平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是測(ce)量旋(xuan)轉物體(轉子)不(bu)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。潼南電機轉(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)子(zi)和鐘表擺(bai)輪等旋(xuan)轉(zhuan)零部件在制造過程中，都(dou)需要經(jing)過平(ping)衡才能(neng)平(ping)穩正常地運轉(zhuan)。

根據平衡(heng)機測出的(de)數據對轉子的(de)不平衡(heng)量(liang)(liang)進行(xing)校(xiao)正，可(ke)改善轉子相對于軸(zhou)線的(de)質(zhi)量(liang)(liang)分布，使轉子旋(xuan)轉時產生的(de)振(zhen)動(dong)或作用(yong)于軸(zhou)承上的(de)振(zhen)動(dong)力(li)減少到允許的(de)范圍之(zhi)內。因此(ci)，平衡(heng)機是(shi)減小振(zhen)動(dong)、改善性能和提高質(zhi)量(liang)(liang)的(de)必不可(ke)少的(de)設備。

通常，轉(zhuan)子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和校(xiao)正兩個(ge)步驟，平(ping)衡(heng)(heng)機主(zhu)要(yao)用于(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而(er)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)校(xiao)正則往(wang)往(wang)借(jie)助(zhu)于(yu)鉆床、銑床和點焊機等其(qi)他輔助(zhu)設備，或用手工方法(fa)完(wan)成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)(heng)機已將校(xiao)正裝置(zhi)做成(cheng)為平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)一(yi)個(ge)部分。

重力(li)式平衡機和(he)離心(xin)力(li)式平衡機是兩類(lei)典型的平衡機。

1. 重力(li)式平(ping)衡機(ji)一般(ban)稱為靜平(ping)衡機(ji)。

它是依賴轉子(zi)自身的(de)重力(li)作用來測(ce)量靜不平(ping)衡的(de)。

置于(yu)兩根(gen)水平導(dao)軌上的轉子(zi)(zi)如有不平衡量(liang)，則它對軸線的重(zhong)力矩使(shi)轉子(zi)(zi)在導(dao)軌上滾動，直至這個(ge)不平衡量(liang)處于(yu)更低位置時才(cai)靜(jing)止。

被平(ping)衡的(de)(de)(de)轉(zhuan)子放在用靜壓軸承(cheng)(cheng)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)座上，在支(zhi)(zhi)座的(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)(fan)射鏡(jing)。當轉(zhuan)子不(bu)(bu)存(cun)在不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)時，由光(guang)(guang)(guang)源射出的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)經此反(fan)(fan)射鏡(jing)反(fan)(fan)射后，投(tou)射在不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)指(zhi)示器(qi)的(de)(de)(de)極(ji)坐(zuo)標(biao)原點(dian)(dian)。如果轉(zhuan)子存(cun)在不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)，則(ze)轉(zhuan)子支(zhi)(zhi)座在不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)重力矩作用下(xia)發生傾(qing)斜，支(zhi)(zhi)座下(xia)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)射鏡(jing)也隨之傾(qing)斜并(bing)使反(fan)(fan)射出的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)偏(pian)轉(zhuan)，這樣光(guang)(guang)(guang)束(shu)投(tou)在極(ji)坐(zuo)標(biao)指(zhi)示器(qi)上的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)點(dian)(dian)便離(li)開原點(dian)(dian)。根據這個光(guang)(guang)(guang)點(dian)(dian)偏(pian)轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位置，可(ke)以得到不(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)大(da)小和位置。

重(zhong)力式平衡機(ji)僅(jin)適用于(yu)某些平衡要求不(bu)高的(de)盤狀零件。對于(yu)平衡要求高的(de)轉(zhuan)子，一般采用離心(xin)式單面(mian)或雙面(mian)平衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平衡(heng)(heng)機是在(zai)轉子旋(xuan)轉的狀態(tai)下，根據轉子不平衡(heng)(heng)引(yin)起(qi)的支承振動(dong)(dong)，或作用于支承的振動(dong)(dong)力(li)來(lai)測量不平衡(heng)(heng)。其(qi)按校正平面(mian)(mian)數量的不同，可分(fen)(fen)為單面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)機和(he)雙面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)機。單面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)機只能測量一個平面(mian)(mian)上的不平衡(heng)(heng)(靜不平衡(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉子旋(xuan)轉時進行(xing)測量，但仍屬(shu)于靜平衡(heng)(heng)機。雙面(mian)(mian)平衡(heng)(heng)機能測量動(dong)(dong)不平衡(heng)(heng)，也能分(fen)(fen)別測量靜不平衡(heng)(heng)和(he)偶不平衡(heng)(heng)，一般稱為動(dong)(dong)平衡(heng)(heng)機。

離心力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按(an)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性(xing)不同(tong)，又可(ke)分為(wei)軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速高于轉子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)固(gu)(gu)有頻率的(de)(de)稱為(wei)軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳(chuan)感器檢(jian)測出(chu)的(de)(de)信號與支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振動位移成正(zheng)比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)固(gu)(gu)有頻率的(de)(de)稱為(wei)硬支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度大(da)，傳(chuan)感器檢(jian)測出(chu)的(de)(de)信號與支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)振動力成正(zheng)比(bi)。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機的主要性(xing)能用最小(xiao)可達剩余不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)減少率兩(liang)項綜合(he)指標表(biao)示。前(qian)者是平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機能使轉子(zi)達到的剩余不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)的最小(xiao)值，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機更(geng)高平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力的指標；后(hou)者是經過一次校正后(hou)所減少的不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)與初(chu)始不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效(xiao)率的指標，一般用百分(fen)數(shu)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。
  根據大批量生產的需(xu)要，對特定(ding)的轉子能自(zi)(zi)動(dong)(dong)完成平(ping)(ping)衡(heng)(heng)測量和平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正的自(zi)(zi)動(dong)(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機，以及(ji)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)自(zi)(zi)動(dong)(dong)線，現代(dai)已大量的裝(zhuang)備在(zai)汽車制(zhi)造(zao)、電(dian)機制(zhi)造(zao)等工業部(bu)門。

二. 平衡機(ji)常(chang)用術(shu)語(yu)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(ji)械(xie)正(zheng)常工作所允(yun)許(xu)的(de)轉子剩余不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量。該(gai)指標(biao)用不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)度表示時，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)度（亦稱(cheng)許(xu)用不(bu)平(ping)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(hu)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(du)的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平(ping)衡品質(zhi)，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：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩(sheng)余不平衡(heng)量（Umar）

最小(xiao)可達(da)剩余不平衡量（Umar）。單(dan)位是(shi)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(ping)衡量減(jian)少率（URR）

經過一次平衡校正所(suo)減少的不平衡量與初(chu)始不平衡量之比值。它是衡量平衡機效率的性(xing)能(neng)指(zhi)標，以百分數表(biao)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(de)剩余不平衡量(liang)

13. 不平衡(heng)力偶干擾比

單(dan)面平衡機抑(yi)止不平衡力偶影響(xiang)的(de)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(ji)性能而設計的剛性轉(zhuan)子。其(qi)質量、大小、尺寸均有規定，分立式(shi)和臥(wo)式(shi)兩種。立式(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)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

平衡機(ji)從原理方面(mian)可以分為(wei)硬(ying)支承(cheng)平衡機(ji)、軟(ruan)支承(cheng)平衡機(ji)、半硬(ying)支承(cheng)平衡機(ji)。

1. 硬支承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低于參(can)振系統(tong)共振頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)(xiao)驗時(shi)，支承(cheng)(cheng)擺(bai)架相(xiang)對處于“硬”狀態，因此轉(zhuan)子(zi)可以在(zai)接(jie)近實際(ji)軸承(cheng)(cheng)條件下進行平(ping)衡(heng)校(xiao)(xiao)正。具(ju)有操作簡便、安全性(xing)能好的特點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉(zhuan)速大(da)于(yu)(yu)參振系(xi)統共振頻率的平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡校驗時，支(zhi)承(cheng)擺架相對處于(yu)(yu)“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校驗平(ping)衡時。支(zhi)承(cheng)條件(jian)與實際軸承(cheng)工作條件(jian)不同。具(ju)有測量精(jing)度高的特點。

3. 半硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參(can)振系統共振頻率之間的平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。同(tong)時(shi)具有有硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機支承(cheng)剛(gang)度高的特(te)點，又有軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機精(jing)度高的優點。

平衡機(ji)從應用方面分可分為立式(shi)(shi)平衡機(ji)和臥式(shi)(shi)平衡機(ji)；專用平衡機(ji)和通(tong)用平衡機(ji)。

臥式平(ping)衡(heng)機(ji)是被(bei)平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)衡(heng)機(ji)上呈水平(ping)狀態(tai)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如(ru)機(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽(qi)輪機(ji)等(deng)等(deng)。

立式平衡機是被平衡轉(zhuan)子(zi)的旋轉(zhuan)軸(zhou)在(zai)平衡機上(shang)呈垂直(zhi)狀態下的平衡機。適(shi)用于轉(zhuan)子(zi)本身不具轉(zhuan)軸(zhou)的盤(pan)(pan)狀工(gong)件如離合(he)器、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)(pan)及其總(zong)成(cheng)、制(zhi)動盤(pan)(pan)、風葉、水泵(beng)葉輪(lun)、汽(qi)車飛(fei)輪(lun)、剎車轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)(pan)類零件。

通用平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形(xing)狀和(he)支承形(xing)式比較規則的轉(zhuan)子進(jin)行(xing)動(dong)平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通用平(ping)衡(heng)機(ji)操作(zuo)簡單，效(xiao)率也較高。

專用平(ping)衡機(ji)是能對支承形式和外觀與一(yi)般轉子不同的(de)(de)轉子進(jin)行平(ping)衡的(de)(de)平(ping)衡機(ji)，例如特別針對發動(dong)機(ji)的(de)(de)曲(qu)軸(zhou)，汽車的(de)(de)傳動(dong)軸(zhou)進(jin)行設(she)計(ji)的(de)(de)平(ping)衡機(ji)。功能專一(yi)。 ; 

四. 動平衡加工的(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(xiang)去處一定(ding)的重(zhong)量。常用的方(fang)式有：鏜削(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)、銑(xian)削(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到技術的(de)(de)先進性和經濟上的(de)(de)合理性，國際標準化組織(ISO)于1940年制定(ding)了世界(jie)公(gong)認的(de)(de)ISO1940平(ping)衡等級，它將轉子(zi)平(ping)衡等級分為(wei)(wei)11個(ge)級別(bie)，每個(ge)級別(bie)間以2.5倍為(wei)(wei)增量，從(cong)要(yao)求(qiu)更(geng)(geng)高的(de)(de)G0.4到要(yao)求(qiu)更(geng)(geng)低的(de)(de)G4000。單位為(wei)(wei)公(gong)克×毫(hao)米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對(dui)于轉子(zi)軸心的(de)(de)偏心距離。