平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡機(ji)是(shi)測量旋轉物體(ti)(轉子(zi))不平(ping)衡量大小和位置(zhi)的(de)機(ji)器(qi)。

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。秀山電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、機(ji)床(chuang)主軸(zhou)、內燃機(ji)曲(qu)軸(zhou)、汽輪(lun)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、陀(tuo)螺轉(zhuan)(zhuan)子(zi)和鐘表擺(bai)輪(lun)等(deng)旋轉(zhuan)(zhuan)零部件在制造過程中，都(dou)需要經(jing)過平衡才(cai)能平穩正常地運(yun)轉(zhuan)(zhuan)。

根(gen)據平衡(heng)機(ji)(ji)測(ce)出的(de)(de)(de)數據對轉子(zi)(zi)的(de)(de)(de)不平衡(heng)量(liang)進(jin)行校正，可(ke)(ke)改善轉子(zi)(zi)相對于軸線(xian)的(de)(de)(de)質量(liang)分布，使(shi)轉子(zi)(zi)旋轉時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)振動(dong)或作用(yong)于軸承(cheng)上的(de)(de)(de)振動(dong)力減(jian)少(shao)到允許(xu)的(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)之內。因(yin)此(ci)，平衡(heng)機(ji)(ji)是減(jian)小振動(dong)、改善性能和提高質量(liang)的(de)(de)(de)必不可(ke)(ke)少(shao)的(de)(de)(de)設(she)備。

通常，轉子的平(ping)衡(heng)包括不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的測量(liang)(liang)(liang)和(he)校(xiao)(xiao)(xiao)正兩個步(bu)驟，平(ping)衡(heng)機主要(yao)用于(yu)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的測量(liang)(liang)(liang)，而不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)的校(xiao)(xiao)(xiao)正則往往借(jie)助于(yu)鉆(zhan)床(chuang)(chuang)、銑(xian)床(chuang)(chuang)和(he)點(dian)焊機等其他(ta)輔(fu)助設備，或用手工方法完成(cheng)。有些平(ping)衡(heng)機已將校(xiao)(xiao)(xiao)正裝置做成(cheng)為平(ping)衡(heng)機的一個部分。

重力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和離心力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是兩類典型的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

1. 重(zhong)力式平衡(heng)機一般稱為靜(jing)平衡(heng)機。

它是依(yi)賴轉子自身的(de)重(zhong)力作用來測量(liang)靜不平衡(heng)的(de)。

置(zhi)于(yu)兩根水(shui)平導軌上的轉子如(ru)有(you)不平衡量(liang)，則它對軸線(xian)的重力矩使轉子在導軌上滾動，直(zhi)至這個不平衡量(liang)處于(yu)更低位置(zhi)時才(cai)靜止。

被(bei)平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)用靜壓軸承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)(zuo)上，在(zai)支(zhi)座(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)下(xia)(xia)面嵌裝一片反射(she)鏡。當轉(zhuan)子(zi)不(bu)存(cun)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)時，由光(guang)源射(she)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)經(jing)此反射(she)鏡反射(she)后(hou)，投射(she)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)指示器的(de)(de)(de)極(ji)坐(zuo)標原(yuan)點。如果轉(zhuan)子(zi)存(cun)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，則轉(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)(zuo)在(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)重力矩作用下(xia)(xia)發(fa)生傾(qing)(qing)斜，支(zhi)座(zuo)(zuo)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)反射(she)鏡也隨之傾(qing)(qing)斜并(bing)使反射(she)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)偏(pian)轉(zhuan)，這樣光(guang)束(shu)投在(zai)極(ji)坐(zuo)標指示器上的(de)(de)(de)光(guang)點便離開(kai)原(yuan)點。根據這個(ge)光(guang)點偏(pian)轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)標位(wei)置，可以得到不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)和位(wei)置。

重力(li)式平衡機僅適用(yong)于某些(xie)平衡要求不(bu)高的盤狀(zhuang)零件。對于平衡要求高的轉子，一般采用(yong)離(li)心式單面或雙面平衡機。

2. 離心式平衡機

離心(xin)式(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是在轉子旋(xuan)轉的(de)狀(zhuang)態下，根據轉子不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)支承振動(dong)，或作用(yong)于支承的(de)振動(dong)力(li)來測(ce)量不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量的(de)不同，可分(fen)為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只(zhi)能(neng)測(ce)量一個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上(shang)的(de)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉子旋(xuan)轉時進行測(ce)量，但仍屬于靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙(shuang)面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)測(ce)量動(dong)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分(fen)別測(ce)量靜不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離(li)心力式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)承(cheng)特性不同，又可分為(wei)(wei)軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)系統(tong)固(gu)有頻(pin)率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)稱為(wei)(wei)軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)剛度小，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢測出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)信號與支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振動位移成正比。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)低於(wu)轉(zhuan)子一支(zhi)承(cheng)系統(tong)固(gu)有頻(pin)率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)稱為(wei)(wei)硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)剛度大，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢測出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)信號與支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振動力成正比。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主(zhu)要(yao)性能(neng)(neng)用(yong)最小可達剩(sheng)余不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減(jian)少率(lv)兩項綜(zong)合(he)指(zhi)標(biao)(biao)表(biao)示(shi)。前者是(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)(neng)使轉子達到(dao)的(de)剩(sheng)余不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最小值，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更(geng)高平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能(neng)(neng)力的(de)指(zhi)標(biao)(biao)；后者是(shi)經(jing)過一次(ci)校(xiao)正后所減(jian)少的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初(chu)始不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它(ta)是(shi)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率(lv)的(de)指(zhi)標(biao)(biao)，一般用(yong)百分(fen)數表(biao)示(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。
  根據(ju)大批(pi)量生產的(de)需要，對特定(ding)的(de)轉子能(neng)自(zi)動完成平衡(heng)測量和(he)平衡(heng)校正的(de)自(zi)動平衡(heng)機，以及平衡(heng)自(zi)動線，現代已(yi)大量的(de)裝備(bei)在汽(qi)車制造(zao)、電(dian)機制造(zao)等工業(ye)部門。

二. 平(ping)衡機常(chang)用術語(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

為保證旋(xuan)轉機械正(zheng)常工(gong)作所允許(xu)(xu)的轉子(zi)剩余(yu)不(bu)平衡(heng)量。該(gai)指(zhi)標(biao)用不(bu)平衡(heng)度(du)表示時，稱為許(xu)(xu)用不(bu)平衡(heng)度(du)（亦稱許(xu)(xu)用不(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(zheng)平面(mian)的干擾(rao)（相互影(ying)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(you)劣程度的指標。

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：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平(ping)衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余(yu)不平衡(heng)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)量減少率(lv)（URR）

經過一次平(ping)衡(heng)(heng)校正(zheng)所(suo)減少的不平(ping)衡(heng)(heng)量與初始不平(ping)衡(heng)(heng)量之比(bi)值。它是衡(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)機效率的性能指標，以(yi)百分數表示(shi)：

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

U2－一次(ci)平衡校(xiao)正后(hou)的(de)剩(sheng)余不(bu)平衡量

13. 不平衡力(li)偶干擾比

單面平衡機抑止不平衡力偶影(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

為校驗平衡機性能而設計(ji)的剛性轉(zhuan)子(zi)。其(qi)質(zhi)(zhi)量(liang)、大小、尺寸均有規(gui)定(ding)，分立(li)式和臥式兩種。立(li)式轉(zhuan)子(zi)質(zhi)(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子(zi)質(zhi)(zhi)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(yuan)理方面(mian)可以分為硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)、軟支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)、半硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機(ji)。

1. 硬支(zhi)承平(ping)衡(heng)(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低于參振系統(tong)共振頻率(lv)的平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支(zhi)承擺架相(xiang)對處于“硬”狀態，因此轉子可以(yi)在接近實際(ji)軸承條(tiao)件下進行平(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操作簡便、安全(quan)性能好的特點。

2. 軟支承平(ping)衡機是平(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)速大于(yu)參振系(xi)統共振頻(pin)率的平(ping)衡機。平(ping)衡校驗時，支承擺架相對處于(yu)“軟”狀態(tai)，因(yin)此轉(zhuan)(zhuan)子校驗平(ping)衡時。支承條(tiao)件與實(shi)際(ji)軸承工作條(tiao)件不同(tong)。具有測量(liang)精(jing)度高的特點。

3. 半硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參(can)振系統共振頻率之(zhi)間(jian)的(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。同時(shi)具有有硬支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)支承(cheng)剛度高的(de)(de)特點，又有軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)精度高的(de)(de)優點。

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從(cong)應用(yong)方面分(fen)可分(fen)為立式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和(he)(he)臥(wo)式(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)；專用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和(he)(he)通用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

臥(wo)式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是被平(ping)衡(heng)(heng)轉子的(de)旋轉軸在平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)上呈水平(ping)狀態的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。適用于(yu)有轉軸或(huo)可(ke)裝配(pei)工藝軸的(de)轉子，如機(ji)床主軸、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉子、汽(qi)輪機(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)衡(heng)機是被(bei)平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機上呈垂直狀態下的平(ping)衡(heng)機。適用于(yu)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子本身不具轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸的盤狀工件如離合器、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓盤及其總(zong)成、制動(dong)盤、風葉、水泵葉輪(lun)(lun)、汽(qi)車飛輪(lun)(lun)、剎車轂、皮(pi)帶輪(lun)(lun)、砂輪(lun)(lun)等盤類零(ling)件。

通用(yong)(yong)平衡(heng)(heng)(heng)機是(shi)指(zhi)能對形狀(zhuang)和支承形式比(bi)較(jiao)規則(ze)的轉子(zi)進行(xing)動平衡(heng)(heng)(heng)的平衡(heng)(heng)(heng)機。通用(yong)(yong)平衡(heng)(heng)(heng)機操(cao)作(zuo)簡單，效(xiao)率(lv)也較(jiao)高。

專用(yong)平(ping)(ping)衡機是能(neng)對支承形式和(he)外觀(guan)與(yu)一(yi)般轉子不同的(de)轉子進(jin)行平(ping)(ping)衡的(de)平(ping)(ping)衡機，例(li)如特別針對發動機的(de)曲軸，汽車的(de)傳動軸進(jin)行設計的(de)平(ping)(ping)衡機。功能(neng)專一(yi)。  

四. 動(dong)平衡加工的(de)方法(fa)

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(qu)處一(yi)定的(de)重量。常用(yong)的(de)方式有：鏜(tang)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(de)先(xian)進性(xing)(xing)和(he)經濟上的(de)合(he)理性(xing)(xing)，國際標準化組織(ISO)于1940年制定(ding)了(le)世(shi)界公認的(de)ISO1940平(ping)(ping)衡(heng)等級，它將轉(zhuan)子(zi)(zi)平(ping)(ping)衡(heng)等級分為(wei)11個級別(bie)(bie)，每個級別(bie)(bie)間以2.5倍為(wei)增量，從要(yao)求(qiu)更高的(de)G0.4到要(yao)求(qiu)更低(di)的(de)G4000。單位(wei)為(wei)公克×毫米(mi)/公斤(gmm/kg)，代表(biao)不平(ping)(ping)衡(heng)對(dui)于轉(zhuan)子(zi)(zi)軸心的(de)偏心距離。