平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量(liang)旋轉物體(ti)(轉子(zi))不平衡量(liang)大小和位置的機器。

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。延邊朝鮮族電機轉子、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪機(ji)轉子、陀螺轉子和鐘(zhong)表擺輪等旋轉零部(bu)件在(zai)制造過(guo)程(cheng)中，都(dou)需(xu)要經過(guo)平(ping)衡才能平(ping)穩正常地運轉。

根據(ju)平(ping)衡(heng)機測(ce)出的(de)(de)(de)(de)數據(ju)對(dui)轉子的(de)(de)(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)進行(xing)校正，可改善(shan)轉子相對(dui)于(yu)軸線(xian)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分布，使轉子旋(xuan)轉時產生的(de)(de)(de)(de)振動(dong)(dong)或(huo)作(zuo)用于(yu)軸承上(shang)的(de)(de)(de)(de)振動(dong)(dong)力減少(shao)到允許的(de)(de)(de)(de)范圍之內(nei)。因此，平(ping)衡(heng)機是(shi)減小振動(dong)(dong)、改善(shan)性能和(he)提高質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)必不(bu)可少(shao)的(de)(de)(de)(de)設(she)備。

通(tong)常，轉(zhuan)子的(de)(de)平衡(heng)(heng)包(bao)括不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)和校正兩(liang)個(ge)步驟，平衡(heng)(heng)機主要用于不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)，而不平衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)校正則往往借助于鉆床、銑床和點焊機等其他輔助設備，或(huo)用手工方(fang)法完成(cheng)。有些平衡(heng)(heng)機已將校正裝置做成(cheng)為平衡(heng)(heng)機的(de)(de)一(yi)個(ge)部分。

重力式平(ping)衡機和離心力式平(ping)衡機是兩類典型的平(ping)衡機。

1. 重(zhong)力式(shi)平衡機(ji)一般稱為(wei)靜平衡機(ji)。

它是依賴轉子自身的重力作用來(lai)測量靜(jing)不(bu)平衡的。

置于兩(liang)根水平(ping)導(dao)軌上的轉子如有不(bu)平(ping)衡量，則它對軸線的重力(li)矩使轉子在導(dao)軌上滾(gun)動，直(zhi)至這個不(bu)平(ping)衡量處(chu)于更低位置時才靜止(zhi)。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)轉子(zi)放在(zai)用靜壓軸(zhou)承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)支(zhi)座上(shang)，在(zai)支(zhi)座的(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝一(yi)片(pian)反(fan)射(she)(she)(she)鏡。當轉子(zi)不存(cun)在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量時，由光源射(she)(she)(she)出的(de)(de)(de)光束(shu)經此反(fan)射(she)(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)(she)后，投射(she)(she)(she)在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量指示器的(de)(de)(de)極坐(zuo)標原點(dian)(dian)。如(ru)果轉子(zi)存(cun)在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量，則轉子(zi)支(zhi)座在(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)重力矩(ju)作(zuo)用下(xia)發生傾(qing)斜，支(zhi)座下(xia)的(de)(de)(de)反(fan)射(she)(she)(she)鏡也隨之傾(qing)斜并使反(fan)射(she)(she)(she)出的(de)(de)(de)光束(shu)偏轉，這樣光束(shu)投在(zai)極坐(zuo)標指示器上(shang)的(de)(de)(de)光點(dian)(dian)便(bian)離開原點(dian)(dian)。根據這個光點(dian)(dian)偏轉的(de)(de)(de)坐(zuo)標位(wei)置，可以得到不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)大(da)小和位(wei)置。

重力式平衡(heng)(heng)機僅適用于(yu)某(mou)些平衡(heng)(heng)要(yao)求不高(gao)(gao)的(de)盤(pan)狀零件。對于(yu)平衡(heng)(heng)要(yao)求高(gao)(gao)的(de)轉(zhuan)子，一(yi)般采用離心式單(dan)面或雙(shuang)面平衡(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)子不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起(qi)的(de)支承(cheng)(cheng)振(zhen)動(dong)，或(huo)作用于支承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)動(dong)力來測(ce)量不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)數量的(de)不(bu)(bu)(bu)同，可分為單面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只(zhi)能(neng)測(ce)量一(yi)個平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)上的(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在(zai)轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時(shi)進行(xing)測(ce)量，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測(ce)量動(dong)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別測(ce)量靜(jing)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和偶(ou)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心(xin)力式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)特性不同，又可分(fen)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)速(su)高(gao)于轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)(tong)固(gu)有頻率(lv)的(de)(de)(de)稱(cheng)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小(xiao)，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振(zhen)動位移成正(zheng)比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)(tong)固(gu)有頻率(lv)的(de)(de)(de)稱(cheng)為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這種(zhong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大(da)，傳(chuan)感(gan)器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)(de)(de)信(xin)(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振(zhen)動力成正(zheng)比。

平(ping)(ping)衡(heng)機的(de)(de)主要(yao)性能用最(zui)小可(ke)達剩余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)，和不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)減(jian)少率(lv)兩(liang)項綜合指標(biao)表示。前者是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)機能使轉子(zi)達到(dao)的(de)(de)剩余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)最(zui)小值(zhi)，它是(shi)衡(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)機更高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)能力的(de)(de)指標(biao)；后者是(shi)經過一(yi)次校正后所(suo)減(jian)少的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)與(yu)初始不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)之比，它是(shi)衡(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)效率(lv)的(de)(de)指標(biao)，一(yi)般用百分(fen)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。
  根據大(da)批量生產的需要，對特定的轉子能自(zi)(zi)動(dong)完(wan)成平(ping)(ping)衡(heng)測量和(he)平(ping)(ping)衡(heng)校正的自(zi)(zi)動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)機，以及平(ping)(ping)衡(heng)自(zi)(zi)動(dong)線(xian)，現代(dai)已大(da)量的裝備在汽車制(zhi)造、電機制(zhi)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(zhuan)機械正常工作所(suo)允(yun)許(xu)的轉(zhuan)子(zi)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)。該指標用(yong)(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)表(biao)示時(shi)，稱(cheng)為許(xu)用(yong)(yong)不(bu)平(ping)衡(heng)度(du)（亦稱(cheng)許(xu)用(yong)(yong)不(bu)平(ping)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(xiao)正平面(mian)的干擾（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

衡量轉子平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式(shi)中(zhong)：G－轉子(zi)平(ping)衡品質(zhi)，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(huo)μm

11. 最小可(ke)達(da)剩余不平(ping)衡量（Umar）

最小可達剩(sheng)余(yu)不(bu)平衡量（Umar）。單(dan)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(bu)平衡量減(jian)少率（URR）

經過一次平衡(heng)校(xiao)正所減少的(de)不(bu)平衡(heng)量(liang)與(yu)初始不(bu)平衡(heng)量(liang)之(zhi)比值。它是(shi)衡(heng)量(liang)平衡(heng)機(ji)效率的(de)性能指標，以百分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中(zhong)：U1－初始不平(ping)衡(heng)量            

U2－一次(ci)平(ping)衡(heng)校正后的剩(sheng)余不平(ping)衡(heng)量

13. 不(bu)平衡力(li)偶干擾(rao)比

單面平(ping)衡機抑(yi)止不平(ping)衡力偶影響的性能指標。

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(wei)校驗(yan)平(ping)衡機性(xing)(xing)能而設計(ji)的(de)剛性(xing)(xing)轉(zhuan)子。其(qi)質量、大小、尺寸(cun)均有規定，分(fen)立(li)式(shi)(shi)和臥(wo)式(shi)(shi)兩種(zhong)。立(li)式(shi)(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式(shi)(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)(heng)(heng)機從原理方面可以分(fen)為硬支承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機、軟(ruan)支承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機、半硬支承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)機。

1. 硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平衡機(ji)是(shi)平衡轉速(su)遠低(di)于(yu)參振系統共振頻(pin)率(lv)的平衡機(ji)。平衡校驗時，支(zhi)(zhi)承(cheng)擺架(jia)相對處于(yu)“硬”狀(zhuang)態，因此轉子可(ke)以在接近(jin)實(shi)際軸承(cheng)條件下進行(xing)平衡校正。具(ju)有操作簡便、安全(quan)性能好的特點(dian)。

2. 軟支承(cheng)平(ping)衡機(ji)是平(ping)衡轉速(su)大(da)于參(can)振系統共振頻率(lv)的平(ping)衡機(ji)。平(ping)衡校驗(yan)時，支承(cheng)擺架相對處(chu)于“軟”狀(zhuang)態(tai)，因此轉子校驗(yan)平(ping)衡時。支承(cheng)條(tiao)件與實(shi)際軸承(cheng)工(gong)作條(tiao)件不同。具有測量精度高的特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機是平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速在0.3~0.5倍參振系統共振頻(pin)率之間的平(ping)衡(heng)機。同時具有(you)(you)有(you)(you)硬(ying)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)高(gao)的特點(dian)，又有(you)(you)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機精(jing)度(du)高(gao)的優點(dian)。

平(ping)衡機從應用(yong)方面分可分為立式平(ping)衡機和(he)臥式平(ping)衡機；專用(yong)平(ping)衡機和(he)通用(yong)平(ping)衡機。

臥式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈水平(ping)狀態的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝(zhuang)配工(gong)藝軸的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)，如(ru)機(ji)(ji)(ji)床主(zhu)軸、滾筒、風(feng)機(ji)(ji)(ji)、增壓器、電(dian)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、汽輪機(ji)(ji)(ji)等等。

立式平衡(heng)機是(shi)被平衡(heng)轉子(zi)的旋轉軸(zhou)在平衡(heng)機上呈垂直狀(zhuang)態下的平衡(heng)機。適用(yong)于轉子(zi)本身不具(ju)轉軸(zhou)的盤狀(zhuang)工(gong)件如(ru)離合(he)器、齒(chi)輪、風扇、壓盤及其總成(cheng)、制動盤、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪、汽車飛輪、剎車轂、皮帶輪、砂(sha)輪等盤類(lei)零件。

通(tong)用平(ping)衡機是指能對形(xing)狀和支承形(xing)式比較規則的(de)轉子進行動平(ping)衡的(de)平(ping)衡機。通(tong)用平(ping)衡機操作(zuo)簡單，效率也較高。

專用平衡機是能(neng)對支承形(xing)式和外(wai)觀(guan)與一般轉子不同(tong)的轉子進行(xing)(xing)平衡的平衡機，例如(ru)特(te)別針對發(fa)動機的曲(qu)軸，汽車的傳動軸進行(xing)(xing)設計的平衡機。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(ji)在不(bu)平(ping)衡方向去處(chu)一定的(de)重(zhong)量。常用(yong)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(dao)技術的(de)(de)先進性(xing)(xing)和經濟上的(de)(de)合(he)理性(xing)(xing)，國際(ji)標(biao)準化(hua)組織(ISO)于(yu)1940年制定(ding)了世界(jie)公(gong)認的(de)(de)ISO1940平衡等級(ji)，它將轉子平衡等級(ji)分(fen)為11個(ge)(ge)級(ji)別，每(mei)個(ge)(ge)級(ji)別間以2.5倍為增量，從要求更高的(de)(de)G0.4到(dao)要求更低的(de)(de)G4000。單(dan)位(wei)為公(gong)克×毫(hao)米/公(gong)斤(gmm/kg)，代表不平衡對于(yu)轉子軸心(xin)的(de)(de)偏心(xin)距離。