平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測(ce)量(liang)旋轉物體(轉子(zi))不平衡(heng)量(liang)大(da)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。營口電機轉子(zi)、機床主軸、內(nei)燃機曲(qu)軸、汽輪機轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和鐘表擺輪等旋轉零部件在制造過(guo)程中，都(dou)需要(yao)經過(guo)平衡才能平穩正常地運轉。

根(gen)據(ju)平衡機(ji)測出的(de)(de)(de)(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)平衡量進行校正，可(ke)改善轉(zhuan)(zhuan)子相對于(yu)軸線的(de)(de)(de)(de)(de)質量分布，使轉(zhuan)(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)時產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)或作用于(yu)軸承上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)力減(jian)少(shao)到允許的(de)(de)(de)(de)(de)范圍(wei)之(zhi)內。因此，平衡機(ji)是減(jian)小振(zhen)動(dong)(dong)、改善性能和提高質量的(de)(de)(de)(de)(de)必不(bu)可(ke)少(shao)的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)備。

通(tong)常，轉子的(de)平(ping)(ping)衡包括不平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)測量(liang)和(he)校(xiao)(xiao)正兩個(ge)(ge)步驟，平(ping)(ping)衡機(ji)主要(yao)用(yong)(yong)于不平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)測量(liang)，而不平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)校(xiao)(xiao)正則往往借助于鉆床(chuang)、銑床(chuang)和(he)點焊(han)機(ji)等其他輔助設(she)備，或(huo)用(yong)(yong)手工方法完成。有些平(ping)(ping)衡機(ji)已(yi)將校(xiao)(xiao)正裝(zhuang)置做成為平(ping)(ping)衡機(ji)的(de)一個(ge)(ge)部分(fen)。

重(zhong)力(li)式(shi)平衡(heng)機和離心力(li)式(shi)平衡(heng)機是(shi)兩類典(dian)型(xing)的平衡(heng)機。

1. 重(zhong)力式(shi)平(ping)衡機一般(ban)稱為靜(jing)平(ping)衡機。

它是(shi)依賴轉子(zi)自(zi)身的重力作用來(lai)測量靜不(bu)平(ping)衡的。

置于兩根(gen)水平導(dao)軌上的轉子如(ru)有不平衡量(liang)(liang)，則它(ta)對軸線的重力矩使(shi)轉子在導(dao)軌上滾動，直(zhi)至這個不平衡量(liang)(liang)處于更低(di)位置時才(cai)靜止。

被平(ping)衡(heng)的轉子放在用靜壓軸承支(zhi)承的支(zhi)座上，在支(zhi)座的下(xia)面(mian)嵌(qian)裝(zhuang)一片反射(she)(she)鏡(jing)。當轉子不(bu)存在不(bu)平(ping)衡(heng)量時，由(you)光(guang)源射(she)(she)出的光(guang)束(shu)(shu)經(jing)此(ci)反射(she)(she)鏡(jing)反射(she)(she)后，投射(she)(she)在不(bu)平(ping)衡(heng)量指(zhi)示(shi)器(qi)的極(ji)坐標(biao)原點。如果轉子存在不(bu)平(ping)衡(heng)量，則轉子支(zhi)座在不(bu)平(ping)衡(heng)量的重力矩作用下(xia)發生傾斜，支(zhi)座下(xia)的反射(she)(she)鏡(jing)也隨(sui)之(zhi)傾斜并使反射(she)(she)出的光(guang)束(shu)(shu)偏轉，這樣光(guang)束(shu)(shu)投在極(ji)坐標(biao)指(zhi)示(shi)器(qi)上的光(guang)點便離開原點。根據這個光(guang)點偏轉的坐標(biao)位(wei)置(zhi)(zhi)，可以得到不(bu)平(ping)衡(heng)量的大(da)小(xiao)和位(wei)置(zhi)(zhi)。

重力式平(ping)衡(heng)機僅適用于某些平(ping)衡(heng)要(yao)求不高的盤狀零(ling)件。對于平(ping)衡(heng)要(yao)求高的轉子，一般采用離心(xin)式單面或雙面平(ping)衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機是(shi)在(zai)轉子(zi)旋(xuan)轉的(de)狀態下(xia)，根據(ju)轉子(zi)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引(yin)起的(de)支承振動(dong)(dong)，或(huo)作用(yong)于(yu)支承的(de)振動(dong)(dong)力來(lai)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其(qi)按校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的(de)不同，可分為單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機和雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。單(dan)面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機只能測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)面(mian)上的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在(zai)轉子(zi)旋(xuan)轉時進行(xing)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)，但仍屬于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機能測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)動(dong)(dong)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能分別(bie)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)靜(jing)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和偶不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一般稱為動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。

離心力(li)式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)按支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特性不(bu)同，又可分為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)和硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速高于轉子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻率的(de)(de)(de)稱為軟(ruan)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度小，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)出的(de)(de)(de)信號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動位移成(cheng)正(zheng)比(bi)。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速低於轉子一(yi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)固有頻率的(de)(de)(de)稱為硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度大，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)出的(de)(de)(de)信號與(yu)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)振動力(li)成(cheng)正(zheng)比(bi)。

平(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)主(zhu)要性能用最(zui)小可達(da)剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量，和(he)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量減少率兩(liang)項綜合(he)指標表(biao)示。前者是(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機能使轉(zhuan)子達(da)到的(de)(de)(de)剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)最(zui)小值，它是(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)機更高平(ping)衡(heng)(heng)能力的(de)(de)(de)指標；后(hou)者是(shi)經過(guo)一(yi)次校正后(hou)所(suo)減少的(de)(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量與初始不(bu)平(ping)衡(heng)(heng)量之(zhi)比，它是(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)(de)(de)指標，一(yi)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(ju)大(da)批量生產的(de)需要，對特定(ding)的(de)轉子能自(zi)(zi)動完(wan)成(cheng)平衡(heng)測(ce)量和(he)平衡(heng)校正的(de)自(zi)(zi)動平衡(heng)機，以(yi)及平衡(heng)自(zi)(zi)動線，現代(dai)已大(da)量的(de)裝備在汽車制造、電機制造等工業部門。

二. 平衡(heng)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)(wei)保證旋轉(zhuan)機械正常工作(zuo)所允許的轉(zhuan)子剩余不(bu)平衡(heng)量。該指標用不(bu)平衡(heng)度(du)表示(shi)時，稱為(wei)(wei)許用不(bu)平衡(heng)度(du)（亦稱許用不(bu)平衡(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(you)劣程度(du)的指標。

G=eperω/1000

式(shi)中：G－轉子平衡品(pin)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. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最(zui)小(xiao)可(ke)達剩余不平(ping)衡量(liang)（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. 不平(ping)衡量減少率（URR）

經過一次(ci)平(ping)(ping)衡(heng)校正所減少的不平(ping)(ping)衡(heng)量與(yu)初始不平(ping)(ping)衡(heng)量之比值。它是衡(heng)量平(ping)(ping)衡(heng)機效(xiao)率的性(xing)能指標，以百分數(shu)表示(shi)：

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

U2－一(yi)次平衡(heng)校正(zheng)后的(de)剩余不平衡(heng)量

13. 不平(ping)衡力偶干擾比

單面平衡機抑止不平衡力偶影響(xiang)的性能指標(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

為校驗平衡機性(xing)能而設(she)計(ji)的剛性(xing)轉(zhuan)子。其質(zhi)量(liang)、大小(xiao)、尺寸均(jun)有(you)規(gui)定，分立(li)式(shi)(shi)和臥式(shi)(shi)兩種。立(li)式(shi)(shi)轉(zhuan)子質(zhi)量(liang)為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)(shi)轉(zhuan)子質(zhi)量(liang)為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)從原(yuan)理方(fang)面可以分為(wei)硬支承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)、軟支承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)、半硬支承平衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬支承(cheng)平(ping)衡機是平(ping)衡轉速遠低于(yu)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率的平(ping)衡機。平(ping)衡校驗時(shi)，支承(cheng)擺架(jia)相對處于(yu)“硬”狀態，因(yin)此轉子可以(yi)在接近實際軸(zhou)承(cheng)條件下進行平(ping)衡校正(zheng)。具有操作簡便、安全性能好的特點。

2. 軟支(zhi)(zhi)(zhi)承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機是平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速大(da)于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率(lv)的(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)校驗(yan)時(shi)(shi)，支(zhi)(zhi)(zhi)承擺架相(xiang)對處于“軟”狀態，因此轉子(zi)校驗(yan)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)時(shi)(shi)。支(zhi)(zhi)(zhi)承條(tiao)件與實際軸承工(gong)作條(tiao)件不(bu)同。具有測量(liang)精度高的(de)(de)特點。

3. 半硬(ying)支(zhi)承平衡(heng)機是(shi)平衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參(can)振(zhen)(zhen)系統共振(zhen)(zhen)頻率之間的(de)平衡(heng)機。同時具(ju)有(you)有(you)硬(ying)支(zhi)承平衡(heng)機支(zhi)承剛(gang)度高(gao)的(de)特點，又有(you)軟支(zhi)承平衡(heng)機精(jing)度高(gao)的(de)優點。

平衡(heng)機(ji)從應用方面分可分為立式平衡(heng)機(ji)和臥(wo)式平衡(heng)機(ji)；專用平衡(heng)機(ji)和通用平衡(heng)機(ji)。

臥式平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是被平(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)上(shang)呈(cheng)水平(ping)(ping)狀態(tai)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)或可裝配(pei)工藝軸(zhou)的(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)，如機(ji)床主軸(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)、汽輪機(ji)等等。

立式平衡(heng)機是(shi)被平衡(heng)轉(zhuan)子的旋(xuan)轉(zhuan)軸在平衡(heng)機上呈垂直狀(zhuang)態下的平衡(heng)機。適(shi)用于轉(zhuan)子本身不具轉(zhuan)軸的盤(pan)狀(zhuang)工件如離合器(qi)、齒輪、風扇、壓盤(pan)及(ji)其總成、制動(dong)盤(pan)、風葉、水泵葉輪、汽車(che)飛(fei)輪、剎車(che)轂、皮帶輪、砂輪等盤(pan)類零件。

通(tong)(tong)用(yong)平衡(heng)機是指能對(dui)形(xing)狀和支承形(xing)式比(bi)較(jiao)規則的轉子進行動平衡(heng)的平衡(heng)機。通(tong)(tong)用(yong)平衡(heng)機操(cao)作簡單，效率也較(jiao)高。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)是能對(dui)支承形式和外觀與(yu)一般轉子不(bu)同的(de)(de)轉子進行平(ping)衡(heng)的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)，例如特別針對(dui)發動機(ji)的(de)(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)(de)傳(chuan)動軸(zhou)進行設計的(de)(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。功能專一。  

四. 動平衡加工(gong)的方(fang)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(ji)在(zai)不平衡(heng)方(fang)向去(qu)處一定的重量。常用的方(fang)式有：鏜(tang)削(xue)、鉆(zhan)孔、鑿削(xue)、銑(xian)削(xue)、磨削(xue)等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到(dao)技術的(de)先(xian)進性和經濟上的(de)合(he)理性，國際標(biao)準化(hua)組織(ISO)于1940年制(zhi)定了世界公認的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)等(deng)(deng)級，它將轉子(zi)平(ping)衡(heng)等(deng)(deng)級分為11個級別，每(mei)個級別間以(yi)2.5倍為增量(liang)，從要(yao)求更高的(de)G0.4到(dao)要(yao)求更低的(de)G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡(heng)對于轉子(zi)軸心(xin)(xin)的(de)偏心(xin)(xin)距離。