平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機(ji)是測量旋轉物(wu)體(轉子)不平衡(heng)量大小和位置的機(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。威海電機轉(zhuan)子(zi)(zi)、機床主軸(zhou)、內燃機曲軸(zhou)、汽輪機轉(zhuan)子(zi)(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)(zi)和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零部件在制造(zao)過程(cheng)中(zhong)，都(dou)需要經過平衡才能平穩正(zheng)常(chang)地運轉(zhuan)。

根據(ju)平(ping)衡機測(ce)出的(de)(de)數據(ju)對(dui)轉子的(de)(de)不平(ping)衡量(liang)進行校(xiao)正，可改善轉子相對(dui)于(yu)軸線的(de)(de)質(zhi)量(liang)分布，使轉子旋(xuan)轉時產生的(de)(de)振(zhen)動或作(zuo)用于(yu)軸承(cheng)上(shang)的(de)(de)振(zhen)動力減(jian)少到允許(xu)的(de)(de)范圍(wei)之內(nei)。因此，平(ping)衡機是減(jian)小振(zhen)動、改善性能(neng)和提高質(zhi)量(liang)的(de)(de)必不可少的(de)(de)設備。

通常(chang)，轉子的(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)包(bao)括不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)測量和校(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)兩(liang)個步驟，平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機主要用于不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)測量，而不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)(de)校(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)則(ze)往往借助于鉆床、銑床和點(dian)焊機等其他輔(fu)助設(she)備，或用手工方法完成。有些平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機已(yi)將校(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)裝(zhuang)置做成為平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機的(de)(de)一(yi)個部分。

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

1. 重力式(shi)平(ping)衡機一般稱為靜平(ping)衡機。

它是依(yi)賴(lai)轉子自身的(de)重力(li)作用來(lai)測(ce)量靜不平衡的(de)。

置于(yu)兩根水平導軌上的轉子如(ru)有(you)不(bu)平衡(heng)量，則它對軸線的重力矩使轉子在(zai)導軌上滾(gun)動(dong)，直(zhi)至(zhi)這個(ge)不(bu)平衡(heng)量處(chu)于(yu)更(geng)低位置時才靜止。

被平(ping)衡的(de)轉(zhuan)子放在(zai)用靜壓軸承支(zhi)承的(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)下(xia)面嵌裝(zhuang)一片反射(she)鏡。當(dang)轉(zhuan)子不(bu)(bu)(bu)存(cun)(cun)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)時，由光(guang)源射(she)出(chu)的(de)光(guang)束經此反射(she)鏡反射(she)后，投射(she)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)指(zhi)示(shi)器的(de)極坐(zuo)標原點(dian)。如果轉(zhuan)子存(cun)(cun)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)，則轉(zhuan)子支(zhi)座(zuo)在(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的(de)重(zhong)力矩(ju)作用下(xia)發(fa)生傾斜(xie)(xie)，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)反射(she)鏡也隨之傾斜(xie)(xie)并使反射(she)出(chu)的(de)光(guang)束偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束投在(zai)極坐(zuo)標指(zhi)示(shi)器上的(de)光(guang)點(dian)便離(li)開原點(dian)。根據(ju)這(zhe)個光(guang)點(dian)偏轉(zhuan)的(de)坐(zuo)標位置(zhi)，可以得到不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡量(liang)(liang)的(de)大小和(he)位置(zhi)。

重(zhong)力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)僅適(shi)用于(yu)某些平(ping)(ping)衡(heng)要求不高(gao)(gao)的(de)盤狀(zhuang)零件。對于(yu)平(ping)(ping)衡(heng)要求高(gao)(gao)的(de)轉子(zi)，一般采(cai)用離心式(shi)單面或雙面平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是(shi)在轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)的(de)(de)狀態下，根據轉(zhuan)子不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)(de)支(zhi)承(cheng)振動(dong)(dong)，或作用于支(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動(dong)(dong)力來測(ce)量(liang)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)面(mian)(mian)(mian)數量(liang)的(de)(de)不(bu)同，可分為單(dan)面(mian)(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和(he)雙面(mian)(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。單(dan)面(mian)(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機只能測(ce)量(liang)一個平(ping)面(mian)(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時進行測(ce)量(liang)，但仍屬于靜平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)(mian)(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能測(ce)量(liang)動(dong)(dong)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)量(liang)靜不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)和(he)偶(ou)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般(ban)稱為動(dong)(dong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。

離心力(li)式平衡(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可(ke)分為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)。平衡(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)。這種平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振動位移成(cheng)(cheng)正比。平衡(heng)(heng)轉速低於(wu)轉子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機(ji)，這種平衡(heng)(heng)機(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度大，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)振動力(li)成(cheng)(cheng)正比。

平(ping)衡機(ji)的(de)主要性能用最小可(ke)達(da)(da)剩余不平(ping)衡量(liang)(liang)(liang)，和不平(ping)衡量(liang)(liang)(liang)減少率(lv)兩項(xiang)綜合指(zhi)標表示(shi)(shi)。前(qian)者(zhe)是(shi)平(ping)衡機(ji)能使轉(zhuan)子達(da)(da)到(dao)的(de)剩余不平(ping)衡量(liang)(liang)(liang)的(de)最小值，它是(shi)衡量(liang)(liang)(liang)平(ping)衡機(ji)更高平(ping)衡能力(li)的(de)指(zhi)標；后者(zhe)是(shi)經過一次校正后所(suo)減少的(de)不平(ping)衡量(liang)(liang)(liang)與初始不平(ping)衡量(liang)(liang)(liang)之比，它是(shi)衡量(liang)(liang)(liang)平(ping)衡效率(lv)的(de)指(zhi)標，一般用百分數表示(shi)(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(gen)據大批量生產的(de)需要，對(dui)特定的(de)轉子能自(zi)動(dong)完成(cheng)平衡(heng)測(ce)量和平衡(heng)校正的(de)自(zi)動(dong)平衡(heng)機(ji)，以及平衡(heng)自(zi)動(dong)線，現代已大量的(de)裝備(bei)在汽車制(zhi)造、電機(ji)制(zhi)造等(deng)工業部門。

二. 平(ping)衡機常用術(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(wei)保證旋轉機(ji)械正(zheng)常工作所允許的轉子剩余(yu)不(bu)平衡量(liang)。該指(zhi)標用(yong)不(bu)平衡度表示時，稱(cheng)為(wei)許用(yong)不(bu)平衡度（亦稱(cheng)許用(yong)不(bu)平衡率）。

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(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指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子(zi)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. 最小(xiao)可達剩余不平衡量（Umar）

最(zui)小可達剩余不平衡量（Umar）。單位是(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. 不平衡量減少率（URR）

經過(guo)一次平(ping)衡校(xiao)正(zheng)所(suo)減少的不(bu)平(ping)衡量(liang)與初始(shi)不(bu)平(ping)衡量(liang)之比值。它是衡量(liang)平(ping)衡機效率的性能(neng)指標，以百分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式(shi)中：U1－初(chu)始不平衡量            

U2－一次平(ping)衡校正后的(de)剩余不平(ping)衡量

13. 不平衡力偶干擾比

單面(mian)平衡(heng)機抑(yi)止不平衡(heng)力偶影(ying)響的性能(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(xiao)驗平衡機(ji)性能而(er)設(she)計的剛性轉子。其質(zhi)量、大(da)小、尺寸(cun)均有規定，分立(li)式(shi)和臥(wo)式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉子質(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉子質(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機從原(yuan)理(li)方面可以分為硬支(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)機、軟支(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)機、半硬支(zhi)(zhi)承平(ping)衡(heng)機。

1. 硬支承(cheng)平衡機是平衡轉(zhuan)速遠(yuan)低于(yu)參振系統共振頻率(lv)的平衡機。平衡校(xiao)驗時，支承(cheng)擺(bai)架(jia)相對(dui)處于(yu)“硬”狀(zhuang)態(tai)，因此轉(zhuan)子可以在(zai)接近實際軸承(cheng)條(tiao)件下進行平衡校(xiao)正。具(ju)有操作簡便、安全性能好(hao)的特(te)點。

2. 軟(ruan)支承(cheng)平衡機是平衡轉速(su)大于(yu)參振(zhen)系(xi)統共(gong)振(zhen)頻率的平衡機。平衡校驗(yan)時(shi)，支承(cheng)擺架相對(dui)處于(yu)“軟(ruan)”狀態，因此轉子校驗(yan)平衡時(shi)。支承(cheng)條件(jian)與實際軸承(cheng)工作條件(jian)不同。具有測(ce)量精(jing)度高(gao)的特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)在0.3~0.5倍(bei)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率之間的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機。同(tong)時具有有硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度高的(de)特(te)點(dian)，又有軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機精度高的(de)優點(dian)。

平衡機從應用方面分可分為立式平衡機和臥式平衡機；專用平衡機和通用平衡機。

臥(wo)式平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是被平衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)子的旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)在平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)上呈水平狀態的平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或可裝配(pei)工藝軸(zhou)的轉(zhuan)子，如(ru)機(ji)床主(zhu)軸(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)子、汽輪(lun)機(ji)等等。

立式平衡(heng)機(ji)(ji)是被(bei)平衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在(zai)平衡(heng)機(ji)(ji)上呈垂直(zhi)狀態下的(de)平衡(heng)機(ji)(ji)。適用于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)本身不(bu)具轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)的(de)盤(pan)狀工件(jian)如離合器(qi)、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓(ya)盤(pan)及其總(zong)成、制動盤(pan)、風葉、水(shui)泵葉輪(lun)(lun)、汽車飛輪(lun)(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等盤(pan)類零件(jian)。

通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡機是指能對(dui)形狀和支承形式比較規則的轉子進行動平(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)衡機。通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡機操作簡單，效(xiao)率也較高。

專用(yong)平衡機是能(neng)對支承形式(shi)和外觀與一般轉(zhuan)子不同的(de)(de)轉(zhuan)子進行平衡的(de)(de)平衡機，例如(ru)特(te)別針對發動(dong)機的(de)(de)曲軸，汽車的(de)(de)傳動(dong)軸進行設計的(de)(de)平衡機。功能(neng)專一。  

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

即在(zai)不(bu)平(ping)衡方向去處一定的重量。常用的方式(shi)有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到技術的(de)先(xian)進(jin)性(xing)和經濟上(shang)的(de)合理性(xing)，國際(ji)標準化組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界(jie)公認的(de)ISO1940平衡等(deng)級，它將轉子平衡等(deng)級分為(wei)11個級別(bie)，每個級別(bie)間以2.5倍為(wei)增量，從要求更(geng)高(gao)的(de)G0.4到要求更(geng)低的(de)G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉子軸心的(de)偏心距離。