平衡機(jī)的基礎(chǔ)知識

一. 平衡機(jī)概述

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

任何轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時棒妨，由于相對于軸線的質(zhì)量分布不均勻而產(chǎn)生離心力。這種不平衡離心力作用在轉(zhuǎn)子軸承上會引起振動含长，產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損，以致嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和壽命伏穆。上海電機(jī)轉(zhuǎn)子拘泞、機(jī)床主軸、內(nèi)燃機(jī)曲軸枕扫、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子陪腌、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)燥颠。

根據(jù)平衡機(jī)測出的數(shù)據(jù)對轉(zhuǎn)子的不平衡量進(jìn)行校正叼稍，可改善轉(zhuǎn)子相對于軸線的質(zhì)量分布，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動或作用于軸承上的振動力減少到允許的范圍之內(nèi)睛赁。因此闻荠，平衡機(jī)是減小振動、改善性能和提高質(zhì)量的必不可少的設(shè)備徙祥。

通常藻拟，轉(zhuǎn)子的平衡包括不平衡量的測量和校正兩個步驟，平衡機(jī)主要用于不平衡量的測量廉贤，而不平衡量的校正則往往借助于鉆床卑聚、銑床和點(diǎn)焊機(jī)等其他輔助設(shè)備，或用手工方法完成卧蒂。有些平衡機(jī)已將校正裝置做成為平衡機(jī)的一個部分纽秽。

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)圆乡。

它是依賴轉(zhuǎn)子自身的重力作用來測量靜不平衡的掰腌。

置于兩根水平導(dǎo)軌上的轉(zhuǎn)子如有不平衡量，則它對軸線的重力矩使轉(zhuǎn)子在導(dǎo)軌上滾動击胜，直至這個不平衡量處于更低位置時才靜止亏狰。

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偶摔。當(dāng)轉(zhuǎn)子不存在不平衡量時暇唾，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)辰斋。如果轉(zhuǎn)子存在不平衡量策州，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)，這樣光束投在極坐標(biāo)指示器上的光點(diǎn)便離開原點(diǎn)够挂。根據(jù)這個光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)的坐標(biāo)位置旁仿，可以得到不平衡量的大小和位置。

重力式平衡機(jī)僅適用于某些平衡要求不高的盤狀零件孽糖。對于平衡要求高的轉(zhuǎn)子枯冈，一般采用離心式單面或雙面平衡機(jī)。

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)下办悟，根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡引起的支承振動尘奏，或作用于支承的振動力來測量不平衡。其按校正平面數(shù)量的不同鸦呆，可分為單面平衡機(jī)和雙面平衡機(jī)瓣挂。單面平衡機(jī)只能測量一個平面上的不平衡(靜不平衡)，它雖然是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時進(jìn)行測量畔香，但仍屬于靜平衡機(jī)类埋。雙面平衡機(jī)能測量動不平衡，也能分別測量靜不平衡和偶不平衡猪褐，一般稱為動平衡機(jī)鼓辈。

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)析深。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)华雷。這種平衡機(jī)的支承剛度小，傳感器檢測出的信號與支承的振動位移成正比咨锐。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)持蓄，這種平衡機(jī)的支承剛度大，傳感器檢測出的信號與支承的振動力成正比系馁。

平衡機(jī)的主要性能用最小可達(dá)剩余不平衡量臂外，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喇颁，它是衡量平衡機(jī)更高平衡能力的指標(biāo)漏健；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)橘霎，一般用百分?jǐn)?shù)表示蔫浆。

在現(xiàn)代機(jī)械中，由于撓性轉(zhuǎn)子的廣泛應(yīng)用姐叁，人們研制出了撓性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)瓦盛。這類平衡機(jī)必須在轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速；除能測量支承的振動或振動力外外潜，還能測量轉(zhuǎn)子的撓曲變形原环。撓性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)有時安裝在真空防護(hù)室內(nèi)挠唆，以適合汽輪機(jī)之類轉(zhuǎn)子的平衡，它配備有抽真空系統(tǒng)嘱吗、潤滑系統(tǒng)玄组、潤滑油除氣系統(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。
  根據(jù)大批量生產(chǎn)的需要谒麦，對特定的轉(zhuǎn)子能自動完成平衡測量和平衡校正的自動平衡機(jī)杏住，以及平衡自動線，現(xiàn)代已大量的裝備在汽車制造谤变、電機(jī)制造等工業(yè)部門荞谬。

二. 平衡機(jī)常用術(shù)語解釋

1. 不平衡量

轉(zhuǎn)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适系。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纺辟，俗稱“重徑積”高骑。
2. 不平衡相位

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

轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量脾仁，單位是gmm/kg辈殃。在靜不平衡時相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心距，單位為μm秕栓。
4. 初始不平衡量

平衡前轉(zhuǎn)子上存在的不平衡量债案。
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)用不平衡度表示時邢入，稱為許用不平衡度（亦稱許用不平衡率）截型。

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)子軸線的距離儒溉，一般用mm表示宦焦。
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)顿涣，單位mm/s波闹。

          從G0.4-G4000分11級。
          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涛碑，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）精堕。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蒲障。是衡量平衡機(jī)更高平衡能力的性能指標(biāo)歹篓。當(dāng)該指標(biāo)用不平衡度表示時，稱為最小可達(dá)剩余不平衡度晌涕。（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滋捶。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)。

轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量弛镣，單位是gmm/kg凄在。在靜不平衡時相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心距，單位為μm钩裆。
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)子舞懦。其質(zhì)量、大小图盖、尺寸均有規(guī)定毕蕉，分立式和臥式兩種。立式轉(zhuǎn)子質(zhì)量為1.1企著、3.5乙笛、11、35冒溜、110 kg刽室。臥式轉(zhuǎn)子質(zhì)量為0.5、1.6饶辆、5酪律。16、50翻默、160缸沃、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)修械、軟支承平衡機(jī)趾牧、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)祠肥。平衡校驗(yàn)時武氓，支承擺架相對處于“硬”狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)子可以在接近實(shí)際軸承條件下進(jìn)行平衡校正仇箱。具有操作簡便县恕、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)剂桥。平衡校驗(yàn)時忠烛，支承擺架相對處于“軟”狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)子校驗(yàn)平衡時权逗。支承條件與實(shí)際軸承工作條件不同美尸。具有測量精度高的特點(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)僵馒。同時具有有硬支承平衡機(jī)支承剛度高的特點(diǎn)幼氏，又有軟支承平衡機(jī)精度高的優(yōu)點(diǎn)粪畔。

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)；專用平衡機(jī)和通用平衡機(jī)嬉拾。

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)支际。適用于有轉(zhuǎn)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuǎn)子，如機(jī)床主軸臊吓、滾筒蟹嫁、風(fēng)機(jī)、增壓器英谢、電機(jī)轉(zhuǎn)子讹玉、汽輪機(jī)等等。

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)刃伞。適用于轉(zhuǎn)子本身不具轉(zhuǎn)軸的盤狀工件如離合器挡辩、齒輪、風(fēng)扇钥嫌、壓盤及其總成艇挨、制動盤、風(fēng)葉韭赘、水泵葉輪、汽車飛輪势就、剎車轂泉瞻、皮帶輪、砂輪等盤類零件苞冯。

通用平衡機(jī)是指能對形狀和支承形式比較規(guī)則的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡的平衡機(jī)袖牙。通用平衡機(jī)操作簡單，效率也較高舅锄。

專用平衡機(jī)是能對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)鞭达，例如特別針對發(fā)動機(jī)的曲軸，汽車的傳動軸進(jìn)行設(shè)計(jì)的平衡機(jī)皇忿。功能專一畴蹭。  

四. 動平衡加工的方法

在平衡機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡測量后，可根據(jù)需要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行加重法和去重法的對轉(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鳍烁。常用的方式有焊接叨襟、錫焊、鉚接羞条、擰螺釘慌缨、配加重塊等。
2. 去重法

即在不平衡方向去處一定的重量资妇。常用的方式有：鏜削娱背、鉆孔讥燎、鑿削、銑削烂秘、磨削等掰魁。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)上的合理性，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1940年制定了世界公認(rèn)的ISO1940平衡等級偶刃，它將轉(zhuǎn)子平衡等級分為11個級別辣候，每個級別間以2.5倍為增量，從要求更高的G0.4到要求更低的G4000嘹谎。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)大熟，代表不平衡對于轉(zhuǎn)子軸心的偏心距離。