平衡機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

一. 平衡機(jī)概述

平衡機(jī)是測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體(轉(zhuǎn)子)不平衡量大小和位置的機(jī)器掘宪。

任何轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于相對(duì)于軸線的質(zhì)量分布不均勻而產(chǎn)生離心力刀疙。這種不平衡離心力作用在轉(zhuǎn)子軸承上會(huì)引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損扫倡，以致嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和壽命谦秧。遼陽(yáng)電機(jī)轉(zhuǎn)子、機(jī)床主軸撵溃、內(nèi)燃機(jī)曲軸疚鲤、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、陀螺轉(zhuǎn)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuǎn)零部件在制造過程中，都需要經(jīng)過平衡才能平穩(wěn)正常地運(yùn)轉(zhuǎn)溢扳。

根據(jù)平衡機(jī)測(cè)出的數(shù)據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)子的不平衡量進(jìn)行校正炸笋，可改善轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸線的質(zhì)量分布，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)或作用于軸承上的振動(dòng)力減少到允許的范圍之內(nèi)祠乔。因此地毁，平衡機(jī)是減小振動(dòng)、改善性能和提高質(zhì)量的必不可少的設(shè)備橱序。

通常唠延，轉(zhuǎn)子的平衡包括不平衡量的測(cè)量和校正兩個(gè)步驟，平衡機(jī)主要用于不平衡量的測(cè)量疫橘，而不平衡量的校正則往往借助于鉆床袜簇、銑床和點(diǎn)焊機(jī)等其他輔助設(shè)備，或用手工方法完成锯帚。有些平衡機(jī)已將校正裝置做成為平衡機(jī)的一個(gè)部分钢墩。

重力式平衡機(jī)和離心力式平衡機(jī)是兩類典型的平衡機(jī)。

1. 重力式平衡機(jī)一般稱為靜平衡機(jī)楞播。

它是依賴轉(zhuǎn)子自身的重力作用來(lái)測(cè)量靜不平衡的用押。

置于兩根水平導(dǎo)軌上的轉(zhuǎn)子如有不平衡量，則它對(duì)軸線的重力矩使轉(zhuǎn)子在導(dǎo)軌上滾動(dòng)靶剑，直至這個(gè)不平衡量處于更低位置時(shí)才靜止蜻拨。

被平衡的轉(zhuǎn)子放在用靜壓軸承支承的支座上，在支座的下面嵌裝一片反射鏡桩引。當(dāng)轉(zhuǎn)子不存在不平衡量時(shí)缎讼，由光源射出的光束經(jīng)此反射鏡反射后，投射在不平衡量指示器的極坐標(biāo)原點(diǎn)坑匠。如果轉(zhuǎn)子存在不平衡量血崭，則轉(zhuǎn)子支座在不平衡量的重力矩作用下發(fā)生傾斜，支座下的反射鏡也隨之傾斜并使反射出的光束偏轉(zhuǎn)厘灼，這樣光束投在極坐標(biāo)指示器上的光點(diǎn)便離開原點(diǎn)夹纫。根據(jù)這個(gè)光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)的坐標(biāo)位置，可以得到不平衡量的大小和位置设凹。

重力式平衡機(jī)僅適用于某些平衡要求不高的盤狀零件舰讹。對(duì)于平衡要求高的轉(zhuǎn)子，一般采用離心式單面或雙面平衡機(jī)闪朱。

2. 離心式平衡機(jī)

離心式平衡機(jī)是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下螟衍，根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡引起的支承振動(dòng)，或作用于支承的振動(dòng)力來(lái)測(cè)量不平衡冕泡。其按校正平面數(shù)量的不同佩捎，可分為單面平衡機(jī)和雙面平衡機(jī)缚迟。單面平衡機(jī)只能測(cè)量一個(gè)平面上的不平衡(靜不平衡)，它雖然是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行測(cè)量卸窿，但仍屬于靜平衡機(jī)腻酱。雙面平衡機(jī)能測(cè)量動(dòng)不平衡，也能分別測(cè)量靜不平衡和偶不平衡唐肩，一般稱為動(dòng)平衡機(jī)烧歹。

離心力式平衡機(jī)按支承特性不同，又可分為軟支承平衡機(jī)和硬支承平衡機(jī)穗掘。平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)固有頻率的稱為軟支承平衡機(jī)霸拦。這種平衡機(jī)的支承剛度小，傳感器檢測(cè)出的信號(hào)與支承的振動(dòng)位移成正比称啸。平衡轉(zhuǎn)速低於轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)固有頻率的稱為硬支承平衡機(jī)屏疗，這種平衡機(jī)的支承剛度大，傳感器檢測(cè)出的信號(hào)與支承的振動(dòng)力成正比澜术。

平衡機(jī)的主要性能用最小可達(dá)剩余不平衡量艺蝴，和不平衡量減少率兩項(xiàng)綜合指標(biāo)表示。前者是平衡機(jī)能使轉(zhuǎn)子達(dá)到的剩余不平衡量的最小值鸟废，它是衡量平衡機(jī)更高平衡能力的指標(biāo)猜敢；后者是經(jīng)過一次校正后所減少的不平衡量與初始不平衡量之比，它是衡量平衡效率的指標(biāo)盒延，一般用百分?jǐn)?shù)表示缩擂。

在現(xiàn)代機(jī)械中，由于撓性轉(zhuǎn)子的廣泛應(yīng)用添寺，人們研制出了撓性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)胯盯。這類平衡機(jī)必須在轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速；除能測(cè)量支承的振動(dòng)或振動(dòng)力外计露，還能測(cè)量轉(zhuǎn)子的撓曲變形博脑。撓性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)有時(shí)安裝在真空防護(hù)室內(nèi)，以適合汽輪機(jī)之類轉(zhuǎn)子的平衡票罐，它配備有抽真空系統(tǒng)趋厉、潤(rùn)滑系統(tǒng)、潤(rùn)滑油除氣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等龐大的輔助設(shè)備燕瞭。
  根據(jù)大批量生產(chǎn)的需要，對(duì)特定的轉(zhuǎn)子能自動(dòng)完成平衡測(cè)量和平衡校正的自動(dòng)平衡機(jī)欣骏，以及平衡自動(dòng)線黎困，現(xiàn)代已大量的裝備在汽車制造、電機(jī)制造等工業(yè)部門耽晦。

二. 平衡機(jī)常用術(shù)語(yǔ)解釋

1. 不平衡量

轉(zhuǎn)子某平面上不平衡量的量值大小斧呆，不涉及不平衡的角度位置诊势。它等于不平衡質(zhì)量和其質(zhì)心至轉(zhuǎn)子 軸線的乘積，不平衡量單位是gmm或者gcm质圾，俗稱“重徑積”荔闭。
2. 不平衡相位

轉(zhuǎn)子某平面上的不平衡質(zhì)量相對(duì)于給定極坐標(biāo)的角度值。
3. 不平衡度

轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量棋蒂，單位是gmm/kg毒沥。在靜不平衡時(shí)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心距，單位為μm拗疯。
4. 初始不平衡量

平衡前轉(zhuǎn)子上存在的不平衡量擒蝎。
5. 許用不平衡量

為保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械正常工作所允許的轉(zhuǎn)子剩余不平衡量。該指標(biāo)用不平衡度表示時(shí)消玄，稱為許用不平衡度（亦稱許用不平衡率）跟伏。

6. 剩余不平衡量

平衡校正后轉(zhuǎn)子上的剩余不平衡量。
7. 校正半徑

校正平面上校正質(zhì)量的質(zhì)心到轉(zhuǎn)子軸線的距離翩瓜，一般用mm表示受扳。
8. 校正平面的干擾（相互影響）

在給定轉(zhuǎn)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(jī)指示值的改變（有時(shí)稱為平面分離影響）
9. 轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)

衡量轉(zhuǎn)子平衡優(yōu)劣程度的指標(biāo)。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)兔跌，單位mm/s勘高。

          從G0.4-G4000分11級(jí)。
          eper－轉(zhuǎn)子允許的不平衡率gmm/kg或轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心距μm
          ω－相應(yīng)于轉(zhuǎn)子更高工作轉(zhuǎn)速的角速度＝2πn/60≈n/10浮定，n為轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速r/min
10. 轉(zhuǎn)子單位質(zhì)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(dá)剩余不平衡量（Umar）

最小可達(dá)剩余不平衡量（Umar）相满。單位是gmm。

其意義是指平衡機(jī)能使轉(zhuǎn)子達(dá)到的剩余不平衡量的最小值桦卒。是衡量平衡機(jī)更高平衡能力的性能指標(biāo)立美。當(dāng)該指標(biāo)用不平衡度表示時(shí)，稱為最小可達(dá)剩余不平衡度方灾。（單位gmm/kg）
12. 不平衡量減少率（URR）

經(jīng)過一次平衡校正所減少的不平衡量與初始不平衡量之比值建蹄。它是衡量平衡機(jī)效率的性能指標(biāo)，以百分?jǐn)?shù)表示：

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

U2－一次平衡校正后的剩余不平衡量

13. 不平衡力偶干擾比

單面平衡機(jī)抑止不平衡力偶影響的性能指標(biāo)播托。

轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量饿严，單位是gmm/kg。在靜不平衡時(shí)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心距丙藤，單位為μm缓墅。
14. 校驗(yàn)轉(zhuǎn)子

為校驗(yàn)平衡機(jī)性能而設(shè)計(jì)的剛性轉(zhuǎn)子。其質(zhì)量窘螃、大小挑单、尺寸均有規(guī)定，分立式和臥式兩種册向。立式轉(zhuǎn)子質(zhì)量為1.1唾莲、3.5避揍、11、35瘩此、110 kg蔓嚷。臥式轉(zhuǎn)子質(zhì)量為0.5、1.6愧理、5雕蔽。16、50奕污、160萎羔、500kg。

三. 平衡機(jī)的原理

平衡機(jī)從原理方面可以分為硬支承平衡機(jī)碳默、軟支承平衡機(jī)贾陷、半硬支承平衡機(jī)。

1. 硬支承平衡機(jī)是平衡轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于參振系統(tǒng)共振頻率的平衡機(jī)嘱根。平衡校驗(yàn)時(shí)髓废，支承擺架相對(duì)處于“硬”狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)子可以在接近實(shí)際軸承條件下進(jìn)行平衡校正该抒。具有操作簡(jiǎn)便慌洪、安全性能好的特點(diǎn)。

2. 軟支承平衡機(jī)是平衡轉(zhuǎn)速大于參振系統(tǒng)共振頻率的平衡機(jī)凑保。平衡校驗(yàn)時(shí)冈爹，支承擺架相對(duì)處于“軟”狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)子校驗(yàn)平衡時(shí)欧引。支承條件與實(shí)際軸承工作條件不同枪蜕。具有測(cè)量精度高的特點(diǎn)。

3. 半硬支承平衡機(jī)是平衡轉(zhuǎn)速在0.3~0.5倍參振系統(tǒng)共振頻率之間的平衡機(jī)迈招。同時(shí)具有有硬支承平衡機(jī)支承剛度高的特點(diǎn)农泊，又有軟支承平衡機(jī)精度高的優(yōu)點(diǎn)。

平衡機(jī)從應(yīng)用方面分可分為立式平衡機(jī)和臥式平衡機(jī)缘赋；專用平衡機(jī)和通用平衡機(jī)碰蚂。

臥式平衡機(jī)是被平衡轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸在平衡機(jī)上呈水平狀態(tài)的平衡機(jī)。適用于有轉(zhuǎn)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuǎn)子誓胆，如機(jī)床主軸竣楼、滾筒、風(fēng)機(jī)庸飘、增壓器穿汽、電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)等等觉浦。

立式平衡機(jī)是被平衡轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸在平衡機(jī)上呈垂直狀態(tài)下的平衡機(jī)题束。適用于轉(zhuǎn)子本身不具轉(zhuǎn)軸的盤狀工件如離合器、齒輪院仿、風(fēng)扇秸抚、壓盤及其總成、制動(dòng)盤歹垫、風(fēng)葉剥汤、水泵葉輪、汽車飛輪排惨、剎車轂吭敢、皮帶輪、砂輪等盤類零件暮芭。

通用平衡機(jī)是指能對(duì)形狀和支承形式比較規(guī)則的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡的平衡機(jī)鹿驼。通用平衡機(jī)操作簡(jiǎn)單，效率也較高辕宏。

專用平衡機(jī)是能對(duì)支承形式和外觀與一般轉(zhuǎn)子不同的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡的平衡機(jī)畜晰，例如特別針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，汽車的傳動(dòng)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)的平衡機(jī)瑞筐。功能專一凄鼻。  

四. 動(dòng)平衡加工的方法

在平衡機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)量后，可根據(jù)需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行加重法和去重法的對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)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聚假。常用的方式有焊接唠陈、錫焊、鉚接骂妻、擰螺釘锭泼、配加重塊等。
2. 去重法

即在不平衡方向去處一定的重量傀蒲。常用的方式有：鏜削赠槽、鉆孔、鑿削攒坊、銑削幢戳、磨削等。  

五. 平衡精度等級(jí)

考慮到技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)上的合理性泰涡，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1940年制定了世界公認(rèn)的ISO1940平衡等級(jí)外抓，它將轉(zhuǎn)子平衡等級(jí)分為11個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別間以2.5倍為增量像兆，從要求更高的G0.4到要求更低的G4000蜓呀。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡對(duì)于轉(zhuǎn)子軸心的偏心距離河哑。