平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量旋轉(zhuan)物(wu)體(轉(zhuan)子)不平衡量大小和位置的機器。

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。武隆電機轉(zhuan)子(zi)(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)子(zi)(zi)和鐘表擺輪等旋轉(zhuan)零部(bu)件在(zai)制造(zao)過(guo)(guo)程(cheng)中，都需要經過(guo)(guo)平衡才(cai)能平穩(wen)正常地運轉(zhuan)。

根據平衡(heng)機測出(chu)的(de)(de)數據對轉(zhuan)子的(de)(de)不平衡(heng)量(liang)進行(xing)校正(zheng)，可改(gai)善(shan)轉(zhuan)子相(xiang)對于(yu)(yu)軸線的(de)(de)質量(liang)分布，使轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時產(chan)生的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)或作(zuo)用于(yu)(yu)軸承(cheng)上的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)力減(jian)少到允許(xu)的(de)(de)范圍之(zhi)內。因此，平衡(heng)機是減(jian)小振(zhen)動(dong)(dong)、改(gai)善(shan)性能(neng)和提高(gao)質量(liang)的(de)(de)必不可少的(de)(de)設(she)備。

通常，轉子(zi)的(de)(de)平(ping)衡(heng)包括不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)測量(liang)(liang)和校(xiao)正兩個(ge)步驟，平(ping)衡(heng)機(ji)主要用于不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)測量(liang)(liang)，而不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)校(xiao)正則往往借助于鉆床(chuang)、銑(xian)床(chuang)和點焊(han)機(ji)等其(qi)他輔(fu)助設備，或用手工方(fang)法完成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)機(ji)已將校(xiao)正裝置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)一個(ge)部分。

重力(li)式平(ping)衡機(ji)(ji)和離心(xin)力(li)式平(ping)衡機(ji)(ji)是兩類典型的(de)平(ping)衡機(ji)(ji)。

1. 重力式平(ping)衡機一般稱為靜(jing)平(ping)衡機。

它是依(yi)賴轉子自身的重(zhong)力作用(yong)來測量靜不(bu)平衡的。

置于(yu)兩根水(shui)平(ping)導軌上的(de)轉子如有不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則它對軸線(xian)的(de)重力矩使(shi)轉子在導軌上滾動，直(zhi)至這個不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)處于(yu)更低(di)位置時(shi)才(cai)靜(jing)止。

被平(ping)(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)轉子放在(zai)(zai)(zai)(zai)用(yong)靜壓軸承(cheng)支承(cheng)的(de)(de)(de)支座(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)(zai)(zai)支座(zuo)的(de)(de)(de)下(xia)(xia)面嵌裝(zhuang)一片反(fan)射鏡(jing)。當轉子不(bu)存在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量時，由(you)光源射出(chu)的(de)(de)(de)光束經(jing)此反(fan)射鏡(jing)反(fan)射后，投射在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量指(zhi)示器的(de)(de)(de)極坐標(biao)原點。如(ru)果轉子存在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量，則轉子支座(zuo)在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)重(zhong)力(li)矩(ju)作用(yong)下(xia)(xia)發生傾斜(xie)，支座(zuo)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)反(fan)射鏡(jing)也隨(sui)之傾斜(xie)并使(shi)反(fan)射出(chu)的(de)(de)(de)光束偏(pian)轉，這樣光束投在(zai)(zai)(zai)(zai)極坐標(biao)指(zhi)示器上(shang)的(de)(de)(de)光點便離開(kai)原點。根(gen)據這個(ge)光點偏(pian)轉的(de)(de)(de)坐標(biao)位置，可(ke)以得到不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)大小和位置。

重力式平(ping)衡機僅(jin)適用于某(mou)些平(ping)衡要求(qiu)不高的盤狀零(ling)件。對于平(ping)衡要求(qiu)高的轉子(zi)，一般采用離心式單(dan)面或雙面平(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)(shi)在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的狀態下，根(gen)據轉(zhuan)子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)引起的支承振(zhen)動，或作用于支承的振(zhen)動力來(lai)測(ce)(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)的不(bu)(bu)同(tong)，可分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測(ce)(ce)量(liang)一個(ge)平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng))，它雖然(ran)是(shi)(shi)在轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進(jin)行測(ce)(ce)量(liang)，但仍(reng)屬于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，也能(neng)分別測(ce)(ce)量(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)和(he)偶(ou)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，一般稱(cheng)為動平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

離(li)心力(li)式平(ping)衡(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特(te)性不同，又可分為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)和(he)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有頻率的(de)(de)稱為軟(ruan)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)。這種(zhong)(zhong)平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小，傳感器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)(de)信號(hao)(hao)與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(dong)位移成正比(bi)。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速低(di)於轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)固有頻率的(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)，這種(zhong)(zhong)平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大，傳感器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)(de)信號(hao)(hao)與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動(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(da)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量減少(shao)率(lv)兩項(xiang)綜合指(zhi)(zhi)標表(biao)示。前(qian)者是(shi)(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能使轉子達(da)到(dao)的(de)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)最小值，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)(zhi)標；后者是(shi)(shi)經(jing)過一(yi)次(ci)校(xiao)正(zheng)后所減少(shao)的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量與初始(shi)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量之比(bi)，它是(shi)(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效(xiao)率(lv)的(de)指(zhi)(zhi)標，一(yi)般用百分數表(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。
  根據大批量生產(chan)的需要，對特定的轉子能自動(dong)完(wan)成平衡測量和平衡校正的自動(dong)平衡機，以及平衡自動(dong)線，現代已(yi)大量的裝備在汽車制造(zao)(zao)、電機制造(zao)(zao)等工業部(bu)門(men)。

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)(wei)保證(zheng)旋(xuan)轉機(ji)械正常工作所允許(xu)的轉子剩余不平衡(heng)量(liang)。該指標用(yong)不平衡(heng)度表(biao)示時，稱為(wei)(wei)許(xu)用(yong)不平衡(heng)度（亦(yi)稱許(xu)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(xiao)正(zheng)平面的干擾（相(xiang)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

衡量轉子平衡優劣(lie)程度的(de)指(zhi)標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，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(wei)：gmm/kg或μm

11. 最(zui)小可(ke)達剩余不平衡(heng)量（Umar）

最小可達剩余(yu)不(bu)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(ping)衡量減少(shao)率（URR）

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

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

U2－一次(ci)平(ping)衡校(xiao)正后的(de)剩(sheng)余不平(ping)衡量(liang)

13. 不平衡力偶(ou)干擾比(bi)

單(dan)面(mian)平(ping)衡機抑止不平(ping)衡力偶影響的性能指標。

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(ji)性能而設計的剛性轉子。其(qi)質量(liang)、大小、尺寸均有規定，分立式(shi)和臥(wo)式(shi)兩種。立式(shi)轉子質量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)轉子質量(liang)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(fang)面可以分為硬支承平衡(heng)機(ji)、軟支承平衡(heng)機(ji)、半硬支承平衡(heng)機(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速遠低于參振(zhen)系統(tong)共振(zhen)頻率的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支承(cheng)擺架相對處(chu)于“硬”狀態，因此轉子可以在接近實際軸承(cheng)條件下進行(xing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)校正。具有操(cao)作簡便、安全性能好的特點(dian)。

2. 軟(ruan)支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)轉速大于參(can)振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗時，支承擺架相對處于“軟(ruan)”狀態(tai)，因此轉子校(xiao)驗平(ping)衡(heng)(heng)時。支承條件與實(shi)際軸(zhou)承工作(zuo)條件不(bu)同。具有測量精(jing)度高的特點(dian)。

3. 半硬支(zhi)承平衡(heng)機是(shi)平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率之間的平衡(heng)機。同時具(ju)有(you)有(you)硬支(zhi)承平衡(heng)機支(zhi)承剛度高的特(te)點，又(you)有(you)軟(ruan)支(zhi)承平衡(heng)機精度高的優點。

平衡(heng)機從應(ying)用(yong)方面(mian)分可分為立式(shi)平衡(heng)機和(he)臥式(shi)平衡(heng)機；專用(yong)平衡(heng)機和(he)通用(yong)平衡(heng)機。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉子的旋轉軸在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈水平(ping)(ping)狀態(tai)的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。適用(yong)于有轉軸或可裝配工藝軸的轉子，如機(ji)(ji)(ji)床主(zhu)軸、滾筒、風機(ji)(ji)(ji)、增壓器、電機(ji)(ji)(ji)轉子、汽輪(lun)機(ji)(ji)(ji)等等。

立式平(ping)衡機(ji)是被平(ping)衡轉子的(de)(de)旋(xuan)轉軸在(zai)平(ping)衡機(ji)上呈垂(chui)直狀態(tai)下的(de)(de)平(ping)衡機(ji)。適用(yong)于(yu)轉子本身不具轉軸的(de)(de)盤狀工件如離(li)合器(qi)、齒輪、風扇、壓盤及其總成(cheng)、制動盤、風葉(xie)、水(shui)泵葉(xie)輪、汽車飛(fei)輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等(deng)盤類(lei)零件。

通用(yong)平衡機是指(zhi)能對形狀(zhuang)和(he)支承形式(shi)比較(jiao)規則(ze)的(de)轉子進行動平衡的(de)平衡機。通用(yong)平衡機操作簡單，效(xiao)率也(ye)較(jiao)高(gao)。

專用(yong)平衡(heng)機是能(neng)對支承形式和外(wai)觀與一(yi)般(ban)轉子(zi)不(bu)同的(de)(de)轉子(zi)進行平衡(heng)的(de)(de)平衡(heng)機，例(li)如特別針對發動(dong)(dong)機的(de)(de)曲軸(zhou)，汽(qi)車(che)的(de)(de)傳動(dong)(dong)軸(zhou)進行設計的(de)(de)平衡(heng)機。功能(neng)專一(yi)。  

四. 動平衡加工的方法

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(fang)向去處(chu)一定的重量。常用的方(fang)式有(you)：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮(lv)到技術的先進性(xing)和經濟(ji)上的合理性(xing)，國際標準化組織(ISO)于1940年制定(ding)了世界公認的ISO1940平衡等級(ji)，它將轉(zhuan)子平衡等級(ji)分為11個(ge)級(ji)別(bie)，每(mei)個(ge)級(ji)別(bie)間以2.5倍為增量，從要求(qiu)更高的G0.4到要求(qiu)更低的G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不(bu)平衡對于轉(zhuan)子軸心的偏心距離。