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平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 1 of 23 上海剑平动平衡机制造有限公司 平 衡 机 基 本 知 识 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 2 of 23 目 录 一 平 衡 机 发 展 史 3 二 平衡机 动平衡设备 动平衡试验机 的作用 4 三 动平衡机的分类 5 四 动平衡机应用范围概述 7 五 平衡机的结构与功能 8 六 平衡机的传动方式及各自特点 9 七 动平衡机选型的有关知识 10 八 平衡机选型的一般原则 12 九 动平衡加工的方法 15 十 转子的不平衡量的计算方法 16 十一 平衡机常用术语解释 17 附 1 平衡精度等级 21 附 2 光电传感器的调整方法 23 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 3 of 23 一一 平平 衡衡 机机 发发 展展 史史 平衡机发展迄今已经有一百多年的历史 1866 年 德国西门子公司发 明了发电机 4 年后 加拿大人 Henry Martinson 申请了平衡技术的专利 拉开了平衡校正产业的序幕 1907 年 Franz Lawaczek 博士把改良的平衡 技术提供给了 Carl Schenck 先生 后者在 1915 年制作了第一台双面平衡机 直到上世纪末 40 年代 所有的平衡工序都是在采用纯机械的平衡设备上进 行的 转子的平衡转速通常取振动系统的共振转速 以使振幅最大 在这种 方式下测量转子平衡 测量误差较大 也不安全 随着电子技术的发展和刚性转子平衡理论的普及 五十年代后大部分平 衡设备都采用了电子测量技术 平面分离电路技术的平衡机有效的消除了 平衡工件左右面的相互影响 电测系统从无到有经历了闪光式 瓦特计式 数字式 微机式等阶段 最后出现了自动平衡机 随着生产的不断发展 需要进行平衡的零件越来越多 批量亦越大 为 了提高劳动生产率 改善劳动条件 各工业国家早在二十世纪五十年代就对 平衡自动化技术进行了研究 并相继制造出了半自动平衡机和动平衡自动 线 我国在五十年代末期由于生产发展的需要 也开始对此逐步加以研究 进行了曲轴全自动平衡机的研制 并做出了试验样机 迈出了我国动平衡自 动化技术研究的第一步 六十年代后期 又开始研制我国第一条数控六缸曲 轴动平衡自动线 并于一九七零年试制成功 平衡试验机的微处理机控制技 术是目前世界动平衡技术发展的方向之一 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 4 of 23 二二 平衡机 平衡机 动动平衡平衡设备设备 动动平衡平衡试验试验机 的作用机 的作用 一个不平衡的转子在其旋转过程中对其支承结构和转子本身产生一个 压力 并导致振动 因此 对转子的 动平衡是十分必须的 平衡机就是对转 子在旋转状态下进行动平衡校验 动平衡的作用是 提高转子及其构成的产品质量 减小噪声 减小振动 提高支承部件 轴承 的试用寿命 降低使用者的不舒适感 降低产品的功耗 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 5 of 23 三三 动动平衡机的分平衡机的分类类 动平衡机的分类 基本上可以从原理及应用两方面去划分 1 从测量原理上划分 可分为两大类 硬支承动平衡机 软支承动平衡机 1 硬支承动平衡机 具有平衡转速低于转子支承系统的固有频率 可 在低转速下平衡 操作简单方便 安全性能好的特点 2 软支承动平衡机 具有平衡转速高于转子支承系统的固有频率 受外界振动信号影响小 测量精度高 适用于大批量生产的特点 2 从应用方面划分 可分为两大类 卧式和立式动平衡机 通用和专用动 平衡机 1 卧式和立式动平衡机 卧式动平衡机 是指被平衡转子的旋转轴线在平衡机上呈水平状 态的平衡机 一般具有旋转轴或方便装配工艺轴的转子 如电机转子 风轮 风叶 滚筒 胶辊 轴类 印刷机械等都适用于卧式动平衡机 我厂生产的 PHQ 系列 PHW 系列都属于卧式动平 衡机 立式动平衡机 是指被平衡转子的旋转轴线在平衡机上呈铅垂状 态下的平衡机 一般没有旋转轴的盘状工件 如风扇风叶 水泵叶轮 油烟 机风轮 飞轮 砂轮 锯片 卡盘 制动器等都适用于立式动平衡机 我厂生 产的 PHD 系列就属于立式动平衡机 2 通用动平衡机和专用动平衡机 通用动平衡机 是在规定的转子重量和转速范围内 能平衡多种转 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 6 of 23 子的动平衡机 如我厂生产的 PHQ 系列 PHW 系列都属于通用动平衡机 专用动平衡机 是针对某一类型转子专门设计制造的动 平衡机 如我厂生产的 PHC 100 型 传动轴 PHQ T5 型 惯流 就是专门用 于汽车传动轴 空调器风轮的专用动平衡机 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 7 of 23 四四 动动平衡机平衡机应应用范用范围围概述概述 动平衡机的用途广泛 具体可分为十大类 1 重工业 涡轮子 大型发电机 水车 大形变速齿轮 大型马达离心机 搅拌机 垃圾处理机 2 汽车工业 轮胎 曲轴 驱动轴 离合器 剎车鼓 飞轮汽车用各类马达 冷却扇 增压器 3 家电电机 吸尘机用马达 果汁机用马达 风扇 中型马达 磁鼓 空调 用各类零件 计算机磁盘 4 送风机 一般送风机 工业用 5 农机具 引擎零件 曲轴 飞轮等 刀具 链锯等用零件 6 小型马达 家电用小型马达转子 汽车用马达转子 录音机用马达转子 7 机械部品 制纸滚轮 泵叶片 各种齿轮 扭力转换器 纺织机零件 电梯 零件 8 航空 陀螺仪 航空用引擎 螺旋浆叶 飞机用轮胎 时钟 手表等零件 9 工作机械 砂轮机 刀具 各式主轴 齿轮 10 其它 捻线机 磨擦轮等等 五五 平衡机的平衡机的结结构与功能构与功能 平衡机分为机械部分 电控部分和电测部分三部分 三个部分各司其职 协调工作 缺一不可 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 8 of 23 机械部分又称机械桥架 以通用卧式动平衡为例 平衡机下部的床身是 放置平衡机各部件和稳固设备的基础 由左右两个摆架通过滚轮或 型架支 撑转子 提供转子旋转的条件 通过皮带或联轴器拖动转子旋转 按装在两 摆架上的传感器将振动信号转化为电信号传递给电测部分 机械部分还包 括轴向止动架和安全架 罩 等辅助部件 电控部分是控制拖动电机的启动和停止及调速的部件 也叫电控箱 柜 电控部分分为直流控制和交流控制两种 其中交流控制又分为双速交流控 制和变频交流控制 有的平衡机的电控部分和机械部分合为一体 电测部分是一个电子测量系统 也叫做电测箱或指示器 它将传感器传 来的电信号进行滤波处理 并以转速信号为基准进行比较 显示出被测转子 的平衡转速和不平衡量 电测部分的功能还包括平面分离和标定 六六 平衡机的平衡机的传动传动方式及各自特点方式及各自特点 平衡机拖动转子的传动方式有圈带拖动 联轴节拖动和自驱动 圈带拖动 是利用橡胶环形带或丝织环形带 由电机皮带轮拖动转子 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 9 of 23 因此圈带拖动要求转子表面必须有光滑的圆柱表面 圈带拖动的优点是不 影响转子的不平衡量 平衡精度高 联轴节拖动 是利用万向节将平衡机主轴与转子相联接 联轴节拖动 的特点是适合外表不规则的转子 可以传递较大的扭矩 适合拖动风机等风 阻较大的转子 联轴节拖动的缺点是联轴节本身的不平衡量会对转子产生 影响 因此联轴节在使用前要对其进行平衡 也会引进干扰影响平衡的精 度 此外还要做大量的连接盘以适应不同型号的转子 自驱动 是利用转子自身的动力旋转 自驱动是对平衡精度影响最小 的拖动方式 平衡精度可达最高 但只有结构允许的特殊转子才能使用这种 拖动方式 七七 动动平衡机平衡机选选型的有关知型的有关知识识 旋转机械的多样化 其产生的振动问题 噪声问题 机械寿命等的要求 日益严格 必须针对不同的旋转工件选用适于各自特点的动平衡机 并进行 相应的不平衡校正 第一步 选择动平衡机 首先根据旋转工件的外形特征 选择卧式或立 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 10 of 23 式动平衡机 当然 如果有特殊的要求 还可以按照实际需要设计制造 1 卧式平衡机与立式平衡机 卧式平衡机 是被平衡转子的旋转轴线在平衡机上呈水平状态 的平衡机 一般来说 具有转轴或可装配工艺轴的转子 如电机转子 机床 主轴 滚筒 风机 汽轮机 增压器转子等 都适用于卧式平衡机 立式平衡机 是被平衡转子的旋转轴线在平衡机上呈铅垂状态下 的平衡机 一般指转子本身不具备转轴的盘状工件如齿轮 各种汽车飞轮 离合器 压盘及其总成 制动盘 刹车毂 摩托车的离合器及磁电机转子 风 扇 风叶 水泵叶轮 皮带轮 砂轮等盘类零件 我公司生产的 PHD 系列立 式平衡机可满足各种规格的盘类零件的平衡 而立式双面平衡机系列适用 于工件本身不具备转轴的鼓形零件的动平衡 如汽车车轮 轮辋 离心机转 鼓等 第二步 根据转子的传动形式选择是圈带传动平衡机还是万向节平衡机 或是自驱动平衡机 平衡机拖动转子的传动方式有圈带拖动 联轴节拖动和自驱动 圈带拖动 是利用橡胶环形带或丝织环形带 由电机皮带轮拖动转子 因此圈带拖动要求转子表面必须有光滑的圆柱表面 圈带拖动的优点是不 影响转子的不平衡量 平衡精度高 联轴节拖动 是利用万向节将平衡机主轴与转子相联接 联轴节拖动 的特点是适合外表不规则的转子 可以传递较大的扭矩 适合拖动风机等风 阻较大的转子 联轴节拖动的缺点是联轴节本身的不平衡量会对转子产生 影响 因此联轴节在使用前要对其进行平衡 也会引进干扰影响平衡的精 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 11 of 23 度 此外还要做大量的连接盘以适应不同型号的转子 自驱动 是利用转子自身的动力旋转 自驱动是对平衡精度影响最小 的拖动方式 平衡精度可达最高 但只有结构允许的特殊转子才能使用这种 拖动方式 第三步 根据工件的大小选型 如工件的种类 外径 长度和重量 转速等特 征参数 选择动平衡机大小型号 如 5 16 50 160 型等 数字表示工件最 大质量 一般选定数字 1 3 到 2 3 动平衡效果较好 最大或最小值都可以做 但不一定能满足工件的精度 八八 平衡机平衡机选选型的一般原型的一般原则则 平衡机是用于测定转子不平衡的仪器 按其测量结果进行校正 以改善 被平衡转子的质量分布 使转子运转时轴颈的振动或作用于轴承的力减小 到规定的范围内 平衡机的主要功能是测量 有时还附有校正装置 以提高 平衡效率 一 平衡机的分类 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 12 of 23 平衡机的类型繁多 可以从原理及应用两方面去划分 1 从原理方面分 有离心式平衡机与重力式平衡机 软支承平衡机 硬 支承平衡机 半硬支承平衡机 a 离心式与重力式平衡机 离心式平衡机 从平衡机的结构原理看 最常见的是离心式平衡机 它是 在旋转状态下根据转子不平衡离心力而引起的振动位移或振动力来测定转 子不平衡的平衡机 其中 完成双面或多面平衡用的离心 式平衡机就是通 常所说的动平衡机 而完成单面平衡用的离心式平衡机则属于静平衡机范 畴 重力式平衡机 这种平衡机依赖于转子本身重力的作用 在转子不旋转 的状态下测量其静不平衡量 也属于静平衡机范畴 这类平衡机测量时工件无需转动 特别适宜于用来平衡旋转时会发生变 形的工件及大型的盘类零件 如未烧结的砂轮 列车车轮制动盘 飞机螺旋 桨 航空轮胎等等 我公司生产的重力式平衡机 ZHLP 型系列平衡特别适用 于此类工件的平衡 b 软支承平衡机 硬支承平衡机 半硬支承平衡机 软支承平衡机的平衡转速高于转子 支承系统的固有频率 平衡转速需 超过共振区 启动时要求锁紧摆架 摆架支承刚度很低 测量精度高 硬支承平衡机的平衡转速低于转子 支承系统的固的频率 可在低转速下 平衡 无需锁紧装置 可做超速试验 操作简便 安全性能好 半硬支承平衡机 是介于软 硬支承平衡机之间的一种平衡机 它的平衡 转速也低于固有频率 这种平衡机有硬支承平衡机支承刚度高的特点 又有 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 13 of 23 软支承平衡机精度高的优点 2 从应用方面分 有卧式平衡机与立式平衡机 通用平衡机与专用平衡机 自动平衡机 1 卧式平衡机与立式平衡机 卧式平衡机 是被平衡转子的旋转轴线在平衡机上呈水平状态的 平衡机 一般来说 具有转轴或可装配工艺轴的转子 如电机转子 机床主 轴 滚筒 风机 汽轮机 增压器等 都适用于卧式平衡机 立式平衡机 是被平衡转子的旋转轴线在平衡机上呈铅垂状态下的 平衡机 一般指转子本身不具备转轴的盘状工件如齿轮 各种汽车飞轮 离 合器 压盘及其总成 制动盘 刹车毂 摩托车的离合器及磁电机转子 风扇 风叶 水泵叶轮 皮带轮 砂轮等盘类零件 我公司生产的 PHD 系列立式平 衡机可满足各种规格的盘类零件的平衡 而立式双面平衡机系列适用于工 件本身不具备转轴的鼓形零件的动平衡 如汽车车轮 轮辋 离心机转鼓等 2 通用平衡机与专用平衡机 通用平衡机是在规定的转子重量和转速范围内 能平衡多种转子的平衡 机 如我公司生产的系列立式平衡机 PHQ PHW 系列等都属于通用平衡机 系列 专用平衡机是在规定的转子重量和转速范围内 能平衡某一类型转子的平 衡机 如我公司生产的系列传动曲 车辆轮对平衡机 风机叶轮 汽车维修 等都属于此类 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 14 of 23 九九 动动平衡加工的方法平衡加工的方法 在平衡机的转子进行动平衡测量后 可根据需要对转子进行加重法和去 重法的对转子进行平衡加工 加重法 即在不平衡的相反方向配上校正重块 常用的方式有焊接 锡焊 铆接 拧螺钉 配加重块等 去重法 即在不平衡方向去处一定的重量 常用的方式有 镗削 钻孔 凿削 铣 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 15 of 23 削 磨削等 十 十 转转子的不平衡量的子的不平衡量的计计算方法算方法 1 计算转子的允许不平衡度 eper G 1000 n 10 eper 允用不平衡度 单位 G 平衡精度等级 一般取 6 3 n 工件工作转速 单位 r min 例 某工件工作转速 1400r min 平衡精度等级取 6 3 则 eper 6 3 1000 1400 10 6300 140 45 45g mm kg 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 16 of 23 2 允许残余不平衡量的计算 m eper M r 2 m 允许残余不平衡量 单位 g M 工件旋转质量 单位 kg r 工件半径 单位 mm 例 工件质量 20kg 半径 60mm 双面平衡 故计算每个平衡面的允许的 剩余不平衡量为 m eper M r 2 45 20 60 2 7 5g 十一十一 平衡机常用平衡机常用术语术语解解释释 1 不平衡量 转子某平面上不平衡的量值大小 不涉及不平衡的角位置 它 等于不平衡质量和其质心至转子轴线距离的乘积 不平衡量单位为 g mm 或 g cm 俗称 重径积 2 不平衡相位 转子某平面上的不平衡质量相对于给定极坐标的角度值 3 不平衡度 转子单位质量的不平衡量 单位为 g mm kg 在静 不平 衡时相当于转子的质量偏心距 单位为微米 4 初始不平衡量 平衡前转子上存在的不平衡量 5 许用不平衡量 为保证旋转机械正常工作所允许的转子剩余不平衡量 该指标用不平衡度表示时 称为许用不平衡度 亦有称许用不平衡率 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 17 of 23 6 剩余不平衡量 平衡后转子上剩余的不平衡量 7 校正半径 校正平面上校正质量的质心到转子轴线的距离 一般用 mm 表示 8 校正平面干扰 相互影响 在给定转子某一校正面上不平衡量的变化所 引起另一校正平面上平衡机指标值的改变 有时称平面分离影响 9 转子平衡品质 衡量转子平衡优劣程度的指标 G eper 1000 式中 G 为转子平衡品质 mm s 从 G0 4 G4000 分 11 级 eper 为转子允许的 不平衡率 g mm kg 或转子质量偏心距 m 相应于转子最高工作转速的角 速度 2 n 60 n 10 10 转子单位质量的允许残余不平衡度 率 eper G 1000 n 10 单位 g mm kg 或 mm s 11 最小可达剩余不平衡量 Umar 单位 g m 平衡机能使转子达到的剩余 不平衡量的最小值 是衡量平衡机最高平衡能力的性能指标 当该指标用不 平衡度表示时 称为最小可达剩余不平衡度 单位 g mm kg 12 不平衡量减少率 URR 经过一次平衡校正所减少的不平衡量与初始不 平衡量之比值 它是衡量平衡机效率的性能指标 以百分数表示 URR U1 U2 U1 1 U2 U1 100 式中 U1 为初始不平衡量 U2 为一次平衡校正后的剩余不平衡量 13 不平衡力偶干扰比 单面平衡机抑制不平衡力偶影响的性能指标 14 校验转子 为校验平衡机性能而设计的刚性转子 其质量 大小 尺寸均 有规定 分立式与卧式二种 立式转子质量为 1 1 3 5 11 35 110kg 卧式 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 18 of 23 转子质量为 0 5 1 6 5 16 50 160 500kg 1 什么叫做卧式和立式平衡机 被测转子的旋转轴线水平放置的平衡机叫 做卧式平衡机 被测转子的旋转轴线垂直放置的平衡机叫做立式平衡机 2 单面和双面平衡机 被测转子上可供配重 加重或去重 的且垂直于旋转 轴的圆面称为效正面 可测量一个校正面的不平衡量的平衡机称为单面平 衡机 可测量两个校正面的不平衡量的平衡机称为双面平衡机 从理论上讲 任何刚性转子都需且只需做双面平衡就可达到平衡 但在实际工作中 对于 较薄的圆盘型转子 一般指圆盘的直径和厚度的比值大于 5 时 只做单面平 衡 3 静不平衡和偶不平衡 根据理论分析 任意刚性转子的不平衡量都可解 为一个主矢和一个主矩 这个主矢就叫做静不平衡量 这个主矩就叫做偶不 平衡量 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 19 of 23 4 动平衡和静平衡 静平衡是最古老的平衡方法 将转子的两轴端分别置 于两个水平的导轨之上 让转子受重力任意摆动 最终停止向下的一面即为 偏重点 因此静平衡只需要单面平衡即可完成 静平衡只能去掉转子的静不 平衡量 动平衡则需使用平衡机 让转子旋转起来的进行平衡 动平衡必须 进行双面平衡 可去掉转子上的全部静不平衡量和偶不平衡量 5 软支承和硬支承 按机械部分摆架的刚度平衡机可分为软支承平衡机和 硬支承平衡机 软支承平衡机的摆架较软 固有频率低 平衡机工作频率在 摆架的一阶固有频率以上 硬支承平衡机的摆架较硬 固有频率高 平衡机 工作频率在摆架的一阶固有频率以下 6 刚性转子和绕性转子 实际上任何转子在旋转时都存在变形 只是有的 转子刚度大 转速低 变形很小 可以忽略不计 而有的转子刚度低 转速高 变形较大 平衡时必须加以考虑 旋转时可以不考虑转子变形的转子称为刚 性转子 旋转时变形较大 需要考虑变形的转子称为绕性转子 7 绕性转子平衡 绕性转子平衡或工作时因为变形较大 平衡时有它的特 殊性 首先绕性转子因为有变形 所以要进行多面平衡 两面以上 一般在 平衡刚性转子的两个校正面中间增加若干个校正面 其中在变形最大点增 加校正面的效果最佳 其次是找到共振点 一般扰性转子在工作频段存在一 阶 两阶或更高阶的共振点 因为共振点的振动较大 平衡时一般只要消除 共振点的振动就好了 平衡机基本知识 上海剑平动平衡机制造有限公司 Page 20 of 23 附附 1 平衡精度等平衡精度等级级 国际标准化组织 ISO 于 1940 年制定了世界公认的 ISO1940 平衡等级 它将转子平衡等级 分为