平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡機是測量旋轉物體(轉子)不平衡量大小和位(wei)置(zhi)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。楊浦電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪(lun)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子(zi)和鐘表(biao)擺(bai)輪(lun)等(deng)旋轉(zhuan)(zhuan)零部件在制造過(guo)程中，都需要(yao)經過(guo)平衡才(cai)能平穩(wen)正(zheng)常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據平衡(heng)機(ji)測出的(de)(de)數據對轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)不平衡(heng)量進行校正，可改善轉(zhuan)(zhuan)子(zi)相對于軸線的(de)(de)質(zhi)量分布，使轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時產生的(de)(de)振動或作(zuo)用(yong)于軸承上的(de)(de)振動力減少到允許(xu)的(de)(de)范(fan)圍之內。因此，平衡(heng)機(ji)是減小(xiao)振動、改善性能和提高質(zhi)量的(de)(de)必不可少的(de)(de)設備(bei)。

通常，轉子的平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)包括不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)和校(xiao)正(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)主要用于(yu)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的測量(liang)(liang)，而不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的校(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借助(zhu)于(yu)鉆床、銑床和點焊機(ji)等其他輔(fu)助(zhu)設備，或用手工(gong)方法完成。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)已將校(xiao)正(zheng)裝置做成為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的一個部(bu)分。

重力式平衡機(ji)和離心力式平衡機(ji)是兩類典(dian)型(xing)的平衡機(ji)。

1. 重力式(shi)平(ping)衡機(ji)一般稱為靜(jing)平(ping)衡機(ji)。

它是依(yi)賴轉(zhuan)子自身的重力作用來測量(liang)靜不平(ping)衡的。

置于兩根(gen)水(shui)平導(dao)(dao)軌上(shang)的(de)轉子如有(you)不(bu)平衡量(liang)(liang)，則它(ta)對(dui)軸線的(de)重(zhong)力(li)矩使轉子在(zai)導(dao)(dao)軌上(shang)滾動(dong)，直(zhi)至這(zhe)個不(bu)平衡量(liang)(liang)處于更低位置時才靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子放在用(yong)靜壓軸承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)支(zhi)座(zuo)上(shang)，在支(zhi)座(zuo)的(de)(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)射(she)鏡。當轉(zhuan)(zhuan)子不(bu)存在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)時，由(you)光源(yuan)射(she)出的(de)(de)光束(shu)經此反(fan)射(she)鏡反(fan)射(she)后，投(tou)(tou)射(she)在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)指示器的(de)(de)極坐標(biao)原點(dian)。如果轉(zhuan)(zhuan)子存在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子支(zhi)座(zuo)在不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)重力矩作(zuo)用(yong)下(xia)發生傾(qing)斜，支(zhi)座(zuo)下(xia)的(de)(de)反(fan)射(she)鏡也(ye)隨之傾(qing)斜并使反(fan)射(she)出的(de)(de)光束(shu)偏轉(zhuan)(zhuan)，這(zhe)樣光束(shu)投(tou)(tou)在極坐標(biao)指示器上(shang)的(de)(de)光點(dian)便離開原點(dian)。根(gen)據這(zhe)個(ge)光點(dian)偏轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)坐標(biao)位置，可(ke)以得到(dao)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)大小和位置。

重力式(shi)平(ping)衡機僅適用于(yu)某些(xie)平(ping)衡要求不高的盤狀(zhuang)零件。對(dui)于(yu)平(ping)衡要求高的轉子，一般采用離(li)心式(shi)單(dan)面(mian)或雙面(mian)平(ping)衡機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)在轉子旋(xuan)轉的狀態下，根據轉子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承振動，或作用(yong)于支承的振動力來(lai)測量(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測量(liang)(liang)一(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在轉子旋(xuan)轉時(shi)進行(xing)測量(liang)(liang)，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能測量(liang)(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測量(liang)(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力(li)式(shi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)特性不同(tong)，又可分(fen)為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速高于轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統(tong)固(gu)有頻率(lv)的稱為軟支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度(du)小(xiao)，傳(chuan)感(gan)器檢測出(chu)的信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)的振動(dong)位移成正(zheng)比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速低於轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)承(cheng)系(xi)統(tong)固(gu)有頻率(lv)的稱為硬支(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)，這種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的支(zhi)(zhi)承(cheng)剛度(du)大，傳(chuan)感(gan)器檢測出(chu)的信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)的振動(dong)力(li)成正(zheng)比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)性(xing)能用最小可達剩余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量，和不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量減少率(lv)(lv)兩項綜合(he)指(zhi)標(biao)表示(shi)。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)能使轉子(zi)達到的(de)(de)(de)(de)剩余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量的(de)(de)(de)(de)最小值(zhi)，它是衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)能力的(de)(de)(de)(de)指(zhi)標(biao)；后者(zhe)是經過一(yi)次校正后所減少的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量與初始不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量之比，它是衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)效率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)指(zhi)標(biao)，一(yi)般用百分數表示(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。
  根據大批量(liang)生產(chan)的(de)需要，對特定的(de)轉子能自動完(wan)成平衡測量(liang)和平衡校正的(de)自動平衡機，以(yi)及平衡自動線(xian)，現代已大量(liang)的(de)裝備(bei)在汽(qi)車制(zhi)造、電機制(zhi)造等工(gong)業部門。

二. 平衡機常用術語解釋

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(bao)證旋轉(zhuan)機械(xie)正常工作所允許(xu)的轉(zhuan)子剩余不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)。該指標(biao)用不平(ping)衡(heng)(heng)度表示時，稱為許(xu)用不平(ping)衡(heng)(heng)度（亦稱許(xu)用不平(ping)衡(heng)(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(zheng)平面的(de)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

衡量轉子平衡優劣程(cheng)度的指標(biao)。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平衡品質，單(dan)位(wei)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(wei)：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（Umar）。單(dan)位(wei)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(liang)減少率（URR）

經(jing)過一(yi)次平(ping)(ping)衡(heng)校正所(suo)減少的不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)與初(chu)始不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)之比值(zhi)。它是衡(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)效率的性能(neng)指標，以百(bai)分數表示(shi)：

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

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

13. 不平衡力偶干擾比

單面平衡(heng)(heng)機抑止(zhi)不平衡(heng)(heng)力(li)偶影響的(de)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(ping)衡(heng)機性能而設(she)計的(de)剛性轉子。其質(zhi)量、大小(xiao)、尺寸均有規定，分(fen)立式(shi)(shi)和(he)臥式(shi)(shi)兩(liang)種。立式(shi)(shi)轉子質(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)轉子質(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機從原理方(fang)面可以分為硬(ying)支(zhi)承平衡機、軟支(zhi)承平衡機、半硬(ying)支(zhi)承平衡機。

1. 硬(ying)支承平衡機(ji)是平衡轉(zhuan)速遠(yuan)低(di)于參振系統共(gong)振頻率(lv)的(de)平衡機(ji)。平衡校驗時，支承擺架相(xiang)對處于“硬(ying)”狀(zhuang)態，因此轉(zhuan)子可以在接近實際軸承條(tiao)件下進行平衡校正。具有(you)操作簡便、安(an)全性(xing)能好的(de)特點。

2. 軟支承(cheng)平衡機(ji)是平衡轉速大于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平衡機(ji)。平衡校(xiao)驗(yan)時，支承(cheng)擺架相(xiang)對(dui)處(chu)于“軟”狀態，因此轉子(zi)校(xiao)驗(yan)平衡時。支承(cheng)條(tiao)件(jian)與實際(ji)軸承(cheng)工作條(tiao)件(jian)不同。具有測(ce)量精度高(gao)的特點(dian)。

3. 半硬支承平(ping)衡(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)轉速在(zai)0.3~0.5倍參振(zhen)系統共振(zhen)頻率之間的平(ping)衡(heng)機(ji)。同時具有(you)有(you)硬支承平(ping)衡(heng)機(ji)支承剛度高的特點，又有(you)軟支承平(ping)衡(heng)機(ji)精度高的優點。

平衡(heng)機(ji)從應用方面分可分為立式(shi)平衡(heng)機(ji)和(he)臥式(shi)平衡(heng)機(ji)；專用平衡(heng)機(ji)和(he)通(tong)用平衡(heng)機(ji)。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)機是被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡(heng)機上呈水(shui)平(ping)(ping)狀(zhuang)態的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。適用于(yu)有轉(zhuan)軸或可裝配(pei)工藝軸的(de)轉(zhuan)子，如機床(chuang)主軸、滾(gun)筒、風(feng)機、增壓器、電機轉(zhuan)子、汽(qi)輪機等等。

立式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)被(bei)平(ping)(ping)衡(heng)轉子的(de)旋轉軸在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上呈垂直(zhi)狀態下的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適用于轉子本身不具轉軸的(de)盤(pan)狀工件如離合器、齒輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總成、制(zhi)動盤(pan)、風葉、水泵葉輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)類零件。

通用平衡機(ji)(ji)是指能對形狀和支承形式比較(jiao)規(gui)則(ze)的(de)轉子(zi)進(jin)行動(dong)平衡的(de)平衡機(ji)(ji)。通用平衡機(ji)(ji)操作簡單，效率也較(jiao)高。

專用平衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)能對支承形(xing)式和(he)外觀與一般(ban)轉(zhuan)子不同的(de)轉(zhuan)子進行平衡(heng)(heng)的(de)平衡(heng)(heng)機(ji)，例如特別針對發(fa)動(dong)機(ji)的(de)曲軸，汽車的(de)傳動(dong)軸進行設計的(de)平衡(heng)(heng)機(ji)。功能專一。  

四. 動(dong)平衡加工的(de)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(xiang)去處一定的(de)重量(liang)。常用的(de)方式有：鏜削(xue)(xue)(xue)、鉆孔、鑿削(xue)(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)(xue)、磨削(xue)(xue)(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考(kao)慮到技術的(de)(de)(de)先進(jin)性和經(jing)濟上的(de)(de)(de)合理性，國際(ji)標準化組織(ISO)于1940年制定了世界(jie)公(gong)認(ren)的(de)(de)(de)ISO1940平衡(heng)(heng)等級(ji)，它將轉子平衡(heng)(heng)等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別，每(mei)個級(ji)別間(jian)以2.5倍為(wei)增量，從要求更(geng)高的(de)(de)(de)G0.4到要求更(geng)低的(de)(de)(de)G4000。單位(wei)為(wei)公(gong)克×毫米/公(gong)斤(gmm/kg)，代(dai)表不平衡(heng)(heng)對于轉子軸心的(de)(de)(de)偏(pian)心距(ju)離。