平衡機(jī)
balancing machine

測量旋轉(zhuǎn)物體（轉(zhuǎn)子）不平衡量大小和位置的機(jī)器。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，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(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)。通常，轉(zhuǎn)子的平衡包括不平衡量的測量和校正兩個(gè)步驟，平衡機(jī)主要用于不平衡量的測量,而不平衡量的校正(一般在轉(zhuǎn)子上減少或增加質(zhì)量)則往往借助于如鉆床銑床和點(diǎn)焊機(jī)等其他輔助設(shè)備或用手工方法完成。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。
任何轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(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)品的性能和使用壽命。電機(jī)轉(zhuǎn)子、機(jī)床主軸、內(nèi)燃機(jī)曲軸、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)。平衡機(jī)已成為減小振動(dòng)、改善性能和提高質(zhì)量的必不可少的設(shè)備。
分類 圖1 [平衡機(jī)的分類]為平衡機(jī)的分類。平衡機(jī)還可以按照被平衡轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、不平衡量的測量方式、指示方式和校正方式等進(jìn)行分類。離心力式平衡機(jī)還可以按驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的方式進(jìn)行分類。
原理和結(jié)構(gòu) 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)。
重力式平衡機(jī) 一般稱為靜平衡機(jī)。它是依賴轉(zhuǎn)子自身的重力作用來測量靜不平衡的（圖2 [重力式平衡機(jī)原理圖]）。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(dòng)，直至處于更低位置時(shí)才靜止。圖3[重力式平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖]是重力式平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。被平衡的轉(zhuǎn)子放在用靜承支承的支座上，在支座的下面嵌裝一片反射鏡。當(dāng)轉(zhuǎn)子不存在不平衡量時(shí)，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更坐標(biāo)原點(diǎn)。如果轉(zhuǎn)子存在不平衡量 ，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)，這樣光束投在更坐標(biāo)指示器上的光點(diǎn)便離開原點(diǎn)。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。
重力式平衡機(jī)僅適用于某些平衡要求不高的盤狀零件。對于平衡要求高的轉(zhuǎn)子，一般采用離心式單面或雙面平衡機(jī)。
離心力式平衡機(jī) 這種平衡機(jī)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，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)力測量不平衡。按校正平面可分為單面平衡機(jī)和雙面平衡機(jī)。單面平衡機(jī)只能測量一個(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)行測量，但仍屬于靜平衡機(jī)。雙面平衡機(jī)能測量動(dòng)不平衡，也能分別測量靜不平衡和偶不平衡，一般稱為動(dòng)平衡機(jī)。
圖4 [通用臥式動(dòng)平衡機(jī)的典型結(jié)構(gòu)]為通用臥式動(dòng)平衡機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。被平衡的轉(zhuǎn)子放置在左、右支承架上。電動(dòng)機(jī)經(jīng)變速機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的支承振動(dòng)或振動(dòng)力由左、右傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過平面分離電路處理后，輸出信號(hào)分別與左、右校正平面上的不平衡量有關(guān)。同時(shí)，與轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)的參考相位發(fā)生器發(fā)出參考信號(hào)。上述兩種信號(hào)同時(shí)輸入測量電路，經(jīng)濾波、放大后檢測出左、右校正平面上不平衡量的大小和位置，并分別在左、右指示器上指示出來。
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)。平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子－支承系統(tǒng)固有頻率的稱為軟支承平衡機(jī)。這種平衡機(jī)的支承剛度小，傳感器檢測出的信號(hào)與支承的振動(dòng)位移成正比。平衡轉(zhuǎn)速低於轉(zhuǎn)子－支承系統(tǒng)固有頻率的稱為硬支承平衡機(jī)。這種平衡機(jī)的支承剛度大，傳感器檢測出的信號(hào)與支承的振動(dòng)力成正比。
性能指標(biāo) 平衡機(jī)的主要性能用更小可達(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。前者是平衡機(jī)能使轉(zhuǎn)子達(dá)到的剩余不平衡量的更小值，它是衡量平衡機(jī)更高平衡能力的指標(biāo)，一般用 g.mm/kg（克毫米每千克）來表示；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。
進(jìn)展 由于撓性轉(zhuǎn)子的廣泛應(yīng)用，已研制出撓性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)。這類平衡機(jī)與平衡剛性轉(zhuǎn)子的離心力式平衡機(jī)比較有如下特點(diǎn)：必須在轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速；除能測量支承的振動(dòng)或振動(dòng)力外，還能測量轉(zhuǎn)子的撓曲變形。
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，它配備有抽真空系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、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，對特定的轉(zhuǎn)子能自動(dòng)完成平衡測量和平衡校正的自動(dòng)平衡機(jī)和平衡自動(dòng)線，也已裝備在汽車制造、電機(jī)制造等工業(yè)部門。
參考書目
HattoSchneider, Auswuchttechnik, VDI-Verlag GmbH Verla g des Vereins,Düsseldorf,1977.
　　　　　　　　　　　　　　　　　朱曉農(nóng)
 

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