平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測量(liang)(liang)旋轉(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)子(zi))不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)大小和位置的(de)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。通化電機轉(zhuan)子(zi)、機床主軸(zhou)、內(nei)燃機曲軸(zhou)、汽輪(lun)機轉(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪(lun)等旋(xuan)轉(zhuan)零(ling)部件在(zai)制(zhi)造過(guo)程中，都需(xu)要經(jing)過(guo)平(ping)衡才能平(ping)穩(wen)正常地(di)運轉(zhuan)。

根(gen)據平(ping)(ping)(ping)衡機測出的(de)數據對(dui)轉(zhuan)子(zi)的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)進(jin)行校(xiao)正，可改善轉(zhuan)子(zi)相對(dui)于軸線的(de)質(zhi)量(liang)(liang)分布，使(shi)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)動或作用于軸承上的(de)振(zhen)動力減(jian)少到(dao)允許的(de)范圍之內。因此，平(ping)(ping)(ping)衡機是減(jian)小振(zhen)動、改善性能和提高質(zhi)量(liang)(liang)的(de)必不可少的(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)包(bao)括不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)和校正兩個步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)主要用(yong)(yong)于不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)，而不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)校正則往(wang)往(wang)借助(zhu)于鉆(zhan)床、銑床和點(dian)焊機(ji)(ji)等其他輔助(zhu)設(she)備，或用(yong)(yong)手工方法(fa)完成。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)已將校正裝(zhuang)置做成為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)一個部分。

重(zhong)力式平(ping)衡(heng)機和(he)離(li)心力式平(ping)衡(heng)機是兩類典型的(de)平(ping)衡(heng)機。

1. 重力(li)式平衡(heng)機(ji)一(yi)般稱為靜平衡(heng)機(ji)。

它是依賴轉子自身的(de)(de)重(zhong)力作用來測(ce)量靜不(bu)平衡(heng)的(de)(de)。

置于(yu)兩根(gen)水(shui)平(ping)導軌上的轉(zhuan)子如有不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量，則它對軸(zhou)線的重力矩使轉(zhuan)子在導軌上滾動(dong)，直至這個不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量處(chu)于(yu)更低位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)子放在(zai)用(yong)(yong)靜壓軸承支(zhi)承的(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)下(xia)面嵌(qian)裝一片反(fan)射鏡(jing)。當(dang)轉(zhuan)子不(bu)存(cun)(cun)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量時(shi)，由光源射出(chu)的(de)(de)(de)光束經此反(fan)射鏡(jing)反(fan)射后(hou)，投射在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量指示(shi)器的(de)(de)(de)極坐(zuo)(zuo)標(biao)原(yuan)點。如果轉(zhuan)子存(cun)(cun)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量，則轉(zhuan)子支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)重力矩作用(yong)(yong)下(xia)發生傾斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)反(fan)射鏡(jing)也(ye)隨之傾斜并(bing)使反(fan)射出(chu)的(de)(de)(de)光束偏轉(zhuan)，這樣光束投在(zai)極坐(zuo)(zuo)標(biao)指示(shi)器上的(de)(de)(de)光點便離開原(yuan)點。根據這個(ge)光點偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)(zuo)標(biao)位置，可以得到不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)大小(xiao)和位置。

重(zhong)力(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機僅適用(yong)于某些平(ping)(ping)衡(heng)要求不高(gao)的盤狀零件。對于平(ping)(ping)衡(heng)要求高(gao)的轉子，一(yi)般采用(yong)離心式單面或雙面平(ping)(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離(li)心式(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是在轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)的狀態下，根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引(yin)起的支(zhi)承振(zhen)動(dong)，或作用于支(zhi)承的振(zhen)動(dong)力來測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)(ping)面數量(liang)的不(bu)(bu)(bu)同，可分為單面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和(he)(he)雙面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。單面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機只能測(ce)(ce)量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)面上的不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)時進行測(ce)(ce)量(liang)，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。雙面平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能測(ce)(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分別(bie)測(ce)(ce)量(liang)靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和(he)(he)偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。

離心力(li)式(shi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)按(an)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速高于(yu)轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有頻率(lv)的(de)稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳感器檢測出(chu)的(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)位移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有頻率(lv)的(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳感器檢測出(chu)的(de)信號(hao)與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)力(li)成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)主(zhu)要性能用最小可達剩余不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，和不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)減少(shao)率(lv)兩項綜合指(zhi)標(biao)(biao)表(biao)(biao)示。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能使轉(zhuan)子(zi)達到的(de)剩余不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)最小值，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)標(biao)(biao)；后者是(shi)經過一次校正后所減少(shao)的(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)的(de)指(zhi)標(biao)(biao)，一般用百分數表(biao)(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。
  根據大批量(liang)生產(chan)的需要(yao)，對(dui)特定的轉子能自動完成平衡測量(liang)和(he)平衡校(xiao)正的自動平衡機(ji)，以及(ji)平衡自動線，現代已大量(liang)的裝(zhuang)備在汽車制造、電機(ji)制造等工業(ye)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(wei)保證旋轉機械正常(chang)工(gong)作所允(yun)許的轉子剩余不平衡(heng)量。該指標用(yong)不平衡(heng)度表(biao)示時(shi)，稱為(wei)許用(yong)不平衡(heng)度（亦稱許用(yong)不平衡(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(zheng)平面的干擾(rao)（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

衡量轉子平衡優劣程度的(de)指標(biao)。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平衡品質，單(dan)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：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可達(da)剩余(yu)不平衡量（Umar）

最小可達剩余不(bu)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. 不平衡量(liang)減少率（URR）

經過(guo)一次(ci)平衡(heng)校正所減(jian)少(shao)的不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)與初始(shi)不(bu)平衡(heng)量(liang)(liang)之比值。它(ta)是衡(heng)量(liang)(liang)平衡(heng)機效(xiao)率的性能指標，以百(bai)分數表示：

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

U2－一次平衡校正后的剩余不(bu)平衡量

13. 不平衡力偶干(gan)擾比

單(dan)面平衡(heng)機抑止不平衡(heng)力偶影響(xiang)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(wei)校驗平衡機性(xing)能而設計的剛性(xing)轉(zhuan)子(zi)(zi)。其質(zhi)量(liang)、大小、尺寸均有(you)規定，分立(li)式(shi)和(he)臥(wo)式(shi)兩種(zhong)。立(li)式(shi)轉(zhuan)子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉(zhuan)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)衡機(ji)(ji)從(cong)原理方面可以分為硬支承平(ping)衡機(ji)(ji)、軟支承平(ping)衡機(ji)(ji)、半硬支承平(ping)衡機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支(zhi)承(cheng)平衡機(ji)是平衡轉速遠低于(yu)(yu)參(can)振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平衡機(ji)。平衡校驗時(shi)，支(zhi)承(cheng)擺架相對處于(yu)(yu)“硬(ying)”狀態，因此轉子可(ke)以(yi)在(zai)接近實際軸承(cheng)條件下進(jin)行(xing)平衡校正。具有(you)操作(zuo)簡便、安全性能好的特點。

2. 軟支承平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉速大于(yu)參(can)振(zhen)(zhen)系統共振(zhen)(zhen)頻率的(de)平(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)衡校驗時，支承擺架(jia)相對處(chu)于(yu)“軟”狀態，因此轉子(zi)校驗平(ping)(ping)衡時。支承條(tiao)件與(yu)實(shi)際軸承工作條(tiao)件不(bu)同。具有(you)測量精度(du)高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍(bei)參(can)振系統共振頻率之間的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。同時具有有硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)支(zhi)承剛度高的特點(dian)，又有軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)精度高的優點(dian)。

平(ping)(ping)衡機從應用方面分可分為立式(shi)平(ping)(ping)衡機和臥(wo)式(shi)平(ping)(ping)衡機；專用平(ping)(ping)衡機和通用平(ping)(ping)衡機。

臥(wo)式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)上呈水平(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。適用于(yu)有轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸或可裝(zhuang)配工藝軸的轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)，如(ru)機(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)、增(zeng)壓器(qi)、電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是被平衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)上呈垂直狀態下的(de)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。適用(yong)于轉(zhuan)(zhuan)子本身(shen)不(bu)具轉(zhuan)(zhuan)軸的(de)盤(pan)狀工件(jian)(jian)如離合器、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓盤(pan)及(ji)其(qi)總成、制動盤(pan)、風葉、水泵(beng)葉輪(lun)(lun)、汽車飛輪(lun)(lun)、剎車轂(gu)、皮(pi)帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等盤(pan)類零件(jian)(jian)。

通(tong)用平(ping)(ping)(ping)衡機是指能對形狀(zhuang)和支承形式比較(jiao)規(gui)則的轉子進行(xing)動平(ping)(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)(ping)衡機。通(tong)用平(ping)(ping)(ping)衡機操作簡單，效率也較(jiao)高(gao)。

專(zhuan)用平衡機(ji)(ji)是能對支承形式和外觀與一(yi)(yi)般(ban)轉子(zi)不同的轉子(zi)進行平衡的平衡機(ji)(ji)，例如特別(bie)針對發動(dong)機(ji)(ji)的曲軸(zhou)，汽車(che)的傳動(dong)軸(zhou)進行設計的平衡機(ji)(ji)。功能專(zhuan)一(yi)(yi)。  

四. 動(dong)平衡加(jia)工的(de)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(zai)不平衡方(fang)向去處一定的重(zhong)量。常用(yong)的方(fang)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

考慮到(dao)技術的(de)先進性和經濟上(shang)的(de)合理(li)性，國(guo)際(ji)標準化組(zu)織(ISO)于(yu)1940年(nian)制定了世界公認(ren)的(de)ISO1940平衡等級(ji)，它(ta)將轉子(zi)平衡等級(ji)分為11個級(ji)別，每個級(ji)別間以2.5倍為增量(liang)，從要(yao)求更(geng)高的(de)G0.4到(dao)要(yao)求更(geng)低的(de)G4000。單位為公克×毫米(mi)/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉子(zi)軸心的(de)偏心距離。