平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測(ce)量(liang)旋轉物體(轉子(zi))不平衡(heng)量(liang)大小和位置(zhi)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。西安電機轉(zhuan)子、機床主軸(zhou)(zhou)、內燃機曲軸(zhou)(zhou)、汽輪機轉(zhuan)子、陀螺(luo)轉(zhuan)子和鐘表擺輪等(deng)旋轉(zhuan)零部件在制(zhi)造過程中，都(dou)需要經過平衡才能(neng)平穩正(zheng)常地運轉(zhuan)。

根據(ju)平衡(heng)機測出的(de)(de)數據(ju)對(dui)(dui)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)不平衡(heng)量(liang)(liang)進行校正，可改善(shan)轉(zhuan)(zhuan)子相對(dui)(dui)于軸線的(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)布，使轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)振(zhen)動(dong)或作用于軸承上的(de)(de)振(zhen)動(dong)力減少(shao)到允(yun)許的(de)(de)范圍之內。因此，平衡(heng)機是減小振(zhen)動(dong)、改善(shan)性能和提高質量(liang)(liang)的(de)(de)必不可少(shao)的(de)(de)設備(bei)。

通常(chang)，轉子的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)包括(kuo)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)和校正兩個步驟(zou)，平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)主要用于不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)，而不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)校正則往往借助于鉆床、銑(xian)床和點(dian)焊機(ji)等其他輔助設備，或用手工方法完(wan)成。有(you)些平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)已將(jiang)校正裝置做(zuo)成為平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)一個部分。

重(zhong)力(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和離心(xin)力(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是兩類典(dian)型的平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重(zhong)力式平(ping)衡機(ji)一般(ban)稱(cheng)為靜平(ping)衡機(ji)。

它是(shi)依賴轉子自(zi)身的重力作用來測量靜不平衡的。

置于兩根水平導軌(gui)上的(de)轉(zhuan)子如有不(bu)平衡量，則它對軸線的(de)重力矩使轉(zhuan)子在(zai)導軌(gui)上滾動，直至這個不(bu)平衡量處于更(geng)低位(wei)置時才靜(jing)止。

被平(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)子放在用(yong)靜(jing)壓軸承支(zhi)(zhi)承的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)上，在支(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)下(xia)(xia)面嵌裝一片反射(she)鏡。當轉(zhuan)子不(bu)存在不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量時，由光(guang)源射(she)出的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)經此反射(she)鏡反射(she)后，投(tou)射(she)在不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量指示器的(de)(de)(de)極坐標原(yuan)點(dian)。如果轉(zhuan)子存在不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量，則轉(zhuan)子支(zhi)(zhi)座(zuo)在不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)重力矩作(zuo)用(yong)下(xia)(xia)發生傾斜，支(zhi)(zhi)座(zuo)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)反射(she)鏡也(ye)隨之傾斜并使(shi)反射(she)出的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)偏(pian)轉(zhuan)，這樣光(guang)束(shu)投(tou)在極坐標指示器上的(de)(de)(de)光(guang)點(dian)便(bian)離(li)開原(yuan)點(dian)。根據這個(ge)光(guang)點(dian)偏(pian)轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐標位置，可以得到不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)大小和位置。

重力(li)式(shi)平衡機(ji)僅適用于(yu)某些平衡要(yao)求不(bu)高(gao)的盤(pan)狀零件(jian)。對于(yu)平衡要(yao)求高(gao)的轉子，一般采用離心式(shi)單面(mian)或雙(shuang)面(mian)平衡機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉子(zi)旋轉的狀態下，根據轉子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支(zhi)承(cheng)振(zhen)動，或(huo)作用(yong)于支(zhi)承(cheng)的振(zhen)動力來測(ce)量(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面數量(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可分(fen)為單(dan)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單(dan)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能測(ce)量(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉子(zi)旋轉時進行(xing)測(ce)量(liang)(liang)，但仍(reng)屬于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能測(ce)量(liang)(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分(fen)別(bie)測(ce)量(liang)(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離(li)心力(li)式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)特(te)性(xing)不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速高于(yu)轉子一支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固有頻(pin)率(lv)的(de)稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度(du)小，傳感器(qi)檢(jian)測(ce)出的(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)振動位移(yi)成正比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)承(cheng)系統固有頻(pin)率(lv)的(de)稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這(zhe)種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度(du)大，傳感器(qi)檢(jian)測(ce)出的(de)信號與(yu)支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)振動力(li)成正比。

平(ping)(ping)(ping)衡機的(de)主要(yao)性(xing)能用最(zui)小(xiao)可達剩(sheng)余不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)減(jian)少率兩項(xiang)綜合指標(biao)表(biao)示。前(qian)者(zhe)是(shi)平(ping)(ping)(ping)衡機能使(shi)轉子達到的(de)剩(sheng)余不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)的(de)最(zui)小(xiao)值，它(ta)是(shi)衡量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)衡機更高(gao)平(ping)(ping)(ping)衡能力的(de)指標(biao)；后(hou)(hou)者(zhe)是(shi)經(jing)過一次校正后(hou)(hou)所減(jian)少的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)與初始不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)(liang)(liang)之比(bi)，它(ta)是(shi)衡量(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)衡效率的(de)指標(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)據大批量生產的需要，對特定的轉子能自動(dong)(dong)完成(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)測量和平(ping)(ping)(ping)衡(heng)校正的自動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)，以(yi)及平(ping)(ping)(ping)衡(heng)自動(dong)(dong)線，現代已大量的裝備在汽(qi)車制造、電機(ji)制造等工業部門。

二. 平(ping)衡機常用術語解釋(shi)

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

為保證旋轉機械正常(chang)工作所允許(xu)的轉子剩余不(bu)平(ping)衡(heng)量。該指標用不(bu)平(ping)衡(heng)度表示時，稱為許(xu)用不(bu)平(ping)衡(heng)度（亦(yi)稱許(xu)用不(bu)平(ping)衡(heng)率(lv)）。

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(you)劣程度的指標(biao)。

G=eperω/1000

式中(zhong)：G－轉(zhuan)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(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最小可達(da)剩余(yu)不平衡(heng)量(liang)（Umar）

最小可達(da)剩(sheng)余不平(ping)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(heng)量(liang)減少率（URR）

經過一次平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)正所減少的不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)與初始(shi)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)之比(bi)值。它是衡(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)機效率的性(xing)能指(zhi)標，以百分(fen)數(shu)表示(shi)：

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

U2－一次平衡校正后的剩余(yu)不(bu)平衡量

13. 不平衡力偶干(gan)擾比

單面平衡(heng)機抑止不平衡(heng)力(li)偶影(ying)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

為校驗平衡機性(xing)能而設(she)計的剛性(xing)轉子。其(qi)質量(liang)(liang)、大(da)小、尺寸均有規定，分立式和臥式兩種。立式轉子質量(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子質量(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機(ji)從(cong)原理方面可以(yi)分為硬支承(cheng)平衡機(ji)、軟(ruan)支承(cheng)平衡機(ji)、半硬支承(cheng)平衡機(ji)。

1. 硬(ying)支承平(ping)(ping)衡機是平(ping)(ping)衡轉(zhuan)速遠(yuan)低于參振系(xi)統共振頻率的平(ping)(ping)衡機。平(ping)(ping)衡校驗時(shi)，支承擺架相對處于“硬(ying)”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際軸承條件下進行(xing)平(ping)(ping)衡校正。具(ju)有操(cao)作(zuo)簡便、安全性能(neng)好(hao)的特點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速大于參(can)振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支(zhi)承(cheng)(cheng)擺架相對處于“軟”狀態，因(yin)此轉(zhuan)子校驗平(ping)衡(heng)時(shi)。支(zhi)承(cheng)(cheng)條件(jian)與實際(ji)軸承(cheng)(cheng)工作條件(jian)不同。具有測量精度高(gao)的特點。

3. 半(ban)硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速在(zai)0.3~0.5倍參振系(xi)統共(gong)振頻率之間的平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。同時具有(you)有(you)硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)支(zhi)承剛度(du)高的特點，又有(you)軟支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)精度(du)高的優點。

平衡(heng)機從(cong)應用(yong)方(fang)面(mian)分(fen)可分(fen)為立式(shi)平衡(heng)機和臥式(shi)平衡(heng)機；專用(yong)平衡(heng)機和通(tong)用(yong)平衡(heng)機。

臥式平衡(heng)機(ji)是被(bei)平衡(heng)轉(zhuan)子的(de)(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)在平衡(heng)機(ji)上呈水平狀(zhuang)態的(de)(de)平衡(heng)機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或可裝配工(gong)藝(yi)軸(zhou)的(de)(de)轉(zhuan)子，如機(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓(ya)器、電機(ji)轉(zhuan)子、汽輪(lun)機(ji)等等。

立式(shi)平(ping)衡機是被(bei)平(ping)衡轉子的旋(xuan)轉軸(zhou)在平(ping)衡機上呈垂(chui)直狀態下的平(ping)衡機。適用(yong)于轉子本(ben)身不具轉軸(zhou)的盤狀工件(jian)如離合器(qi)、齒輪(lun)(lun)(lun)、風扇(shan)、壓盤及其總(zong)成、制(zhi)動盤、風葉、水泵(beng)葉輪(lun)(lun)(lun)、汽車飛(fei)輪(lun)(lun)(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)(lun)等盤類零件(jian)。

通用平(ping)(ping)衡機(ji)是(shi)指(zhi)能對形狀和支承形式比較規(gui)則的轉子進(jin)行(xing)動平(ping)(ping)衡的平(ping)(ping)衡機(ji)。通用平(ping)(ping)衡機(ji)操作(zuo)簡(jian)單，效(xiao)率(lv)也較高。

專用平衡機是(shi)能(neng)對(dui)支(zhi)承形(xing)式和外觀與一(yi)般(ban)轉子不同的(de)轉子進行(xing)平衡的(de)平衡機，例(li)如特別針對(dui)發動機的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進行(xing)設計的(de)平衡機。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

即在不平(ping)衡方向去處(chu)一定的重量。常用的方式有：鏜(tang)削(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、磨(mo)削(xue)(xue)等。 ; 

五. 平衡精度等級

考慮到技術的(de)先(xian)進性和(he)經(jing)濟上的(de)合理性，國際(ji)標準化組織(ISO)于1940年制定了世界公(gong)(gong)認的(de)ISO1940平衡等級(ji)(ji)(ji)，它將(jiang)轉子平衡等級(ji)(ji)(ji)分為11個級(ji)(ji)(ji)別(bie)，每個級(ji)(ji)(ji)別(bie)間以2.5倍為增(zeng)量，從要求更(geng)高的(de)G0.4到要求更(geng)低的(de)G4000。單(dan)位為公(gong)(gong)克×毫米/公(gong)(gong)斤(gmm/kg)，代表(biao)不平衡對于轉子軸心的(de)偏心距離。