平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測量(liang)旋(xuan)轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子(zi))不平(ping)衡(heng)量(liang)大小和位(wei)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。徐匯電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、機床主軸、內(nei)燃機曲軸、汽輪(lun)機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、陀螺(luo)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)和鐘表擺輪(lun)等旋轉(zhuan)(zhuan)零部(bu)件在制(zhi)造過程中，都需要(yao)經過平衡才能(neng)平穩正常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根(gen)據平衡(heng)機測出的數據對轉(zhuan)子的不(bu)平衡(heng)量進行校正，可改善轉(zhuan)子相對于軸(zhou)線(xian)的質量分布，使轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時產(chan)生的振動或(huo)作用于軸(zhou)承上的振動力(li)減少(shao)到允許的范圍(wei)之內。因此(ci)，平衡(heng)機是(shi)減小振動、改善性能和提高質量的必不(bu)可少(shao)的設備。

通常，轉子的(de)平(ping)(ping)衡(heng)包括不平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)測(ce)量和校正兩(liang)個(ge)步驟(zou)，平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)主要(yao)用于不平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)測(ce)量，而不平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)校正則往往借助于鉆(zhan)床、銑床和點(dian)焊機(ji)等其他輔助設備，或(huo)用手工方法(fa)完成(cheng)。有些平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)已將(jiang)校正裝(zhuang)置(zhi)做成(cheng)為平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)一(yi)個(ge)部分。

重(zhong)力式平衡機和離(li)心力式平衡機是兩類典型的(de)平衡機。

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

它是依賴(lai)轉(zhuan)子(zi)自身(shen)的重力作用來測量(liang)靜不平衡的。

置于(yu)兩(liang)根水(shui)平導(dao)軌上的(de)(de)轉子如有不平衡量，則(ze)它對軸線(xian)的(de)(de)重力矩使轉子在導(dao)軌上滾動，直至(zhi)這個不平衡量處于(yu)更低位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)子放在(zai)用靜(jing)壓軸承(cheng)支承(cheng)的(de)(de)(de)支座(zuo)上(shang)(shang)，在(zai)支座(zuo)的(de)(de)(de)下面嵌裝一片(pian)反射(she)(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)子不存在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)時(shi)，由光(guang)源射(she)(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)經此反射(she)(she)(she)鏡(jing)反射(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)指示(shi)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)極坐(zuo)標(biao)原點。如果轉(zhuan)子存在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)，則轉(zhuan)子支座(zuo)在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)重(zhong)力矩作用下發生傾斜，支座(zuo)下的(de)(de)(de)反射(she)(she)(she)鏡(jing)也(ye)隨之傾斜并使反射(she)(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)偏(pian)(pian)轉(zhuan)，這(zhe)樣(yang)光(guang)束(shu)投在(zai)極坐(zuo)標(biao)指示(shi)器(qi)(qi)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)光(guang)點便離開原點。根據這(zhe)個光(guang)點偏(pian)(pian)轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位置，可以得到不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)大小和位置。

重力式(shi)平(ping)衡機僅適用(yong)于(yu)某些平(ping)衡要求(qiu)不高(gao)的盤狀零件。對于(yu)平(ping)衡要求(qiu)高(gao)的轉子，一(yi)般采用(yong)離心式(shi)單(dan)面或雙面平(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)狀態(tai)下，根(gen)據轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引(yin)起的(de)支(zhi)承(cheng)振動，或作用于支(zhi)承(cheng)的(de)振動力來測量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其按(an)校(xiao)正(zheng)平(ping)(ping)面(mian)數量(liang)的(de)不(bu)(bu)同，可分為單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)只能測量(liang)一個(ge)平(ping)(ping)面(mian)上的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在轉(zhuan)(zhuan)子旋轉(zhuan)(zhuan)時進行測量(liang)，但(dan)仍(reng)屬(shu)于靜(jing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能測量(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也(ye)能分別測量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般稱為動平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平衡機按支承(cheng)(cheng)特(te)性不同，又(you)可(ke)分(fen)為軟支承(cheng)(cheng)平衡機和(he)硬(ying)支承(cheng)(cheng)平衡機。平衡轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子(zi)一(yi)支承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)稱為軟支承(cheng)(cheng)平衡機。這(zhe)種平衡機的(de)支承(cheng)(cheng)剛度小，傳感(gan)器檢測(ce)出的(de)信號與支承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動位移成(cheng)正比。平衡轉(zhuan)速(su)低(di)於轉(zhuan)子(zi)一(yi)支承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)稱為硬(ying)支承(cheng)(cheng)平衡機，這(zhe)種平衡機的(de)支承(cheng)(cheng)剛度大，傳感(gan)器檢測(ce)出的(de)信號與支承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動力成(cheng)正比。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機的主要(yao)性能用最(zui)小(xiao)可達剩余(yu)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量，和(he)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量減少(shao)率(lv)兩項綜合指(zhi)標(biao)表(biao)示。前(qian)者(zhe)是平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機能使轉子(zi)達到(dao)的剩余(yu)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量的最(zui)小(xiao)值，它(ta)(ta)是衡(heng)量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機更高平(ping)(ping)(ping)衡(heng)能力的指(zhi)標(biao)；后(hou)(hou)者(zhe)是經(jing)過(guo)一次校正后(hou)(hou)所減少(shao)的不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量與初始不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量之比(bi)，它(ta)(ta)是衡(heng)量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)效率(lv)的指(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。
  根據大批量(liang)(liang)生產的(de)(de)(de)需要(yao)，對特定的(de)(de)(de)轉子能自動(dong)完成平衡測量(liang)(liang)和平衡校正(zheng)的(de)(de)(de)自動(dong)平衡機，以(yi)及(ji)平衡自動(dong)線，現代已大量(liang)(liang)的(de)(de)(de)裝備在(zai)汽(qi)車制(zhi)造、電機制(zhi)造等(deng)工業(ye)部門(men)。

二. 平衡(heng)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

為保證旋轉機械(xie)正常工作所(suo)允許(xu)的轉子剩(sheng)余不(bu)平衡量。該指標用不(bu)平衡度表示時，稱(cheng)為許(xu)用不(bu)平衡度（亦稱(cheng)許(xu)用不(bu)平衡率(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(gan)擾（相互(hu)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(zhuan)子平衡優劣程度的(de)指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(ping)衡(heng)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(bu)平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（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. 不平衡(heng)量減(jian)少率（URR）

經過一次(ci)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)校(xiao)正所(suo)減少的(de)(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量與初始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量之比值。它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機效率的(de)(de)性能指標，以(yi)百分數表示：

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

U2－一(yi)次平(ping)衡校正(zheng)后的剩余(yu)不平(ping)衡量

13. 不(bu)平衡(heng)力(li)偶(ou)干(gan)擾比(bi)

單面平衡機抑止(zhi)不平衡力(li)偶影響的(de)性(xing)能(neng)指標(biao)。

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(wei)校驗平衡機性能而設計(ji)的剛(gang)性轉(zhuan)子。其質(zhi)(zhi)量、大小、尺寸均(jun)有規定，分立(li)式(shi)(shi)和(he)臥式(shi)(shi)兩種。立(li)式(shi)(shi)轉(zhuan)子質(zhi)(zhi)量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)轉(zhuan)子質(zhi)(zhi)量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)機(ji)從原(yuan)理方面可以(yi)分為硬支承(cheng)平衡(heng)機(ji)、軟支承(cheng)平衡(heng)機(ji)、半硬支承(cheng)平衡(heng)機(ji)。

1. 硬(ying)支承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速遠低于參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率(lv)的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承(cheng)擺架相對處(chu)于“硬(ying)”狀態，因此轉子可(ke)以在(zai)接近實際軸承(cheng)條(tiao)件下進(jin)行平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操作簡便、安(an)全性能好的特點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機是(shi)平衡(heng)轉速大于參振系統(tong)共(gong)振頻率的平衡(heng)機。平衡(heng)校驗時，支(zhi)承(cheng)擺架(jia)相對處于“軟”狀態，因此(ci)轉子校驗平衡(heng)時。支(zhi)承(cheng)條件(jian)與實(shi)際軸承(cheng)工作條件(jian)不同。具有測量(liang)精度高(gao)的特點(dian)。

3. 半硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機是平衡轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的平衡機。同時具有有硬支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度高的特點，又有軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機精度高的優點。

平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從應用(yong)方(fang)面分可分為(wei)立式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和臥(wo)式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)；專用(yong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和通用(yong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

臥(wo)式(shi)平(ping)衡機(ji)是被平(ping)衡轉子(zi)的旋轉軸(zhou)在(zai)平(ping)衡機(ji)上(shang)呈水平(ping)狀態的平(ping)衡機(ji)。適用于(yu)有(you)轉軸(zhou)或可裝配工(gong)藝軸(zhou)的轉子(zi)，如機(ji)床主軸(zhou)、滾(gun)筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉子(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式平(ping)(ping)衡(heng)機是被平(ping)(ping)衡(heng)轉子(zi)的旋轉軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機上呈(cheng)垂(chui)直狀(zhuang)態下的平(ping)(ping)衡(heng)機。適用于轉子(zi)本身不具(ju)轉軸(zhou)的盤(pan)(pan)狀(zhuang)工件如離(li)合器、齒輪、風扇、壓盤(pan)(pan)及其總成(cheng)、制動(dong)盤(pan)(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪、汽車(che)(che)飛輪、剎車(che)(che)轂、皮帶輪、砂(sha)輪等(deng)盤(pan)(pan)類零件。

通用平衡(heng)機(ji)是指(zhi)能對形(xing)狀和支(zhi)承形(xing)式比(bi)較規則的轉子(zi)進行動平衡(heng)的平衡(heng)機(ji)。通用平衡(heng)機(ji)操作簡單，效(xiao)率也(ye)較高。

專用平(ping)(ping)衡機(ji)是能(neng)對支承形式和外觀與一(yi)般轉子不同(tong)的(de)(de)轉子進行平(ping)(ping)衡的(de)(de)平(ping)(ping)衡機(ji)，例如特別(bie)針(zhen)對發動機(ji)的(de)(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)(de)傳動軸(zhou)進行設計的(de)(de)平(ping)(ping)衡機(ji)。功能(neng)專一(yi)。  

四. 動平衡加(jia)工的方法(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(fang)向去處(chu)一定的(de)重(zhong)量。常用的(de)方(fang)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(de)(de)(de)(de)先進(jin)性(xing)和經濟上的(de)(de)(de)(de)合理性(xing)，國際(ji)標準(zhun)化組(zu)織(ISO)于1940年(nian)制定了(le)世界(jie)公(gong)(gong)(gong)認的(de)(de)(de)(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)，它(ta)將轉(zhuan)子平(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)(ji)分為(wei)11個(ge)級(ji)(ji)別(bie)，每個(ge)級(ji)(ji)別(bie)間以2.5倍(bei)為(wei)增量，從要求更(geng)高的(de)(de)(de)(de)G0.4到要求更(geng)低的(de)(de)(de)(de)G4000。單位為(wei)公(gong)(gong)(gong)克(ke)×毫米(mi)/公(gong)(gong)(gong)斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對于轉(zhuan)子軸(zhou)心的(de)(de)(de)(de)偏(pian)心距離。