平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機是(shi)測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不(bu)平(ping)衡量大小和(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。西青電機轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪機轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)、陀螺轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)和(he)鐘(zhong)表擺輪等旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)零部件在制造(zao)過(guo)程中，都需要經過(guo)平衡(heng)才能平穩(wen)正(zheng)常地(di)運轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)。

根據平衡機測出(chu)的(de)(de)(de)數(shu)據對轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)不平衡量(liang)進行校正，可改善轉(zhuan)(zhuan)子相對于軸(zhou)(zhou)線的(de)(de)(de)質量(liang)分布(bu)，使轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時產(chan)生的(de)(de)(de)振動(dong)或作用(yong)于軸(zhou)(zhou)承上的(de)(de)(de)振動(dong)力減(jian)少到允(yun)許(xu)的(de)(de)(de)范圍之內(nei)。因(yin)此，平衡機是減(jian)小振動(dong)、改善性能和(he)提高質量(liang)的(de)(de)(de)必不可少的(de)(de)(de)設備。

通(tong)常，轉子(zi)的(de)平(ping)(ping)(ping)衡包括不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)的(de)測(ce)量(liang)和(he)校正(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)主要用(yong)于不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)的(de)測(ce)量(liang)，而不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)的(de)校正(zheng)則往往借助于鉆床、銑床和(he)點焊(han)機(ji)等其他輔助設備，或用(yong)手工(gong)方法完成。有些平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)已將校正(zheng)裝(zhuang)置做(zuo)成為平(ping)(ping)(ping)衡機(ji)的(de)一(yi)個部分。

重力式(shi)平衡機和離心力式(shi)平衡機是兩類典型的(de)平衡機。

1. 重(zhong)力(li)式平衡機一般稱為靜平衡機。

它是依賴轉子自身(shen)的重(zhong)力作用來測量靜不平衡的。

置于兩根水平(ping)導軌上的(de)轉子如有(you)不(bu)平(ping)衡量(liang)，則它對(dui)軸線(xian)的(de)重(zhong)力(li)矩使轉子在(zai)導軌上滾動，直至(zhi)這個不(bu)平(ping)衡量(liang)處于更低(di)位(wei)置時才靜止。

被(bei)平(ping)(ping)衡(heng)的轉(zhuan)子(zi)(zi)放(fang)在(zai)(zai)(zai)用(yong)靜壓(ya)軸(zhou)承支(zhi)承的支(zhi)座(zuo)上(shang)，在(zai)(zai)(zai)支(zhi)座(zuo)的下面嵌裝(zhuang)一片反射(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子(zi)(zi)不(bu)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)時，由光(guang)源射(she)出的光(guang)束經此反射(she)鏡(jing)反射(she)后，投(tou)射(she)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)指示(shi)器的極坐(zuo)標原(yuan)(yuan)點(dian)。如果轉(zhuan)子(zi)(zi)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)子(zi)(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)(zai)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的重力矩(ju)作(zuo)用(yong)下發生傾(qing)斜(xie)，支(zhi)座(zuo)下的反射(she)鏡(jing)也隨之傾(qing)斜(xie)并使反射(she)出的光(guang)束偏轉(zhuan)，這樣光(guang)束投(tou)在(zai)(zai)(zai)極坐(zuo)標指示(shi)器上(shang)的光(guang)點(dian)便離(li)開原(yuan)(yuan)點(dian)。根據這個光(guang)點(dian)偏轉(zhuan)的坐(zuo)標位置(zhi)，可以得到不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的大小(xiao)和位置(zhi)。

重力(li)式平衡(heng)(heng)機僅適用(yong)于(yu)某些平衡(heng)(heng)要求(qiu)不(bu)高的盤狀零件。對于(yu)平衡(heng)(heng)要求(qiu)高的轉子，一(yi)般采用(yong)離心式單面或雙面平衡(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是(shi)在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)子不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)支(zhi)承振動，或(huo)作(zuo)用于支(zhi)承的(de)振動力(li)來測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按(an)校正平(ping)面(mian)數量(liang)(liang)(liang)的(de)不(bu)同，可分為單(dan)面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。單(dan)面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)只能(neng)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)一個(ge)平(ping)面(mian)上的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時進行測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)，但仍屬于靜平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。雙面(mian)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)動不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也(ye)能(neng)分別測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)靜不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。

離(li)心力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性不(bu)同，又可(ke)分為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速高(gao)于轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固有(you)頻率(lv)的(de)(de)稱(cheng)(cheng)為(wei)軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)。這(zhe)(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小(xiao)，傳感(gan)(gan)器檢測(ce)出的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動位移成(cheng)正比(bi)(bi)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固有(you)頻率(lv)的(de)(de)稱(cheng)(cheng)為(wei)硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)，這(zhe)(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大，傳感(gan)(gan)器檢測(ce)出的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動力成(cheng)正比(bi)(bi)。

平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)主要(yao)性能用最小可達(da)剩(sheng)余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，和(he)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)減少(shao)率(lv)兩項綜合(he)指(zhi)標表示。前者(zhe)是(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)能使轉子達(da)到的(de)(de)剩(sheng)余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)最小值，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)更高平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)(de)指(zhi)標；后者(zhe)是(shi)經過一次(ci)校正后所減少(shao)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比，它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)的(de)(de)指(zhi)標，一般(ban)用百分數表示。

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(liang)生產的(de)需要，對特定(ding)的(de)轉(zhuan)子能(neng)自(zi)動(dong)完成平衡測(ce)量(liang)和平衡校正的(de)自(zi)動(dong)平衡機，以及平衡自(zi)動(dong)線，現代已大量(liang)的(de)裝(zhuang)備在(zai)汽車制造、電機制造等工(gong)業部門。

二(er). 平衡機常用術(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)保證旋轉機械正常工(gong)作所允許的轉子剩余不(bu)平衡(heng)量。該指(zhi)標(biao)用(yong)不(bu)平衡(heng)度(du)(du)表示(shi)時，稱為(wei)許用(yong)不(bu)平衡(heng)度(du)(du)（亦稱許用(yong)不(bu)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. 校正平面的干擾(rao)（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(heng)量轉子平衡(heng)優(you)劣程(cheng)度的指標(biao)。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡(heng)品(pin)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：gmm/kg或μm

11. 最小(xiao)可達(da)剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（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. 不平衡量減少率（URR）

經過一次平(ping)(ping)衡校正所減少(shao)的不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)(liang)之(zhi)比值。它(ta)是衡量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡機效率的性能指標，以百分數表示(shi)：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式(shi)中：U1－初始不平衡(heng)量            

U2－一次平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不(bu)平衡力偶干(gan)擾比

單面(mian)平衡機抑止不平衡力偶影響的性能(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

為校驗平衡機性能而(er)設計的(de)剛(gang)性轉子(zi)。其質(zhi)量(liang)、大小、尺寸均(jun)有規定(ding)，分立(li)式(shi)和臥式(shi)兩種。立(li)式(shi)轉子(zi)質(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉子(zi)質(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從原(yuan)理方(fang)面可以分為硬支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)、軟支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)、半硬支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

1. 硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低(di)于參(can)振系(xi)統(tong)共振頻率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校驗時，支(zhi)承擺架相對處于“硬”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際軸承條件下進行平(ping)衡(heng)校正。具有操作簡(jian)便(bian)、安全性能好(hao)的特點。

2. 軟(ruan)支(zhi)承平衡機(ji)是平衡轉速大于參振系統共振頻率的(de)平衡機(ji)。平衡校驗時(shi)，支(zhi)承擺(bai)架相對處于“軟(ruan)”狀態，因此(ci)轉子校驗平衡時(shi)。支(zhi)承條件(jian)與實際軸承工作條件(jian)不(bu)同。具有(you)測量(liang)精度高的(de)特點(dian)。

3. 半(ban)硬(ying)支承平衡機是平衡轉速在(zai)0.3~0.5倍參振(zhen)系(xi)統共(gong)振(zhen)頻率之(zhi)間的(de)平衡機。同(tong)時具有(you)有(you)硬(ying)支承平衡機支承剛度高(gao)的(de)特點，又(you)有(you)軟支承平衡機精度高(gao)的(de)優(you)點。

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)從應用(yong)方面分可(ke)分為立式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和臥式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)；專用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和通用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

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

立式(shi)平衡(heng)(heng)(heng)機是被平衡(heng)(heng)(heng)轉子的旋轉軸在平衡(heng)(heng)(heng)機上(shang)呈垂直狀態下(xia)的平衡(heng)(heng)(heng)機。適用于轉子本身(shen)不具轉軸的盤(pan)狀工件如離(li)合器、齒輪(lun)、風(feng)扇、壓(ya)盤(pan)及其總成(cheng)、制動盤(pan)、風(feng)葉、水泵葉輪(lun)、汽(qi)車飛輪(lun)、剎車轂、皮(pi)帶(dai)輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)類零件。

通(tong)用平衡機(ji)是(shi)指能對形狀和支承形式比較(jiao)規則的轉子(zi)進行(xing)動平衡的平衡機(ji)。通(tong)用平衡機(ji)操作簡(jian)單，效(xiao)率也較(jiao)高。

專(zhuan)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)是能對支(zhi)承形式和外觀與一(yi)般轉子(zi)不同的(de)轉子(zi)進(jin)行平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)，例如特(te)別(bie)針對發動機(ji)的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進(jin)行設計的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。功能專(zhuan)一(yi)。  

四(si). 動平衡(heng)加(jia)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(fang)向去處一(yi)定(ding)的重(zhong)量。常用(yong)的方(fang)式有：鏜削、鉆(zhan)孔(kong)、鑿削、銑削、磨削等。  

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(yu)1940年制定(ding)了世界公(gong)認的(de)(de)ISO1940平衡(heng)等(deng)級(ji)，它將轉(zhuan)(zhuan)子平衡(heng)等(deng)級(ji)分為(wei)11個(ge)級(ji)別，每個(ge)級(ji)別間以(yi)2.5倍(bei)為(wei)增量，從要(yao)求更高的(de)(de)G0.4到要(yao)求更低的(de)(de)G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米(mi)/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡(heng)對于(yu)轉(zhuan)(zhuan)子軸心(xin)的(de)(de)偏心(xin)距(ju)離。