平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機(ji)是測(ce)量旋(xuan)轉物(wu)體(轉子)不平(ping)衡(heng)量大小(xiao)和位置的(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。煙臺電機轉子、機(ji)床主軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪(lun)機(ji)轉子、陀螺轉子和鐘表擺(bai)輪(lun)等旋轉零(ling)部件(jian)在制造過程中，都(dou)需要經過平衡才能(neng)平穩(wen)正(zheng)常地運轉。

根(gen)據(ju)平(ping)衡(heng)機測出的(de)數據(ju)對轉子(zi)的(de)不平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)進(jin)行校正(zheng)，可(ke)改善轉子(zi)相對于(yu)軸(zhou)線的(de)質(zhi)量(liang)(liang)分布(bu)，使轉子(zi)旋轉時產生(sheng)的(de)振動或作用(yong)于(yu)軸(zhou)承上的(de)振動力減少到允許(xu)的(de)范圍之內。因此(ci)，平(ping)衡(heng)機是減小(xiao)振動、改善性能和提高質(zhi)量(liang)(liang)的(de)必不可(ke)少的(de)設(she)備。

通常，轉子(zi)的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)包括(kuo)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)測量和校正(zheng)兩個步驟，平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)主(zhu)要用于(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)測量，而不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)校正(zheng)則往(wang)(wang)往(wang)(wang)借助于(yu)鉆(zhan)床、銑床和點焊機(ji)(ji)(ji)等其他輔助設備(bei)，或用手工方法完成(cheng)。有些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)已將校正(zheng)裝置做成(cheng)為平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)一個部分。

重力式平(ping)衡(heng)機和(he)離心(xin)力式平(ping)衡(heng)機是兩類(lei)典型的平(ping)衡(heng)機。

1. 重力式(shi)平衡機一般稱為靜平衡機。

它是依賴轉(zhuan)子(zi)自身的(de)重力作用來測量靜不平衡的(de)。

置(zhi)于(yu)兩根水平導軌上的轉(zhuan)子如有不平衡(heng)量(liang)，則(ze)它對軸(zhou)線的重力矩使轉(zhuan)子在導軌上滾動，直至這個(ge)不平衡(heng)量(liang)處(chu)于(yu)更低位置(zhi)時才靜止。

被平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)轉子放(fang)在(zai)用靜壓軸承(cheng)支承(cheng)的(de)(de)(de)支座(zuo)(zuo)上(shang)，在(zai)支座(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝(zhuang)一片反(fan)射鏡(jing)。當轉子不(bu)(bu)(bu)(bu)存(cun)在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)時，由光源射出的(de)(de)(de)光束(shu)經此反(fan)射鏡(jing)反(fan)射后，投射在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)指示(shi)器的(de)(de)(de)極坐標(biao)原點(dian)。如果轉子存(cun)在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)，則轉子支座(zuo)(zuo)在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)重力矩作(zuo)用下(xia)發生傾斜，支座(zuo)(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)反(fan)射鏡(jing)也隨之傾斜并使反(fan)射出的(de)(de)(de)光束(shu)偏(pian)轉，這(zhe)樣(yang)光束(shu)投在(zai)極坐標(biao)指示(shi)器上(shang)的(de)(de)(de)光點(dian)便(bian)離開原點(dian)。根據這(zhe)個光點(dian)偏(pian)轉的(de)(de)(de)坐標(biao)位置，可(ke)以得到不(bu)(bu)(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)大小和位置。

重(zhong)力式平(ping)衡(heng)機僅(jin)適用于(yu)某些平(ping)衡(heng)要求不高(gao)的盤狀零(ling)件。對于(yu)平(ping)衡(heng)要求高(gao)的轉子，一般采(cai)用離心式單(dan)面(mian)(mian)或雙面(mian)(mian)平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是在轉子(zi)旋轉的(de)狀態下(xia)，根據轉子(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)支承振動(dong)，或作用于支承的(de)振動(dong)力來測量不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面數量的(de)不(bu)同，可分(fen)(fen)為單面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測量一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面上(shang)的(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是在轉子(zi)旋轉時(shi)進行測量，但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙(shuang)面平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測量動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分(fen)(fen)別測量靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離(li)心力(li)式平(ping)衡(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特性(xing)不同(tong)，又可(ke)分為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)高于(yu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱(cheng)為軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機。這(zhe)種平(ping)衡(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)(gang)度小，傳感器檢測出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動位移成正比。平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速(su)低於(wu)轉(zhuan)子一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系統(tong)固(gu)有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱(cheng)為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)機，這(zhe)種平(ping)衡(heng)機的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)(gang)度大，傳感器檢測出的(de)(de)信號與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動力(li)成正比。

平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的(de)主要性能用最小(xiao)可(ke)達剩余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)，和不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)減少(shao)率兩項綜合(he)指(zhi)(zhi)標(biao)表示。前者(zhe)是平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能使轉子達到(dao)的(de)剩余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)的(de)最小(xiao)值(zhi)，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)能力的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)；后者(zhe)是經(jing)過一次校正后所減少(shao)的(de)不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)與初始不平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)之比，它是衡(heng)(heng)(heng)(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)效率的(de)指(zhi)(zhi)標(biao)，一般用百分數表示。

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，對特定的轉子能自動完成平(ping)衡測量和平(ping)衡校(xiao)正的自動平(ping)衡機，以及平(ping)衡自動線，現代已大(da)量的裝(zhuang)備在汽(qi)車制(zhi)造(zao)、電(dian)機制(zhi)造(zao)等工業(ye)部(bu)門。

二. 平(ping)衡機常(chang)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(wei)保證旋轉(zhuan)機(ji)械正常工作所允許(xu)的轉(zhuan)子剩(sheng)余不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)量。該(gai)指標用(yong)(yong)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)度(du)表示時，稱(cheng)為(wei)許(xu)用(yong)(yong)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)度(du)（亦(yi)稱(cheng)許(xu)用(yong)(yong)不(bu)(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. 校正平面的干擾（相互(hu)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(lie)程度的指標。

G=eperω/1000

式(shi)中：G－轉子平衡品質，單位(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：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余(yu)不平衡(heng)量（Umar）

最小可達剩(sheng)余不平(ping)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)平衡量減少(shao)率(lv)（URR）

經過一次平衡校正所(suo)減少的不平衡量(liang)與初始不平衡量(liang)之比值。它(ta)是衡量(liang)平衡機效率(lv)的性能指標，以百分數表示：

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

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

13. 不(bu)平衡力偶干擾(rao)比(bi)

單面平(ping)衡機抑止不平(ping)衡力偶影響的性能(neng)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(neng)而設計的剛性轉(zhuan)子。其質量(liang)(liang)(liang)、大小、尺寸(cun)均有(you)規定，分立式和臥式兩(liang)種。立式轉(zhuan)子質量(liang)(liang)(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子質量(liang)(liang)(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機(ji)從原理(li)方面可以(yi)分為硬(ying)(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機(ji)、軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機(ji)、半硬(ying)(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡機(ji)。

1. 硬支承(cheng)(cheng)平衡(heng)(heng)機是(shi)平衡(heng)(heng)轉速遠低于參振系(xi)統共振頻率的(de)平衡(heng)(heng)機。平衡(heng)(heng)校(xiao)驗時，支承(cheng)(cheng)擺(bai)架相對處于“硬”狀態，因此(ci)轉子可以在接近實際軸承(cheng)(cheng)條件下(xia)進行平衡(heng)(heng)校(xiao)正。具(ju)有(you)操作簡(jian)便(bian)、安(an)全性能好的(de)特點。

2. 軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡機是平(ping)衡轉(zhuan)速大于(yu)參(can)振系統共振頻率的平(ping)衡機。平(ping)衡校(xiao)驗時，支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)擺(bai)架相(xiang)對處(chu)于(yu)“軟”狀(zhuang)態，因此轉(zhuan)子校(xiao)驗平(ping)衡時。支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)條件與實際(ji)軸承(cheng)工作條件不同。具(ju)有測量精(jing)度高的特點。

3. 半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)轉速(su)在(zai)0.3~0.5倍參振系統共振頻率之間的平(ping)衡(heng)機。同(tong)時(shi)具有有硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機支(zhi)承(cheng)剛(gang)度(du)(du)高的特點，又有軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機精度(du)(du)高的優點。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機從應(ying)用(yong)方面分可分為立式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和(he)(he)臥式平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機；專用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和(he)(he)通(tong)用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。

臥式(shi)平(ping)衡(heng)機是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機上呈水平(ping)狀(zhuang)態的(de)平(ping)衡(heng)機。適(shi)用于有轉(zhuan)(zhuan)軸或可裝(zhuang)配工(gong)藝軸的(de)轉(zhuan)(zhuan)子，如機床主軸、滾(gun)筒、風機、增壓器、電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子、汽輪機等等。

立式(shi)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)是被平衡(heng)(heng)(heng)轉子的(de)旋轉軸在平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)上呈垂直狀(zhuang)態下的(de)平衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)(ji)。適(shi)用于轉子本身不具轉軸的(de)盤狀(zhuang)工件如離合(he)器、齒輪(lun)、風(feng)(feng)扇、壓盤及其總成、制動盤、風(feng)(feng)葉、水(shui)泵葉輪(lun)、汽車(che)飛(fei)輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等盤類(lei)零件。

通用平(ping)衡(heng)機是指能對形(xing)狀(zhuang)和支承形(xing)式比較(jiao)規則的(de)轉子(zi)進行(xing)動(dong)平(ping)衡(heng)的(de)平(ping)衡(heng)機。通用平(ping)衡(heng)機操作(zuo)簡單，效(xiao)率也較(jiao)高。

專(zhuan)用平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)能對(dui)支(zhi)承形式和外(wai)觀與一般轉(zhuan)子(zi)不同的(de)轉(zhuan)子(zi)進(jin)行平(ping)(ping)衡(heng)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)，例如特別針對(dui)發動(dong)機(ji)的(de)曲軸，汽車(che)的(de)傳(chuan)動(dong)軸進(jin)行設計(ji)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。功能專(zhuan)一。  

四. 動平衡加工的方(fang)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(zai)不平衡方向去(qu)處一定的重(zhong)量。常用的方式有：鏜削、鉆孔、鑿削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shu)的(de)先進性和經濟(ji)上的(de)合理性，國際標(biao)準化(hua)組織(ISO)于(yu)1940年制定了世界公(gong)(gong)認的(de)ISO1940平(ping)(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)，它將(jiang)轉子平(ping)(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)分為(wei)11個(ge)級(ji)別，每(mei)個(ge)級(ji)別間(jian)以(yi)2.5倍(bei)為(wei)增量，從要(yao)求更高(gao)的(de)G0.4到要(yao)求更低的(de)G4000。單(dan)位為(wei)公(gong)(gong)克×毫米/公(gong)(gong)斤(jin)(gmm/kg)，代表(biao)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)對于(yu)轉子軸心的(de)偏心距(ju)離。