平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測(ce)量旋轉物體(轉子)不(bu)平(ping)衡(heng)量大小和(he)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。渝北電機轉(zhuan)(zhuan)子、機床主(zhu)軸(zhou)、內(nei)燃機曲(qu)軸(zhou)、汽輪機轉(zhuan)(zhuan)子、陀螺轉(zhuan)(zhuan)子和鐘表(biao)擺輪等(deng)旋轉(zhuan)(zhuan)零部件在制(zhi)造過(guo)程中，都需要經過(guo)平衡才能平穩正(zheng)常地運轉(zhuan)(zhuan)。

根據平(ping)衡機測出的(de)數據對轉(zhuan)子(zi)的(de)不(bu)(bu)平(ping)衡量進行校(xiao)正，可改善轉(zhuan)子(zi)相(xiang)對于(yu)軸線的(de)質量分布，使(shi)轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)(zhen)動或(huo)作用于(yu)軸承上的(de)振(zhen)(zhen)動力減(jian)少(shao)到允許的(de)范圍之內。因此(ci)，平(ping)衡機是減(jian)小振(zhen)(zhen)動、改善性能和提高質量的(de)必不(bu)(bu)可少(shao)的(de)設備。

通常，轉(zhuan)子(zi)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)包括不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)測量(liang)和(he)(he)校(xiao)正兩(liang)個(ge)步驟，平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)主要(yao)用于不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)測量(liang)，而不平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)的(de)校(xiao)正則往往借助(zhu)于鉆(zhan)床、銑床和(he)(he)點焊機(ji)等其(qi)他輔助(zhu)設(she)備(bei)，或用手工方法完(wan)成。有些(xie)平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)已(yi)將(jiang)校(xiao)正裝置做成為平(ping)(ping)衡(heng)機(ji)的(de)一個(ge)部(bu)分。

重(zhong)力式平(ping)衡機和(he)離心力式平(ping)衡機是兩類(lei)典型的平(ping)衡機。

1. 重力式平(ping)衡機一般稱(cheng)為靜平(ping)衡機。

它是依賴轉子自身的重力作用來測量靜不平衡的。

置于兩根水平(ping)導軌上的(de)(de)轉子(zi)如有不(bu)平(ping)衡量，則(ze)它(ta)對軸(zhou)線的(de)(de)重(zhong)力矩使(shi)轉子(zi)在導軌上滾(gun)動，直至(zhi)這個不(bu)平(ping)衡量處于更低位置時才靜(jing)止。

被平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)轉子放在用靜壓軸(zhou)承支(zhi)(zhi)承的(de)(de)支(zhi)(zhi)座(zuo)上(shang)，在支(zhi)(zhi)座(zuo)的(de)(de)下(xia)(xia)面嵌裝(zhuang)一片反射(she)(she)(she)(she)鏡。當轉子不(bu)存(cun)在不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量時，由光(guang)源射(she)(she)(she)(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)束(shu)經此反射(she)(she)(she)(she)鏡反射(she)(she)(she)(she)后，投(tou)射(she)(she)(she)(she)在不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量指示器的(de)(de)極坐(zuo)標(biao)(biao)原點。如果轉子存(cun)在不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量，則轉子支(zhi)(zhi)座(zuo)在不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)重力矩作用下(xia)(xia)發生(sheng)傾斜，支(zhi)(zhi)座(zuo)下(xia)(xia)的(de)(de)反射(she)(she)(she)(she)鏡也(ye)隨之傾斜并使反射(she)(she)(she)(she)出(chu)的(de)(de)光(guang)束(shu)偏轉，這樣光(guang)束(shu)投(tou)在極坐(zuo)標(biao)(biao)指示器上(shang)的(de)(de)光(guang)點便離(li)開原點。根據這個光(guang)點偏轉的(de)(de)坐(zuo)標(biao)(biao)位置(zhi)，可以得到(dao)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量的(de)(de)大(da)小和(he)位置(zhi)。

重力式平衡(heng)機僅適(shi)用(yong)于某些(xie)平衡(heng)要(yao)求不(bu)高的盤(pan)狀零件。對于平衡(heng)要(yao)求高的轉子，一(yi)般采用(yong)離(li)心式單面(mian)或雙面(mian)平衡(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是(shi)在(zai)轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)的(de)狀態下，根據轉(zhuan)子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的(de)支承振(zhen)動，或(huo)作用(yong)于(yu)(yu)支承的(de)振(zhen)動力(li)來測(ce)量不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正(zheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)數量的(de)不(bu)(bu)同，可分為單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只能測(ce)量一個(ge)平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)上的(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖然是(shi)在(zai)轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)時進行測(ce)量，但(dan)仍屬(shu)于(yu)(yu)靜(jing)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能測(ce)量動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也能分別測(ce)量靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)按支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)特(te)性(xing)不同，又可分(fen)為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)和硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速高于(yu)轉子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)(tong)固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)軟支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)。這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)小，傳感器檢測出(chu)的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動位(wei)移(yi)成(cheng)正(zheng)比。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)系(xi)統(tong)(tong)固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)稱為(wei)硬支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)，這(zhe)種平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)(ji)的(de)(de)支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)剛(gang)度(du)大，傳感器檢測出(chu)的(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的(de)(de)振動力成(cheng)正(zheng)比。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)的主(zhu)要性能(neng)(neng)用最(zui)小可達(da)剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)減少率兩(liang)項綜合指(zhi)標(biao)表(biao)示。前(qian)者是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)(neng)使轉子達(da)到的剩(sheng)余(yu)不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)的最(zui)小值，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)更高平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)能(neng)(neng)力(li)的指(zhi)標(biao)；后者是經(jing)過一次校正后所(suo)減少的不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)與初始不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它(ta)是衡(heng)(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)效(xiao)率的指(zhi)標(biao)，一般(ban)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。
  根據大批(pi)量(liang)生產的(de)需(xu)要，對特定的(de)轉子能自動完成(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)測量(liang)和平(ping)(ping)衡(heng)校正的(de)自動平(ping)(ping)衡(heng)機，以及平(ping)(ping)衡(heng)自動線，現代已大量(liang)的(de)裝備在汽車(che)制(zhi)造(zao)、電機制(zhi)造(zao)等工業部門。

二. 平(ping)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

為保證旋轉(zhuan)機(ji)械(xie)正(zheng)常(chang)工作所允許的轉(zhuan)子(zi)剩余不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)量。該指標用不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)度(du)表示時(shi)，稱為許用不(bu)平(ping)(ping)衡(heng)度(du)（亦稱許用不(bu)平(ping)(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(gan)擾（相(xiang)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(heng)量轉子平衡(heng)優劣程度(du)的指標(biao)。

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(wei)：gmm/kg或μm

11. 最小可達剩余不平衡量（Umar）

最小可達(da)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. 不平衡(heng)量減少(shao)率（URR）

經過一(yi)次(ci)平(ping)(ping)(ping)衡校正所減(jian)少的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)與(yu)初(chu)始(shi)不平(ping)(ping)(ping)衡量(liang)之(zhi)比值(zhi)。它是衡量(liang)平(ping)(ping)(ping)衡機效(xiao)率的(de)性能指(zhi)標(biao)，以百分數表示：

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

U2－一次平(ping)衡校正后的(de)剩余不平(ping)衡量

13. 不(bu)平衡力偶干擾比(bi)

單面平(ping)衡機抑止不平(ping)衡力偶(ou)影響的性能指標。

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(xing)能而設計的剛性(xing)轉子(zi)。其質量、大小(xiao)、尺寸均有(you)規定，分(fen)立式和臥式兩種。立式轉子(zi)質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉子(zi)質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡機從原理方面(mian)可以分為硬(ying)支承平(ping)衡機、軟(ruan)支承平(ping)衡機、半硬(ying)支承平(ping)衡機。

1. 硬(ying)支承平衡(heng)機(ji)是平衡(heng)轉速遠低于參振系(xi)統(tong)共振頻率的平衡(heng)機(ji)。平衡(heng)校(xiao)驗時，支承擺架相(xiang)對處于“硬(ying)”狀態，因(yin)此轉子可以在接近(jin)實際(ji)軸承條件下進行平衡(heng)校(xiao)正。具有操作簡便、安全性能好的特點。

2. 軟支承(cheng)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉速大(da)于(yu)參振系統共振頻率(lv)的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)校驗(yan)時(shi)，支承(cheng)擺(bai)架相對處(chu)于(yu)“軟”狀態，因此轉子校驗(yan)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)時(shi)。支承(cheng)條件與實際軸承(cheng)工作條件不(bu)同。具(ju)有測(ce)量精度高的特點。

3. 半(ban)硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機是平(ping)衡轉速在0.3~0.5倍(bei)參振(zhen)系統共振(zhen)頻率之間的平(ping)衡機。同時具有(you)有(you)硬(ying)支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機支(zhi)承(cheng)剛度高(gao)(gao)的特點，又有(you)軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡機精度高(gao)(gao)的優點。

平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)從應用方面(mian)分可分為立式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和(he)臥式(shi)(shi)平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)；專用平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)和(he)通用平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。

臥式平(ping)衡(heng)機是(shi)被(bei)平(ping)衡(heng)轉子(zi)(zi)的(de)(de)旋轉軸在平(ping)衡(heng)機上呈水平(ping)狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)平(ping)衡(heng)機。適用于有轉軸或可裝配工藝軸的(de)(de)轉子(zi)(zi)，如機床主軸、滾筒、風機、增壓器、電(dian)機轉子(zi)(zi)、汽輪機等等。

立式(shi)平(ping)衡(heng)機是(shi)被(bei)平(ping)衡(heng)轉子的旋轉軸在(zai)平(ping)衡(heng)機上呈(cheng)垂直狀態下(xia)的平(ping)衡(heng)機。適用于(yu)轉子本身不(bu)具轉軸的盤(pan)狀工件如離(li)合(he)器(qi)、齒(chi)輪(lun)、風(feng)扇、壓盤(pan)及(ji)其(qi)總成、制(zhi)動(dong)盤(pan)、風(feng)葉(xie)、水泵葉(xie)輪(lun)、汽(qi)車飛輪(lun)、剎車轂(gu)、皮帶輪(lun)、砂輪(lun)等盤(pan)類零(ling)件。

通(tong)用(yong)平(ping)衡機(ji)是指能(neng)對形狀和(he)支承形式比較(jiao)規則的(de)轉(zhuan)子進行動平(ping)衡的(de)平(ping)衡機(ji)。通(tong)用(yong)平(ping)衡機(ji)操作簡單，效(xiao)率也(ye)較(jiao)高。

專用平(ping)衡(heng)機(ji)是能對支承形式和(he)外觀與一(yi)般轉子不同的轉子進行平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)，例如特(te)別(bie)針對發動(dong)機(ji)的曲軸(zhou)，汽車的傳動(dong)軸(zhou)進行設計的平(ping)衡(heng)機(ji)。功能專一(yi)。  

四. 動平衡(heng)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)衡方向去處一定的(de)重(zhong)量。常用的(de)方式有：鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨(mo)削(xue)等(deng)。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術的先進性(xing)(xing)和(he)經濟上的合理性(xing)(xing)，國際標準化組(zu)織(ISO)于1940年制(zhi)定了世(shi)界公認的ISO1940平(ping)衡等(deng)級，它將轉(zhuan)子平(ping)衡等(deng)級分為(wei)11個級別(bie)，每(mei)個級別(bie)間以2.5倍為(wei)增(zeng)量，從要求更高的G0.4到要求更低的G4000。單位為(wei)公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)衡對(dui)于轉(zhuan)子軸心的偏心距離(li)。