平衡機的基礎(chǔ)知識

一. 平衡機概述

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

任何轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時春感，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虏缸，產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損鲫懒，以致嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和壽命。濰坊電機轉(zhuǎn)子寇钉、機床主軸刀疙、內(nèi)燃機曲軸、汽輪機轉(zhuǎn)子扫倡、陀螺轉(zhuǎn)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuǎn)零部件在制造過程中谦秧，都需要經(jīng)過平衡才能平穩(wěn)正常地運轉(zhuǎn)。

根據(jù)平衡機測出的數(shù)據(jù)對轉(zhuǎn)子的不平衡量進(jìn)行校正撵溃，可改善轉(zhuǎn)子相對于軸線的質(zhì)量分布疚鲤，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)。因此挡医，平衡機是減小振動溢扳、改善性能和提高質(zhì)量的必不可少的設(shè)備。

通常训癌，轉(zhuǎn)子的平衡包括不平衡量的測量和校正兩個步驟祠乔，平衡機主要用于不平衡量的測量，而不平衡量的校正則往往借助于鉆床娶匠、銑床和點焊機等其他輔助設(shè)備橱序，或用手工方法完成。有些平衡機已將校正裝置做成為平衡機的一個部分炭答。

重力式平衡機和離心力式平衡機是兩類典型的平衡機疫橘。

1. 重力式平衡機一般稱為靜平衡機。

它是依賴轉(zhuǎn)子自身的重力作用來測量靜不平衡的匾颁。

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

被平衡的轉(zhuǎn)子放在用靜壓軸承支承的支座上污益，在支座的下面嵌裝一片反射鏡桃熄。當(dāng)轉(zhuǎn)子不存在不平衡量時，由光源射出的光束經(jīng)此反射鏡反射后靶剑，投射在不平衡量指示器的極坐標(biāo)原點蜻拨。如果轉(zhuǎn)子存在不平衡量池充，則轉(zhuǎn)子支座在不平衡量的重力矩作用下發(fā)生傾斜桩引，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)指示器上的光點便離開原點收夸。根據(jù)這個光點偏轉(zhuǎn)的坐標(biāo)位置坑匠，可以得到不平衡量的大小和位置。

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

2. 離心式平衡機

離心式平衡機是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下咽瓷，根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡引起的支承振動设凹，或作用于支承的振動力來測量不平衡。其按校正平面數(shù)量的不同茅姜，可分為單面平衡機和雙面平衡機闪朱。單面平衡機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)行測量引妖，但仍屬于靜平衡機冕泡。雙面平衡機能測量動不平衡，也能分別測量靜不平衡和偶不平衡缚迟，一般稱為動平衡機刑评。

離心力式平衡機按支承特性不同，又可分為軟支承平衡機和硬支承平衡機灭奉。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且恼。這種平衡機的支承剛度小，傳感器檢測出的信號與支承的振動位移成正比过任。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捉寻，這種平衡機的支承剛度大，傳感器檢測出的信號與支承的振動力成正比霸拦。

平衡機的主要性能用最小可達(dá)剩余不平衡量介她，和不平衡量減少率兩項綜合指標(biāo)表示。前者是平衡機能使轉(zhuǎn)子達(dá)到的剩余不平衡量的最小值屏疗，它是衡量平衡機更高平衡能力的指標(biāo)疾就；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)艺蝴，一般用百分?jǐn)?shù)表示猬腰。

在現(xiàn)代機械中鸟废，由于撓性轉(zhuǎn)子的廣泛應(yīng)用，人們研制出了撓性轉(zhuǎn)子平衡機姑荷。這類平衡機必須在轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速盒延；除能測量支承的振動或振動力外，還能測量轉(zhuǎn)子的撓曲變形鼠冕。撓性轉(zhuǎn)子平衡機有時安裝在真空防護(hù)室內(nèi)添寺，以適合汽輪機之類轉(zhuǎn)子的平衡，它配備有抽真空系統(tǒng)懈费、潤滑系統(tǒng)计露、潤滑油除氣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理用計算機系統(tǒng)等龐大的輔助設(shè)備。
  根據(jù)大批量生產(chǎn)的需要憎乙，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票罐，以及平衡自動線，現(xiàn)代已大量的裝備在汽車制造泞边、電機制造等工業(yè)部門颖喧。

二. 平衡機常用術(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顾惹。它等于不平衡質(zhì)量和其質(zhì)心至轉(zhuǎn)子 軸線的乘積铅坚，不平衡量單位是gmm或者gcm，俗稱“重徑積”耽晦。
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)的角度值斧呆。
3. 不平衡度

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

平衡前轉(zhuǎn)子上存在的不平衡量助碰。
5. 許用不平衡量

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

6. 剩余不平衡量

平衡校正后轉(zhuǎn)子上的剩余不平衡量拗疯。
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，一般用mm表示中姜。
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)消玄。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)，單位mm/s丢胚。

          從G0.4-G4000分11級翩瓜。
          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，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）。單位是gmm兔跌。

其意義是指平衡機能使轉(zhuǎn)子達(dá)到的剩余不平衡量的最小值勘高。是衡量平衡機更高平衡能力的性能指標(biāo)。當(dāng)該指標(biāo)用不平衡度表示時坟桅，稱為最小可達(dá)剩余不平衡度华望。（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。它是衡量平衡機效率的性能指標(biāo)仅乓，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

單面平衡機抑止不平衡力偶影響的性能指標(biāo)赖舟。

轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量，單位是gmm/kg方灾。在靜不平衡時相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心距建蹄，單位為μm稿屏。
14. 校驗轉(zhuǎn)子

為校驗平衡機性能而設(shè)計的剛性轉(zhuǎn)子播托。其質(zhì)量、大小滋冀、尺寸均有規(guī)定丙藤，分立式和臥式兩種。立式轉(zhuǎn)子質(zhì)量為1.1凿食、3.5窘螃、11、35馒俊、110 kg册向。臥式轉(zhuǎn)子質(zhì)量為0.5、1.6避揍、5瘸卦。16、50蔓嚷、160柳锣、500kg。

三. 平衡機的原理

平衡機從原理方面可以分為硬支承平衡機雕蔽、軟支承平衡機折柠、半硬支承平衡機。

1. 硬支承平衡機是平衡轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于參振系統(tǒng)共振頻率的平衡機批狐。平衡校驗時扇售，支承擺架相對處于“硬”狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)子可以在接近實際軸承條件下進(jìn)行平衡校正嚣艇。具有操作簡便承冰、安全性能好的特點。

2. 軟支承平衡機是平衡轉(zhuǎn)速大于參振系統(tǒng)共振頻率的平衡機。平衡校驗時巷懈，支承擺架相對處于“軟”狀態(tài)该抒，因此轉(zhuǎn)子校驗平衡時。支承條件與實際軸承工作條件不同顶燕。具有測量精度高的特點凑保。

3. 半硬支承平衡機是平衡轉(zhuǎn)速在0.3~0.5倍參振系統(tǒng)共振頻率之間的平衡機。同時具有有硬支承平衡機支承剛度高的特點涌攻，又有軟支承平衡機精度高的優(yōu)點欧引。

平衡機從應(yīng)用方面分可分為立式平衡機和臥式平衡機；專用平衡機和通用平衡機鹊尤。

臥式平衡機是被平衡轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸在平衡機上呈水平狀態(tài)的平衡機迈招。適用于有轉(zhuǎn)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuǎn)子，如機床主軸衣剂、滾筒缘赋、風(fēng)機、增壓器惊派、電機轉(zhuǎn)子誓胆、汽輪機等等。

立式平衡機是被平衡轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸在平衡機上呈垂直狀態(tài)下的平衡機送服。適用于轉(zhuǎn)子本身不具轉(zhuǎn)軸的盤狀工件如離合器庸飘、齒輪、風(fēng)扇炼杉、壓盤及其總成瞒帜、制動盤、風(fēng)葉踢漏、水泵葉輪征绸、汽車飛輪、剎車轂速和、皮帶輪歹垫、砂輪等盤類零件。

通用平衡機是指能對形狀和支承形式比較規(guī)則的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡的平衡機颠放。通用平衡機操作簡單排惨，效率也較高。

專用平衡機是能對支承形式和外觀與一般轉(zhuǎn)子不同的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡的平衡機碰凶，例如特別針對發(fā)動機的曲軸暮芭，汽車的傳動軸進(jìn)行設(shè)計的平衡機。功能專一欲低。  

四. 動平衡加工的方法

在平衡機的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡測量后辕宏，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畜晰。常用的方式有焊接、錫焊瑞筐、鉚接凄鼻、擰螺釘、配加重塊等聚假。
2. 去重法

即在不平衡方向去處一定的重量唠陈。常用的方式有：鏜削、鉆孔骂妻、鑿削锭泼、銑削、磨削等篡氯。  

五. 平衡精度等級

考慮到技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟上的合理性焦凶，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，它將轉(zhuǎn)子平衡等級分為11個級別即耕，每個級別間以2.5倍為增量叁垫，從要求更高的G0.4到要求更低的G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)泰涡，代表不平衡對于轉(zhuǎn)子軸心的偏心距離外抓。