平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是(shi)測(ce)量旋轉物體(轉子)不平(ping)衡(heng)量大小和位置的機器。

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。延慶電機轉子、機床主軸(zhou)(zhou)、內燃機曲軸(zhou)(zhou)、汽輪機轉子、陀螺(luo)轉子和鐘表擺輪等旋轉零部件(jian)在制造(zao)過(guo)程中(zhong)，都(dou)需要經過(guo)平(ping)衡才能平(ping)穩正常(chang)地運轉。

根據平衡(heng)機(ji)測出的數據對(dui)(dui)轉(zhuan)子的不平衡(heng)量進行校(xiao)正，可(ke)改(gai)(gai)善轉(zhuan)子相對(dui)(dui)于軸線的質(zhi)(zhi)量分布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時產生的振動或作用于軸承上的振動力減少到允許的范圍之(zhi)內。因(yin)此，平衡(heng)機(ji)是減小振動、改(gai)(gai)善性能和提高(gao)質(zhi)(zhi)量的必(bi)不可(ke)少的設備(bei)。

通常，轉子(zi)的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)包(bao)括不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)和校(xiao)(xiao)正(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)主要用于不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)測量(liang)，而不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)校(xiao)(xiao)正(zheng)則往(wang)往(wang)借(jie)助(zhu)于鉆床(chuang)、銑床(chuang)和點(dian)焊(han)機(ji)等(deng)其他輔(fu)助(zhu)設備，或(huo)用手工方法完(wan)成。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)已將校(xiao)(xiao)正(zheng)裝置做成為(wei)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)一個部分。

重力(li)式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和離心力(li)式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是(shi)兩類典型的(de)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

1. 重力式平衡(heng)機一般稱為(wei)靜平衡(heng)機。

它是依賴轉子自身(shen)的重力作用來測量靜不平(ping)衡的。

置于(yu)兩根水平(ping)導(dao)軌上的轉(zhuan)子如(ru)有不(bu)(bu)平(ping)衡量，則它對軸線的重(zhong)力(li)矩使(shi)轉(zhuan)子在導(dao)軌上滾動，直至這(zhe)個不(bu)(bu)平(ping)衡量處于(yu)更(geng)低位置時才(cai)靜止。

被平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)放在用靜壓軸承支(zhi)承的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)上，在支(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝(zhuang)一片(pian)反(fan)射(she)(she)鏡(jing)。當轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)(bu)存在不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)時，由光源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)光束經此反(fan)射(she)(she)鏡(jing)反(fan)射(she)(she)后(hou)，投(tou)射(she)(she)在不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)指示(shi)(shi)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)極坐(zuo)標(biao)原點(dian)(dian)。如果轉(zhuan)(zhuan)子(zi)存在不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，則轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)在不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)力(li)矩作用下(xia)發(fa)生傾(qing)斜(xie)，支(zhi)座(zuo)(zuo)(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)射(she)(she)鏡(jing)也(ye)隨之傾(qing)斜(xie)并使反(fan)射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)光束偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)，這樣光束投(tou)在極坐(zuo)標(biao)指示(shi)(shi)器(qi)(qi)上的(de)(de)(de)(de)(de)光點(dian)(dian)便(bian)離開原點(dian)(dian)。根(gen)據這個光點(dian)(dian)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位(wei)置，可以得到不(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)大小和(he)位(wei)置。

重力式平衡(heng)機僅(jin)適(shi)用(yong)于某些平衡(heng)要(yao)求不高(gao)的盤狀(zhuang)零件(jian)。對于平衡(heng)要(yao)求高(gao)的轉子，一般采用(yong)離(li)心式單面或雙(shuang)面平衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)在轉子旋轉的狀(zhuang)態(tai)下，根據轉子不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)引起的支承(cheng)振動，或作用(yong)于(yu)支承(cheng)的振動力(li)來(lai)測(ce)量(liang)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)面數(shu)量(liang)的不(bu)(bu)(bu)同，可(ke)分為單面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和(he)(he)雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。單面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)只能測(ce)量(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面上(shang)的不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng))，它雖然是(shi)在轉子旋轉時進(jin)行測(ce)量(liang)，但仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)能測(ce)量(liang)動不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，也能分別(bie)測(ce)量(liang)靜不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)和(he)(he)偶不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)，一般(ban)稱為動平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。

離(li)心(xin)力式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)特性不(bu)同，又(you)可分為軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速高(gao)于(yu)轉子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)稱為軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。這(zhe)種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)信號與支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)位移(yi)成正比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)轉速低於(wu)轉子一支(zhi)承(cheng)(cheng)系統固(gu)有頻率的(de)稱為硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)，這(zhe)種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)剛度大(da)，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)出(chu)的(de)信號與支(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)力成正比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的主要(yao)性能用(yong)最小可達剩(sheng)余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和(he)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減少率兩項綜合指標(biao)表示(shi)(shi)。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能使(shi)轉(zhuan)子達到的剩(sheng)余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的最小值(zhi)，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力的指標(biao)；后(hou)者(zhe)是經(jing)過一(yi)(yi)次校(xiao)正后(hou)所減少的不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率的指標(biao)，一(yi)(yi)般用(yong)百分數表示(shi)(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(gen)據大(da)批(pi)量生(sheng)產的(de)需要(yao)，對特定的(de)轉子(zi)能自動(dong)完(wan)成平(ping)衡(heng)測量和平(ping)衡(heng)校正的(de)自動(dong)平(ping)衡(heng)機(ji)，以及平(ping)衡(heng)自動(dong)線，現代已大(da)量的(de)裝備在汽(qi)車制造、電(dian)機(ji)制造等工業部門。

二. 平(ping)衡機常(chang)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(bao)證旋轉機械正常工(gong)作(zuo)所允許的轉子剩余(yu)不平衡(heng)(heng)(heng)量。該指(zhi)標用不平衡(heng)(heng)(heng)度表示時，稱為(wei)許用不平衡(heng)(heng)(heng)度（亦(yi)稱許用不平衡(heng)(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. 校正(zheng)平(ping)面的(de)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(zi)平衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子平(ping)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(huo)μm

11. 最小可(ke)達剩余不(bu)平衡量（Umar）

最小(xiao)可(ke)達剩(sheng)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(bu)平(ping)衡量減少率（URR）

經過(guo)一次平(ping)衡(heng)(heng)(heng)校正所減少的不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)之比(bi)值。它是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)機效(xiao)率的性(xing)能指標，以百分(fen)數表示：

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

U2－一次平衡校正(zheng)后的剩(sheng)余不平衡量

13. 不平(ping)衡(heng)力偶干擾比

單面平衡機(ji)抑(yi)止不(bu)平衡力偶影響(xiang)的性能(neng)指(zhi)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(she)計的剛性轉(zhuan)子。其質(zhi)量(liang)(liang)、大(da)小(xiao)、尺寸均有規(gui)定，分(fen)立式和臥式兩種。立式轉(zhuan)子質(zhi)量(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子質(zhi)量(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機從原理方面(mian)可(ke)以(yi)分為(wei)硬(ying)支承(cheng)平衡機、軟支承(cheng)平衡機、半硬(ying)支承(cheng)平衡機。

1. 硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低(di)于參振(zhen)系(xi)統共振(zhen)頻率的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)擺(bai)架相對處(chu)于“硬”狀(zhuang)態，因此轉(zhuan)子可(ke)以在接近實際(ji)軸承(cheng)條件下進行平(ping)(ping)衡(heng)校(xiao)正。具有操作簡便、安全性能好的(de)特點。

2. 軟支(zhi)承平(ping)衡機是平(ping)衡轉速大于(yu)(yu)參振系統共振頻率的平(ping)衡機。平(ping)衡校(xiao)驗(yan)時，支(zhi)承擺架相對處于(yu)(yu)“軟”狀態(tai)，因此(ci)轉子校(xiao)驗(yan)平(ping)衡時。支(zhi)承條(tiao)件與實際(ji)軸承工作條(tiao)件不(bu)同。具(ju)有(you)測量精度(du)高的特點。

3. 半硬支承(cheng)平衡(heng)機是(shi)平衡(heng)轉(zhuan)速在0.3~0.5倍參振系統共(gong)振頻率之間的平衡(heng)機。同時具有有硬支承(cheng)平衡(heng)機支承(cheng)剛(gang)度(du)高(gao)的特點，又(you)有軟支承(cheng)平衡(heng)機精度(du)高(gao)的優(you)點。

平(ping)(ping)衡機從應用方面分(fen)可(ke)分(fen)為立(li)式平(ping)(ping)衡機和臥式平(ping)(ping)衡機；專用平(ping)(ping)衡機和通用平(ping)(ping)衡機。

臥式平(ping)衡機(ji)是被平(ping)衡轉(zhuan)子(zi)的(de)旋轉(zhuan)軸(zhou)在(zai)平(ping)衡機(ji)上呈(cheng)水(shui)平(ping)狀態的(de)平(ping)衡機(ji)。適用于有轉(zhuan)軸(zhou)或(huo)可(ke)裝(zhuang)配工藝(yi)軸(zhou)的(de)轉(zhuan)子(zi)，如機(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風(feng)機(ji)、增壓(ya)器、電機(ji)轉(zhuan)子(zi)、汽(qi)輪機(ji)等(deng)等(deng)。

立式平(ping)衡機是被平(ping)衡轉(zhuan)(zhuan)子的旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡機上呈垂直狀態下的平(ping)衡機。適用(yong)于轉(zhuan)(zhuan)子本身不具轉(zhuan)(zhuan)軸的盤(pan)狀工(gong)件如離合器、齒輪(lun)(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總成、制動(dong)盤(pan)、風葉、水泵(beng)葉輪(lun)(lun)、汽車(che)飛(fei)輪(lun)(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)(lun)、砂(sha)輪(lun)(lun)等盤(pan)類(lei)零件。

通(tong)用平(ping)衡(heng)(heng)機是指(zhi)能對(dui)形狀和支承形式比較規則的轉子進行動(dong)平(ping)衡(heng)(heng)的平(ping)衡(heng)(heng)機。通(tong)用平(ping)衡(heng)(heng)機操(cao)作簡單，效率也(ye)較高。

專用平衡機是能對支承形(xing)式(shi)和外觀與一般轉子不同的(de)(de)轉子進行(xing)平衡的(de)(de)平衡機，例(li)如特別針對發動機的(de)(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)(de)傳動軸(zhou)進行(xing)設計(ji)的(de)(de)平衡機。功能專一。  

四(si). 動平(ping)衡加工(gong)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

即在不平衡方向去處一定的(de)重量。常用(yong)的(de)方式有：鏜(tang)削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到技(ji)術的(de)(de)先進性和經濟(ji)上的(de)(de)合(he)理(li)性，國際標準化組織(ISO)于(yu)1940年(nian)制定了世界公認的(de)(de)ISO1940平衡等級(ji)(ji)，它將轉(zhuan)子平衡等級(ji)(ji)分為(wei)11個級(ji)(ji)別，每個級(ji)(ji)別間以2.5倍(bei)為(wei)增量，從要求更(geng)高的(de)(de)G0.4到要求更(geng)低的(de)(de)G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg)，代表不平衡對(dui)于(yu)轉(zhuan)子軸(zhou)心(xin)的(de)(de)偏心(xin)距離。