×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡對于轉子(zi)軸心的(de)(de)偏心距離。