[科普中國(guó)]-單面平衡機(jī)

單面立式平衡機(jī)是近年來迅速發(fā)展起來的，用途范圍比較廣的新型平衡機(jī)設(shè)備，它適用于盤狀工件在豎直狀態(tài)下校測(cè)單面平衡，主要適于風(fēng)扇、風(fēng)葉、葉輪、制動(dòng)器、離合器、制動(dòng)鼓、卡盤、砂輪、鋸片刀、皮帶輪等各種盤狀零件進(jìn)行平衡校正。

簡(jiǎn)介單面（靜）平衡更多地是在離心力式平衡機(jī)上進(jìn)行，即在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下根據(jù)不平衡引起的振動(dòng)或振動(dòng)力來測(cè)量不平衡的量值和相位。盡管平衡時(shí)轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因?yàn)橹荒軠y(cè)量靜不平衡，故這種離心力式平衡機(jī)仍然屬于靜平衡機(jī)。為避免誤解和混淆，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6444-1995中，將這類平衡機(jī)稱為單面平衡機(jī)。1

特點(diǎn)單面立式平衡機(jī)的特點(diǎn)：1、專業(yè)設(shè)計(jì)的擺架，有效傳遞機(jī)械力，堅(jiān)固可靠，振動(dòng)阻力小，剛性好；2、高靈敏度傳感器，線性度好，耐用可靠；3、永久標(biāo)定測(cè)量原理，精度高，允許極高的初始不平衡量；4、配備專用的夾具，精度更高、裝夾更方便；5、先進(jìn)的電測(cè)系統(tǒng)，友好的人機(jī)界面，功能齊全。1

工作原理平衡機(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。因轉(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。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，以致嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和壽命，因此要運(yùn)用平衡機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。

電機(jī)轉(zhuǎn)子、機(jī)床主軸、風(fēng)機(jī)葉輪、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、汽車零部件和空調(diào)風(fēng)葉等旋轉(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)。

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，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)。因此，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。通常，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。

平衡機(jī)的主要性能是用最小可達(dá)剩余不平衡量，和不平衡量減少率兩項(xiàng)綜合指標(biāo)表示的。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，它是衡量平衡機(jī)最高平衡能力的指標(biāo)；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)，一般用百分?jǐn)?shù)表示。

單面立式離心式平衡機(jī)的工作原理是利用轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，由不平衡離心力引起擺架振動(dòng)或振動(dòng)力，通過傳感器將機(jī)械振動(dòng)或振動(dòng)力的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。另外，與轉(zhuǎn)速同頻的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出基準(zhǔn)信號(hào)，兩種信號(hào)輸入電測(cè)箱，經(jīng)過倍率、定標(biāo)、濾波放大等運(yùn)算電路，最后在儀表上顯示出不平衡的量值和相位。1

單面立式平衡機(jī)測(cè)量值不穩(wěn)的調(diào)整方法這種故障的原因較復(fù)雜，總結(jié)為以下五方面：

1） 轉(zhuǎn)子軸彎或圓跳動(dòng)、光潔度超差。

2） 滾輪軸承滾珠磨損或滾輪外圓光潔度、圓跳動(dòng)超差。

3） 軸向止動(dòng)架的頂力過大。

4） 振動(dòng)傳感器傳動(dòng)桿松動(dòng)，或振動(dòng)受阻。

5） 振動(dòng)傳感器線插頭或插座松動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)受阻（傳感器的電阻為4K左右，電測(cè)箱輸入阻抗為70K）。2

單面立式平衡機(jī)的故障原因及排除引起平衡機(jī)不能正常工作或達(dá)不到平衡精度的因素很多，這些因素中有的是被平衡工件的原因，也有的是機(jī)器本身或電測(cè)系統(tǒng)的原因。因此只要某一個(gè)環(huán)節(jié)不正常就必然會(huì)影響工件的平衡，如能針對(duì)性地分析這些現(xiàn)象，才能有助于我們正確區(qū)分并判定出現(xiàn)的各種情況的原因，進(jìn)而采取有效措施來減少或消除這些不利因素對(duì)工件平衡的影響。

工件的影響校正工件不平衡要求超過了平衡機(jī)本身最小可達(dá)剩余不平衡量的能力，也就是平衡機(jī)的平衡精度不能滿足工件平衡的要求。

工件本身支承處軸頸的圓度不好，表面粗糙度太低。 工件本身的剛度不佳，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生變形造成質(zhì)量偏移，或工件本身有未固定的零件在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下移動(dòng)或松動(dòng)。

經(jīng)過平衡的轉(zhuǎn)子在實(shí)際使用中會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)，這并非轉(zhuǎn)子自身不平衡所引起的，而是由于轉(zhuǎn)子支承軸頸成橢圓或轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上存在著剛度的差異引起而產(chǎn)生的高次諧波，電磁激勵(lì)引起的振動(dòng)，帶葉片轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生氣渦流的影響，系統(tǒng)的諧振等而引起的。由于電網(wǎng)相連的其他設(shè)備頻繁啟動(dòng)造成電源波動(dòng)和噪聲的影響或由于支承架滾輪與轉(zhuǎn)子軸頸兩者直徑相近而產(chǎn)生的拍頻干擾。滾輪直徑與 工件軸頸尺寸間的差異應(yīng)大于20%。

由于校驗(yàn)無軸頸的轉(zhuǎn)子而使用的工藝芯軸本身的不平衡或芯軸安裝與支承處的同軸度誤差，以及芯軸與轉(zhuǎn)子配合的間隙誤差而造成平衡后的轉(zhuǎn)子在重復(fù)裝校時(shí)或使用時(shí)又產(chǎn)生較大的不平衡。

工件轉(zhuǎn)子的實(shí)際工作狀態(tài)和平衡校驗(yàn)時(shí)的狀態(tài)不一致。

校正工件轉(zhuǎn)子的不平衡量時(shí)，其加重或去重的質(zhì)心位置與平衡機(jī)測(cè)量顯示的校正位置偏離。2

平衡機(jī)的影響1）左右支承處有高低，使轉(zhuǎn)子左右竄動(dòng)或軸頸平面與支承處相擦。

2）支承塊嚴(yán)重磨損或滾輪跳動(dòng)增大。

3）支承處有污物，未加潤(rùn)滑油。

4）安裝平衡機(jī)的地基不符要求，底部結(jié)合面未墊實(shí)，地腳螺栓未緊固，或放在樓面上，引起共振。

5）傳感器的輸出訊號(hào)不正常。

6）支承架上能移動(dòng)的零部件處的緊固螺釘未固緊。

7）傳動(dòng)帶不符要求，有明顯的接縫。

8）平衡機(jī)光電頭未對(duì)正反光紙，光電頭鏡面模糊，光電頭位置偏斜引起角度偏移。2

單面立式平衡機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)1）必須經(jīng)常保持平衡機(jī)清潔，導(dǎo)軌面上應(yīng)保持清潔，并經(jīng)常涂油防銹。

2）支承塊或滾輪表面應(yīng)保持清潔，不準(zhǔn)粘附鐵屑、灰塵雜物，每次工作前應(yīng)揩凈支承塊或滾輪和轉(zhuǎn)子軸頸，加上少許潤(rùn)滑油。移動(dòng)支承架時(shí)應(yīng)同時(shí)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)或?qū)⒆笥抑С屑芡瑫r(shí)同速移動(dòng)，以免軸頸和滾輪表面劃痕磨損，不允許將轉(zhuǎn)子放在滾輪架上進(jìn)行敲打或撞擊。

3）電測(cè)箱是平衡機(jī)的關(guān)鍵部件，必須防止振動(dòng)和受潮，應(yīng)妥善保管。工作完畢后應(yīng)關(guān)掉電測(cè)箱開關(guān)。

4）電測(cè)箱如較長(zhǎng)時(shí)期不使用，則應(yīng)定期通電預(yù)熱幾小時(shí)。

5）電測(cè)箱面板上所有旋鈕和開關(guān)不得隨意撥動(dòng)，以免損壞元器件和帶來測(cè)量誤差。

6）光電頭的鏡頭玻璃應(yīng)經(jīng)常用擦鏡紙或擦鏡布揩清透鏡的外表面，使之保持清潔，切忌用帶油污的紗頭或臟布揩拭鏡面。

7）平衡機(jī)是精密的檢測(cè)設(shè)備，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)保管與操作。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所