平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是(shi)測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不平衡量大(da)小和(he)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。武清電機轉子(zi)、機(ji)床主(zhu)軸、內燃機(ji)曲軸、汽(qi)輪(lun)機(ji)轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和鐘表擺輪(lun)等旋(xuan)轉零部件(jian)在制造過程中，都需要經(jing)過平(ping)衡才能平(ping)穩正常地(di)運轉。

根據平衡機測出的(de)數據對轉子(zi)(zi)的(de)不平衡量(liang)進行校正，可改善轉子(zi)(zi)相(xiang)對于軸線的(de)質量(liang)分布，使轉子(zi)(zi)旋轉時(shi)產(chan)生的(de)振(zhen)動或作(zuo)用于軸承上的(de)振(zhen)動力減少到允許(xu)的(de)范圍之內。因此，平衡機是減小振(zhen)動、改善性能和提高質量(liang)的(de)必不可少的(de)設備。

通常，轉子的(de)平(ping)衡(heng)包括不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)和(he)校(xiao)正兩個(ge)步驟，平(ping)衡(heng)機主要用于不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)，而不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)校(xiao)正則(ze)往(wang)(wang)往(wang)(wang)借助于鉆(zhan)床、銑床和(he)點焊機等其(qi)他(ta)輔助設備，或用手工方(fang)法完成(cheng)。有(you)些平(ping)衡(heng)機已將校(xiao)正裝置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)機的(de)一個(ge)部分。

重(zhong)力(li)式(shi)平(ping)衡機和離心力(li)式(shi)平(ping)衡機是兩(liang)類典型的(de)平(ping)衡機。

1. 重力式平衡機一般稱為(wei)靜平衡機。

它是依賴轉子自身的重力作用來測量靜不平衡的。

置(zhi)于兩根水平(ping)導軌上的(de)(de)轉(zhuan)子如有不(bu)平(ping)衡量，則它對軸線的(de)(de)重力矩使轉(zhuan)子在導軌上滾動(dong)，直至(zhi)這(zhe)個(ge)不(bu)平(ping)衡量處(chu)于更低(di)位置(zhi)時(shi)才(cai)靜止。

被(bei)平衡(heng)(heng)的轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)放在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)用(yong)靜(jing)壓軸承支承的支座上，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)支座的下面嵌裝一片反射(she)(she)鏡(jing)(jing)。當轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)不(bu)(bu)(bu)存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)時，由(you)光(guang)源射(she)(she)出(chu)的光(guang)束經此反射(she)(she)鏡(jing)(jing)反射(she)(she)后(hou)，投(tou)(tou)射(she)(she)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)指示(shi)器的極坐標原點。如果轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)，則(ze)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)支座在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的重(zhong)力矩作用(yong)下發生傾(qing)斜，支座下的反射(she)(she)鏡(jing)(jing)也隨(sui)之傾(qing)斜并使反射(she)(she)出(chu)的光(guang)束偏(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)，這樣光(guang)束投(tou)(tou)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)極坐標指示(shi)器上的光(guang)點便離開原點。根據這個光(guang)點偏(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)的坐標位(wei)置(zhi)，可以得(de)到(dao)不(bu)(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量(liang)的大小(xiao)和位(wei)置(zhi)。

重力(li)式(shi)平衡(heng)機(ji)僅適用(yong)于某些平衡(heng)要求(qiu)不高(gao)的(de)盤狀零件。對于平衡(heng)要求(qiu)高(gao)的(de)轉子，一般采用(yong)離(li)心(xin)式(shi)單(dan)面或雙面平衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離(li)心式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)狀態下(xia)，根據轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)(de)支承振動(dong)，或作(zuo)用于(yu)支承的(de)(de)振動(dong)力來測(ce)量(liang)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)面數量(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)同，可分(fen)(fen)為單(dan)面平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測(ce)量(liang)一(yi)個平(ping)面上的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然是在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時進(jin)行測(ce)量(liang)，但仍屬于(yu)靜(jing)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測(ce)量(liang)動(dong)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也(ye)能(neng)分(fen)(fen)別測(ce)量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱(cheng)為動(dong)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心(xin)力式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)按(an)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不同，又可分(fen)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小，傳感(gan)器檢(jian)測出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動位移成(cheng)正比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)速(su)低(di)於轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大，傳感(gan)器檢(jian)測出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振(zhen)動力成(cheng)正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主(zhu)要性(xing)能用最(zui)小可達(da)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量減少率(lv)兩(liang)項綜(zong)合指(zhi)標(biao)表(biao)示。前(qian)者是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉子達(da)到的(de)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量的(de)最(zui)小值，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)標(biao)；后(hou)者是經過(guo)一次校正后(hou)所減少的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量之比，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率(lv)的(de)指(zhi)標(biao)，一般用百分數表(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(gen)據大(da)批量生產的需(xu)要，對特定(ding)的轉子能(neng)自(zi)(zi)動(dong)完成平(ping)衡測量和平(ping)衡校(xiao)正的自(zi)(zi)動(dong)平(ping)衡機，以及平(ping)衡自(zi)(zi)動(dong)線，現代已大(da)量的裝(zhuang)備在(zai)汽(qi)車制造、電機制造等工業部門。

二. 平衡機常用術語解(jie)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)保證旋轉機械(xie)正常工作所允許(xu)的轉子剩余不(bu)平(ping)衡量。該指標用(yong)(yong)不(bu)平(ping)衡度(du)(du)表示時，稱(cheng)為(wei)(wei)許(xu)用(yong)(yong)不(bu)平(ping)衡度(du)(du)（亦稱(cheng)許(xu)用(yong)(yong)不(bu)平(ping)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(xiao)正(zheng)平面的干(gan)擾（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(heng)量轉子(zi)平(ping)衡(heng)優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉子平衡品質，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. 最小可達剩余(yu)不(bu)平衡量（Umar）

最(zui)小可(ke)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(bu)平衡量減少率（URR）

經過(guo)一次(ci)平(ping)(ping)衡校正所減(jian)少的不平(ping)(ping)衡量(liang)與初始不平(ping)(ping)衡量(liang)之比值。它是衡量(liang)平(ping)(ping)衡機效率的性能指標，以百分數(shu)表示：

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

U2－一次平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不(bu)平衡力偶干擾比

單(dan)面平(ping)衡(heng)機抑止不平(ping)衡(heng)力偶影(ying)響的性能指(zhi)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

為校驗平衡機性能而設(she)計的剛性轉(zhuan)(zhuan)子(zi)。其質(zhi)量(liang)、大小、尺寸(cun)均(jun)有規定，分立式和臥式兩種。立式轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)(zhuan)子(zi)質(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機從原理方面可以分為硬支承平衡機、軟支承平衡機、半硬支承平衡機。

1. 硬(ying)支承平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低于(yu)參(can)振(zhen)系統共振(zhen)頻(pin)率的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校驗時(shi)，支承擺架相對處于(yu)“硬(ying)”狀態(tai)，因此轉子(zi)可以在(zai)接近實(shi)際(ji)軸承條件下進行平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正(zheng)。具有操作簡便(bian)、安全性能好的(de)特(te)點。

2. 軟支承(cheng)(cheng)(cheng)平衡(heng)機(ji)(ji)是平衡(heng)轉(zhuan)速大于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平衡(heng)機(ji)(ji)。平衡(heng)校驗時(shi)，支承(cheng)(cheng)(cheng)擺架相對處于“軟”狀態，因此轉(zhuan)子校驗平衡(heng)時(shi)。支承(cheng)(cheng)(cheng)條(tiao)件(jian)與實際軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)工作條(tiao)件(jian)不(bu)同。具有測(ce)量精(jing)度高的特點。

3. 半硬(ying)支承平衡機(ji)(ji)是(shi)平衡轉速在0.3~0.5倍參振系(xi)統(tong)共振頻率之間的(de)平衡機(ji)(ji)。同時(shi)具有有硬(ying)支承平衡機(ji)(ji)支承剛(gang)度高的(de)特(te)點，又(you)有軟支承平衡機(ji)(ji)精度高的(de)優點。

平(ping)衡(heng)機從應用(yong)方面(mian)分(fen)可分(fen)為立(li)式(shi)平(ping)衡(heng)機和臥式(shi)平(ping)衡(heng)機；專用(yong)平(ping)衡(heng)機和通用(yong)平(ping)衡(heng)機。

臥式平(ping)(ping)衡機(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡機(ji)上(shang)呈水平(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)衡機(ji)。適用于(yu)有(you)轉(zhuan)(zhuan)軸或可(ke)裝配(pei)工藝軸的轉(zhuan)(zhuan)子，如(ru)機(ji)床主(zhu)軸、滾筒、風機(ji)、增壓(ya)器、電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機(ji)等等。

立(li)式(shi)平(ping)衡機(ji)是(shi)被(bei)平(ping)衡轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸在(zai)平(ping)衡機(ji)上呈垂直狀態下的(de)平(ping)衡機(ji)。適用于轉(zhuan)子本(ben)身不具轉(zhuan)軸的(de)盤(pan)狀工件(jian)如離合器、齒(chi)輪、風扇、壓盤(pan)及其(qi)總(zong)成、制動盤(pan)、風葉、水泵葉輪、汽車飛輪、剎車轂、皮帶輪、砂輪等盤(pan)類(lei)零件(jian)。

通(tong)(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)指能對形狀和支(zhi)承形式比較(jiao)規則的轉子進行(xing)動(dong)平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通(tong)(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)操作(zuo)簡單，效率也較(jiao)高。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)是能(neng)對(dui)支(zhi)承形式和(he)外(wai)觀與一般轉(zhuan)子(zi)不同的(de)轉(zhuan)子(zi)進行(xing)平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)，例如特別針對(dui)發動(dong)機(ji)(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽(qi)車的(de)傳動(dong)軸(zhou)進行(xing)設計的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。功能(neng)專一。  

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

即在不平衡方向去處一定的(de)重量(liang)。常用的(de)方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的先進(jin)性(xing)(xing)和(he)經濟上(shang)的合理性(xing)(xing)，國際標準化組織(ISO)于1940年制定了世界公(gong)認的ISO1940平衡等級(ji)，它將(jiang)轉(zhuan)子平衡等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別(bie)，每個級(ji)別(bie)間以(yi)2.5倍為(wei)增量，從要(yao)求(qiu)更高的G0.4到要(yao)求(qiu)更低的G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡對于轉(zhuan)子軸(zhou)心的偏心距離。