平衡機的基礎知識
一. 平衡機概述
平衡(heng)機(ji)是測量旋轉物體(轉子)不(bu)平衡(heng)量大(da)小和(he)位置的機(ji)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。酉陽電機轉(zhuan)子、機(ji)床主軸、內燃(ran)機(ji)曲軸、汽(qi)輪機(ji)轉(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)子和鐘表(biao)擺(bai)輪等旋轉(zhuan)零部件在(zai)制(zhi)造過程中(zhong),都需要經(jing)過平衡才能平穩(wen)正常地運轉(zhuan)。
根據平(ping)(ping)衡機(ji)測出的(de)(de)數據對(dui)轉子(zi)(zi)的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)進行校正,可(ke)改善轉子(zi)(zi)相對(dui)于(yu)軸(zhou)線的(de)(de)質量(liang)分布(bu),使轉子(zi)(zi)旋轉時(shi)產(chan)生的(de)(de)振動(dong)或作(zuo)用于(yu)軸(zhou)承上的(de)(de)振動(dong)力減(jian)(jian)少到允許的(de)(de)范圍之內。因此,平(ping)(ping)衡機(ji)是減(jian)(jian)小(xiao)振動(dong)、改善性能和提高質量(liang)的(de)(de)必(bi)不(bu)可(ke)少的(de)(de)設備。
通常,轉子的(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)包括不平衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)測(ce)量和校正(zheng)兩個步驟,平衡(heng)(heng)機主要用(yong)于(yu)不平衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)測(ce)量,而不平衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)校正(zheng)則往往借助(zhu)于(yu)鉆床(chuang)、銑床(chuang)和點焊機等其他輔(fu)助(zhu)設備,或用(yong)手(shou)工方法完成(cheng)。有些(xie)平衡(heng)(heng)機已將校正(zheng)裝置(zhi)做成(cheng)為(wei)平衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)一個部分。
重力式(shi)平衡(heng)(heng)機和(he)離心力式(shi)平衡(heng)(heng)機是(shi)兩類典(dian)型的(de)平衡(heng)(heng)機。
1. 重力式平衡機一(yi)般稱為(wei)靜平衡機。
它是(shi)依賴轉子自身的重力作(zuo)用來測量靜(jing)不平衡的。
置(zhi)(zhi)于兩(liang)根(gen)水平導軌上的轉子(zi)如有(you)不(bu)平衡量,則它對軸線(xian)的重(zhong)力矩使轉子(zi)在導軌上滾動,直至這個不(bu)平衡量處于更(geng)低位(wei)置(zhi)(zhi)時才靜止。
被平(ping)(ping)衡的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)放在(zai)(zai)用靜壓軸承支承的(de)(de)(de)(de)支座(zuo)上,在(zai)(zai)支座(zuo)的(de)(de)(de)(de)下(xia)面(mian)嵌裝(zhuang)一片反(fan)射鏡(jing)。當轉(zhuan)子(zi)不存在(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡量(liang)時(shi),由(you)光(guang)源射出的(de)(de)(de)(de)光(guang)束經此反(fan)射鏡(jing)反(fan)射后,投(tou)射在(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡量(liang)指(zhi)示器的(de)(de)(de)(de)極(ji)坐標(biao)原(yuan)點。如(ru)果轉(zhuan)子(zi)存在(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡量(liang),則轉(zhuan)子(zi)支座(zuo)在(zai)(zai)不平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)(de)重力矩作用下(xia)發生傾(qing)斜,支座(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)(de)反(fan)射鏡(jing)也隨之傾(qing)斜并使反(fan)射出的(de)(de)(de)(de)光(guang)束偏轉(zhuan),這樣光(guang)束投(tou)在(zai)(zai)極(ji)坐標(biao)指(zhi)示器上的(de)(de)(de)(de)光(guang)點便離開原(yuan)點。根據(ju)這個(ge)光(guang)點偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)坐標(biao)位置(zhi),可以得到不平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)(de)(de)(de)大小和位置(zhi)。
重(zhong)力式平衡機僅適(shi)用于某(mou)些平衡要求不高的盤狀零件。對于平衡要求高的轉子,一般采用離心式單(dan)面(mian)或雙面(mian)平衡機。
2. 離心式平衡機
離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)是在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)的(de)(de)(de)狀態下,根據轉(zhuan)子(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)引起(qi)的(de)(de)(de)支(zhi)承(cheng)振動(dong),或作用于(yu)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)振動(dong)力來測(ce)量不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)。其按(an)校(xiao)正平(ping)(ping)(ping)面數量的(de)(de)(de)不(bu)同,可分為單(dan)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)和雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。單(dan)面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)只(zhi)能測(ce)量一(yi)(yi)個(ge)平(ping)(ping)(ping)面上(shang)的(de)(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)),它雖然(ran)是在(zai)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時進行測(ce)量,但(dan)仍屬于(yu)靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)能測(ce)量動(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng),也能分別測(ce)量靜(jing)不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)和偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng),一(yi)(yi)般稱為動(dong)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機(ji)。
離(li)心(xin)力式平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)特性不同(tong),又可分(fen)為(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系統(tong)固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱(cheng)為(wei)軟(ruan)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。這種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)(gang)度(du)小(xiao),傳感(gan)器檢測出的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動位移(yi)成正(zheng)比(bi)。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子一支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)系統(tong)固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱(cheng)為(wei)硬支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji),這種平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)剛(gang)(gang)度(du)大,傳感(gan)器檢測出的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)與支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)振動力成正(zheng)比(bi)。
平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主(zhu)要(yao)性能(neng)(neng)用最小可達剩余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang),和不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)減(jian)少(shao)率兩項綜合指標表示。前(qian)者(zhe)是(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能(neng)(neng)使轉子(zi)達到(dao)的(de)(de)剩余不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)最小值,它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能(neng)(neng)力(li)的(de)(de)指標;后(hou)者(zhe)是(shi)經過一(yi)次校正后(hou)所減(jian)少(shao)的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)與初始不(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)之比,它是(shi)衡(heng)(heng)量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率的(de)(de)指標,一(yi)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。
根據大批量生產(chan)的需要,對(dui)特定的轉子能自動完成平衡(heng)(heng)測量和平衡(heng)(heng)校正的自動平衡(heng)(heng)機,以及平衡(heng)(heng)自動線,現代已大量的裝備在汽車制造(zao)、電機制造(zao)等工(gong)業部門(men)。
二. 平衡機常用(yong)術語(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
為保證旋轉(zhuan)機械正常工(gong)作所允許的(de)轉(zhuan)子剩余不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡量。該指標用不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡度表示時,稱(cheng)為許用不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡度(亦稱(cheng)許用不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡率)。
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)正平面的干擾(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(lie)程度的指標。
G=eperω/1000
式(shi)中(zhong):G-轉子(zi)平衡品質,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μm
11. 最小(xiao)可達(da)剩余不平衡量(liang)(Umar)
最小可(ke)達剩余不平衡量(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)
經過一次(ci)平衡(heng)校正(zheng)所減(jian)少的(de)(de)不平衡(heng)量與初(chu)始不平衡(heng)量之比值。它是衡(heng)量平衡(heng)機效率的(de)(de)性能指標(biao),以(yi)百分數表(biao)示(shi):
URR(%)=(U1-U2)/U1=(1-U2/U1)×100
式中:U1-初始(shi)不平(ping)衡(heng)量
U2-一次平衡(heng)校正(zheng)后的剩余不(bu)平衡(heng)量(liang)
13. 不平衡力偶(ou)干擾比
單面(mian)平衡機抑止不平衡力偶影響的(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(wei)(wei)校(xiao)驗平衡機(ji)性能而設計的剛(gang)性轉子。其質量(liang)(liang)、大小、尺寸均(jun)有規定,分(fen)立(li)式和臥式兩種。立(li)式轉子質量(liang)(liang)為(wei)(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子質量(liang)(liang)為(wei)(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。
三. 平衡機的原理
平衡機從原理方面可以分為硬(ying)支承平衡機、軟支承平衡機、半硬(ying)支承平衡機。
1. 硬支承平(ping)衡(heng)機是(shi)平(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低于參振系統共(gong)振頻(pin)率的平(ping)衡(heng)機。平(ping)衡(heng)校(xiao)驗時,支承擺架相對處于“硬”狀(zhuang)態,因(yin)此轉(zhuan)子(zi)可以在(zai)接近實際軸承條件下進行平(ping)衡(heng)校(xiao)正(zheng)。具有操(cao)作簡便、安全性能好(hao)的特點。
2. 軟支承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)平(ping)衡(heng)轉速大(da)于參振(zhen)系統共振(zhen)頻率(lv)的(de)平(ping)衡(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)校驗時,支承(cheng)擺架相對處于“軟”狀態,因此(ci)轉子(zi)校驗平(ping)衡(heng)時。支承(cheng)條件與實際軸承(cheng)工作(zuo)條件不(bu)同。具有測量精度高的(de)特點(dian)。
3. 半(ban)硬(ying)支承平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉(zhuan)速在0.3~0.5倍(bei)參振系統共振頻率之間的平衡(heng)機(ji)。同(tong)時(shi)具有有硬(ying)支承平衡(heng)機(ji)支承剛度高(gao)的特(te)點(dian),又(you)有軟(ruan)支承平衡(heng)機(ji)精度高(gao)的優點(dian)。
平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從應用方面(mian)分可分為立式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和臥式平(ping)衡(heng)機(ji)(ji);專用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)和通用平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。
臥式平(ping)衡機是被平(ping)衡轉子的旋轉軸在平(ping)衡機上呈水平(ping)狀態的平(ping)衡機。適用于有轉軸或可裝配工藝軸的轉子,如機床(chuang)主軸、滾筒、風機、增壓(ya)器、電機轉子、汽(qi)輪機等等。
立式平(ping)衡(heng)(heng)機是被平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)子的旋(xuan)轉(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)(heng)機上(shang)呈垂直狀態下的平(ping)衡(heng)(heng)機。適用于(yu)轉(zhuan)子本身不具轉(zhuan)軸的盤狀工件如離合器(qi)、齒輪(lun)、風(feng)扇、壓盤及其總(zong)成、制(zhi)動盤、風(feng)葉(xie)、水(shui)泵(beng)葉(xie)輪(lun)、汽車飛輪(lun)、剎車轂、皮(pi)帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤類零件。
通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形狀和(he)支承形式比較規(gui)則的轉子(zi)進行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通(tong)用(yong)平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡單,效率也較高。
專用平衡機是能對(dui)支承形式(shi)和外(wai)觀與一般轉(zhuan)子不(bu)同(tong)的轉(zhuan)子進行平衡的平衡機,例(li)如特(te)別針對(dui)發動(dong)機的曲(qu)軸,汽車(che)的傳動(dong)軸進行設計的平衡機。功(gong)能專一。
四(si). 動(dong)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
即在(zai)不平(ping)衡方(fang)向(xiang)去處一(yi)定(ding)的重(zhong)量(liang)。常用的方(fang)式有:鏜削(xue)、鉆(zhan)孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨(mo)削(xue)等。
五. 平衡精度等級
考慮到技術的(de)(de)(de)先進性(xing)和經濟(ji)上的(de)(de)(de)合理性(xing),國際標準(zhun)化組(zu)織(zhi)(ISO)于(yu)1940年制定了世界公認的(de)(de)(de)ISO1940平衡(heng)(heng)等級(ji),它將轉子(zi)平衡(heng)(heng)等級(ji)分為(wei)11個級(ji)別,每(mei)個級(ji)別間以(yi)2.5倍為(wei)增量,從要(yao)求(qiu)更(geng)(geng)高的(de)(de)(de)G0.4到要(yao)求(qiu)更(geng)(geng)低的(de)(de)(de)G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg),代表不平衡(heng)(heng)對于(yu)轉子(zi)軸心的(de)(de)(de)偏心距(ju)離(li)。