平衡機的基礎知識
一. 平衡機概述
平(ping)(ping)衡機是(shi)測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不平(ping)(ping)衡量大小和位(wei)置的(de)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。中山電機轉(zhuan)子(zi)(zi)、機(ji)床主(zhu)軸、內(nei)燃機(ji)曲(qu)軸、汽輪機(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)、陀螺轉(zhuan)子(zi)(zi)和鐘(zhong)表擺輪等(deng)旋轉(zhuan)零部件在制造過程中,都需要經(jing)過平(ping)衡才能平(ping)穩正常地運轉(zhuan)。
根據(ju)平(ping)(ping)衡機(ji)測出(chu)的(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)不平(ping)(ping)衡量進行校正,可改善(shan)轉(zhuan)子(zi)相對于(yu)(yu)軸線(xian)的(de)(de)質(zhi)量分布,使轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時(shi)產生的(de)(de)振動(dong)或作用(yong)于(yu)(yu)軸承上的(de)(de)振動(dong)力減(jian)少到(dao)允許的(de)(de)范圍之內。因此,平(ping)(ping)衡機(ji)是(shi)減(jian)小振動(dong)、改善(shan)性(xing)能和提高質(zhi)量的(de)(de)必(bi)不可少的(de)(de)設(she)備。
通常,轉子的(de)平(ping)(ping)衡包括不平(ping)(ping)衡量的(de)測(ce)量和校正(zheng)兩個步驟,平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)主要用(yong)于(yu)不平(ping)(ping)衡量的(de)測(ce)量,而不平(ping)(ping)衡量的(de)校正(zheng)則往(wang)往(wang)借助于(yu)鉆床、銑床和點焊(han)機(ji)(ji)等其(qi)他輔(fu)助設備,或用(yong)手工方法完成(cheng)。有些平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)已將校正(zheng)裝置做成(cheng)為平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)的(de)一個部分。
重力式平(ping)衡機和離(li)心力式平(ping)衡機是兩類(lei)典型的平(ping)衡機。
1. 重(zhong)力式(shi)平衡(heng)(heng)機(ji)一般稱為靜平衡(heng)(heng)機(ji)。
它是依賴轉子(zi)自身(shen)的重力作用來(lai)測量靜不平衡的。
置(zhi)于兩(liang)根水平(ping)導軌(gui)上的轉(zhuan)子如有不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang),則它對軸線的重(zhong)力矩使轉(zhuan)子在導軌(gui)上滾動(dong),直至(zhi)這個不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)處于更(geng)低(di)位置(zhi)時(shi)才(cai)靜(jing)止。
被平(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)轉子放在用靜(jing)壓軸(zhou)承支(zhi)承的(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上(shang),在支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)下面嵌裝一(yi)片反射(she)(she)鏡(jing)。當轉子不存(cun)在不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)時,由光(guang)源(yuan)射(she)(she)出的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)經此反射(she)(she)鏡(jing)反射(she)(she)后(hou),投射(she)(she)在不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)指示(shi)器的(de)(de)(de)極坐(zuo)(zuo)標(biao)原點。如果轉子存(cun)在不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang),則轉子支(zhi)座(zuo)在不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)重力矩作用下發生傾(qing)斜(xie),支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)反射(she)(she)鏡(jing)也(ye)隨之傾(qing)斜(xie)并使反射(she)(she)出的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)偏轉,這樣光(guang)束(shu)投在極坐(zuo)(zuo)標(biao)指示(shi)器上(shang)的(de)(de)(de)光(guang)點便離開原點。根據這個光(guang)點偏轉的(de)(de)(de)坐(zuo)(zuo)標(biao)位置,可以得到不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)的(de)(de)(de)大小和(he)位置。
重力(li)式平衡機僅適用于某些(xie)平衡要(yao)求不高(gao)的盤狀零件。對于平衡要(yao)求高(gao)的轉(zhuan)子,一般采用離心式單面或雙面平衡機。
2. 離心式平衡機
離心式平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)在轉子旋轉的(de)(de)狀(zhuang)態下,根據轉子不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)引(yin)起的(de)(de)支承(cheng)振動,或作用于支承(cheng)的(de)(de)振動力來測量(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)。其(qi)按(an)校正平(ping)(ping)(ping)面數量(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)同,可分為單面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只能(neng)測量(liang)一個(ge)平(ping)(ping)(ping)面上的(de)(de)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)),它雖然是(shi)在轉子旋轉時進行測量(liang),但仍屬于靜(jing)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能(neng)測量(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng),也能(neng)分別測量(liang)靜(jing)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng),一般稱為動平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。
離心(xin)力(li)式平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特(te)性不同,又可分(fen)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機和硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速高于轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻率的(de)(de)(de)(de)(de)稱為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機。這種平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度小,傳感器(qi)檢測(ce)出的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)振動位移成正比。平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速低於轉子一支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系統固有頻率的(de)(de)(de)(de)(de)稱為硬支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機,這種平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛(gang)度大(da),傳感器(qi)檢測(ce)出的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)振動力(li)成正比。
平(ping)衡(heng)機的(de)主(zhu)要性能(neng)用(yong)最(zui)小可(ke)達(da)剩(sheng)(sheng)余不平(ping)衡(heng)量(liang),和不平(ping)衡(heng)量(liang)減(jian)少率兩項綜(zong)合指(zhi)標表示。前者是(shi)平(ping)衡(heng)機能(neng)使轉(zhuan)子達(da)到的(de)剩(sheng)(sheng)余不平(ping)衡(heng)量(liang)的(de)最(zui)小值,它是(shi)衡(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)機更高平(ping)衡(heng)能(neng)力的(de)指(zhi)標;后者是(shi)經過一(yi)次(ci)校(xiao)正后所減(jian)少的(de)不平(ping)衡(heng)量(liang)與初始不平(ping)衡(heng)量(liang)之比,它是(shi)衡(heng)量(liang)平(ping)衡(heng)效率的(de)指(zhi)標,一(yi)般用(yong)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(gen)據大批量(liang)(liang)生產的(de)需要,對特定(ding)的(de)轉子能(neng)自動(dong)完成平(ping)衡(heng)測量(liang)(liang)和平(ping)衡(heng)校正的(de)自動(dong)平(ping)衡(heng)機,以(yi)及(ji)平(ping)衡(heng)自動(dong)線,現代已(yi)大量(liang)(liang)的(de)裝備在汽車制造、電機制造等(deng)工(gong)業(ye)部門。
二. 平衡機常用術語解釋
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(xuan)轉機(ji)械(xie)正(zheng)常工(gong)作(zuo)所(suo)允許(xu)的轉子(zi)剩(sheng)余不(bu)平衡量。該指標(biao)用不(bu)平衡度(du)(du)表示(shi)時(shi),稱(cheng)為許(xu)用不(bu)平衡度(du)(du)(亦稱(cheng)許(xu)用不(bu)平衡率)。
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. 校正平面的干(gan)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(liang)轉子平衡優劣程度(du)的(de)指標。
G=eperω/1000
式(shi)中:G-轉(zhuan)子平衡品質,單(dan)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. 最小可達剩(sheng)余不平衡量(Umar)
最小可達剩余(yu)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. 不平衡量減(jian)少率(lv)(URR)
經(jing)過一(yi)次平(ping)(ping)(ping)衡(heng)校正所減少的(de)不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量與初(chu)始不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)量之比值。它是衡(heng)量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機效率的(de)性能(neng)指標,以百分數表示:
URR(%)=(U1-U2)/U1=(1-U2/U1)×100
式中:U1-初始不(bu)平衡量
U2-一次平衡(heng)(heng)校正后的剩余(yu)不平衡(heng)(heng)量
13. 不(bu)平衡力偶干擾比
單面平衡機抑止不(bu)平衡力(li)偶影(ying)響的性(xing)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(yan)平衡機性(xing)能(neng)而(er)設計的剛(gang)性(xing)轉子(zi)。其質量、大小、尺寸均(jun)有規定,分(fen)立(li)式和臥(wo)式兩(liang)種(zhong)。立(li)式轉子(zi)質量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥(wo)式轉子(zi)質量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。
三. 平衡機的原理
平衡(heng)機從(cong)原理方面可(ke)以分為硬(ying)支承(cheng)(cheng)平衡(heng)機、軟支承(cheng)(cheng)平衡(heng)機、半硬(ying)支承(cheng)(cheng)平衡(heng)機。
1. 硬(ying)支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)機是平衡(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)參振(zhen)系(xi)統共(gong)振(zhen)頻率的平衡(heng)機。平衡(heng)校驗時,支(zhi)承(cheng)(cheng)擺架相對(dui)處于(yu)“硬(ying)”狀態(tai),因此轉(zhuan)子可以在接近(jin)實際軸承(cheng)(cheng)條(tiao)件下進行平衡(heng)校正(zheng)。具有操(cao)作簡便、安全性能好的特點。
2. 軟支承平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉速(su)大于參振(zhen)系統共(gong)振(zhen)頻(pin)率的平(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)衡(heng)校驗時(shi),支承擺架相對處于“軟”狀(zhuang)態(tai),因(yin)此(ci)轉子校驗平(ping)(ping)衡(heng)時(shi)。支承條件(jian)與實際(ji)軸承工作條件(jian)不(bu)同。具有測量精度(du)高的特點。
3. 半硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機是平衡(heng)轉(zhuan)速(su)在0.3~0.5倍參振系統共振頻率(lv)之間的平衡(heng)機。同時具(ju)有(you)有(you)硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機支(zhi)承(cheng)剛度(du)高的特點,又有(you)軟支(zhi)承(cheng)平衡(heng)機精度(du)高的優點。
平(ping)(ping)衡機(ji)從應(ying)用(yong)(yong)方(fang)面分可(ke)分為(wei)立(li)式平(ping)(ping)衡機(ji)和臥式平(ping)(ping)衡機(ji);專(zhuan)用(yong)(yong)平(ping)(ping)衡機(ji)和通用(yong)(yong)平(ping)(ping)衡機(ji)。
臥式平(ping)衡(heng)機(ji)是被(bei)平(ping)衡(heng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)的旋轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)在(zai)平(ping)衡(heng)機(ji)上呈水(shui)平(ping)狀態(tai)的平(ping)衡(heng)機(ji)。適用于有轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)(zhou)或可裝配(pei)工藝軸(zhou)(zhou)的轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi),如(ru)機(ji)床主軸(zhou)(zhou)、滾筒、風機(ji)、增壓器、電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)、汽(qi)輪機(ji)等等。
立式平(ping)衡(heng)機是被平(ping)衡(heng)轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在平(ping)衡(heng)機上呈垂直(zhi)狀態下的平(ping)衡(heng)機。適用于(yu)轉(zhuan)子本身不具轉(zhuan)軸的盤(pan)(pan)(pan)狀工件如離(li)合器、齒輪、風扇、壓(ya)盤(pan)(pan)(pan)及其總成、制動(dong)盤(pan)(pan)(pan)、風葉(xie)、水泵葉(xie)輪、汽(qi)車(che)飛輪、剎車(che)轂、皮(pi)帶輪、砂輪等盤(pan)(pan)(pan)類零件。
通(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)是指能對形(xing)狀和支(zhi)承形(xing)式比較規則的轉子(zi)進(jin)行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機(ji)。通(tong)用平(ping)衡(heng)機(ji)操作簡(jian)單,效(xiao)率也較高。
專(zhuan)用平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是能對支承形式和外觀與一般轉子不(bu)同的(de)轉子進(jin)行(xing)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji),例(li)如特別(bie)針對發動機(ji)(ji)的(de)曲軸,汽車(che)的(de)傳動軸進(jin)行(xing)設(she)計的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。功能專(zhuan)一。
四. 動平衡加工的(de)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
即在不(bu)平衡(heng)方向(xiang)去處一(yi)定的(de)重(zhong)量。常用的(de)方式有(you):鏜削(xue)、鉆孔、鑿削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)等。
五. 平衡精度等級
考慮到技(ji)術的(de)(de)先(xian)進性(xing)(xing)和經濟上的(de)(de)合理性(xing)(xing),國際標準(zhun)化組織(ISO)于1940年制定了世界公認(ren)的(de)(de)ISO1940平(ping)衡等(deng)(deng)級,它將轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡等(deng)(deng)級分為11個級別(bie),每(mei)個級別(bie)間以(yi)2.5倍為增量,從要求更高的(de)(de)G0.4到要求更低的(de)(de)G4000。單位為公克×毫米/公斤(jin)(gmm/kg),代表不平(ping)衡對(dui)于轉(zhuan)子(zi)軸心的(de)(de)偏(pian)心距離(li)。