平衡机

随着国内技术越来越成熟,做平衡机的企业也开始越来越多。由原来平衡机基本靠进口相比,现在的平衡机企业数量已经是遍布全国了。虽然技术趋于成熟,但在关键的自动化领域还是有不足。目前国内做自动平衡机的企业几乎没有,国内做的基本上是半自动的平衡机,即通过机器检测工件不平衡的位置再由人工去处理。

平衡机是用于测定转子不平衡的仪器,是测量结果对转子的不平衡量进行校正,使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动减少到允许的范围内,以达到减少振动、改善性能和提高产品质量的目的。平衡机任何转子在围绕其轴线旋转时,由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动,产生噪声和加速轴承磨损,以致严重影响产品的性能和寿命。电机转子、机床主轴、内燃机曲轴、汽轮机转子、陀螺转子和钟表摆轮等旋转零部件在制造过程中,都需要经过平衡才能平稳正常地运转。

根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正,可改善转子相对于轴线的质量分布,使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此,平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。

通常,转子的平衡包括不平衡量的测量和校正两个步骤,平衡机主要用于不平衡量的测量,而不平衡量的校正则往往借助于钻床、铣床和点焊机等其他辅助设备,或用手工方法完成。有些平衡机已将校正装置做成为平衡机的一个部分。

重力式平衡机和离心力式平衡机是两类典型的平衡机。重力式平衡机一般称为静平衡机。它是依赖转子自身的重力作用来测量静不平衡的。

置于两根水平导轨上的转子如有不平衡量,则它对轴线的重力矩使转子在导轨上滚动,直至这个不平衡量处于最低位置时才静止。

被平衡的转子放在用静压轴承支承的支座上,在支座的下面嵌装一片反射镜。当转子不存在不平衡量时,由光源射出的光束经此反射镜反射后,投射在不平衡量指示器的极坐标原点。如果转子存在不平衡量,则转子支座在不平衡量的重力矩作用下发生倾斜,支座下的反射镜也随之倾斜并使反射出的光束偏转,这样光束投在极坐标指示器上的光点便离开原点。根据这个光点偏转的坐标位置,可以得到不平衡量的大小和位置。

重力式平衡机仅适用于某些平衡要求不高的盘状零件。对于平衡要求高的转子,一般采用离心式单面或双面平衡机。

离心式平衡机是在转子旋转的状态下,根据转子不平衡引起的支承振动,或作用于支承的振动力来测量不平衡。其按校正平面数量的不同,可分为单面平衡机和双面平衡机。单面平衡机只能测量一个平面上的不平衡(静不平衡),它虽然是在转子旋转时进行测量,但仍属于静平衡机。双面平衡机能测量动不平衡,也能分别测量静不平衡和偶不平衡,一般称为动平衡机。

离心力式平衡机按支承特性不同,又可分为软支承平衡机和硬支承平衡机。平衡转速高于转子一支承系统固有频率的称为软支承平衡机。这种平衡机的支承刚度小,传感器检测出的信号与支承的振动位移成正比。平衡转速低於转子一支承系统固有频率的称为硬支承平衡机,这种平衡机的支承刚度大,传感器检测出的信号与支承的振动力成正比。

平衡机的主要性能用最小可达剩余不平衡量,和不平衡量减少率两项综合指标表示。前者是平衡机能使转子达到的剩余不平衡量的最小值,它是衡量平衡机最高平衡能力的指标；后者是经过一次校正后所减少的不平衡量与初始不平衡量之比,它是衡量平衡效率的指标,一般用百分数表示。

在现代机械中,由于挠性转子的广泛应用,人们研制出了挠性转子平衡机。这类平衡机必须在转子工作转速范围内进行无级调速；除能测量支承的振动或振动力外,还能测量转子的挠曲变形。挠性转子平衡机有时安装在真空防护室内,以适合汽轮机之类转子的平衡,它配备有抽真空系统、润滑系统、润滑油除气系统和数据处理用计算机系统等庞大的辅助设备。

根据大批量生产的需要,对特定的转子能自动完成平衡测量和平衡校正的自动平衡机,以及平衡自动线,现代已大量的装备在汽车制造、电机制造等工业部门。

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。

静平衡机和动平衡机

重力式平衡机和离心力式平衡机是两类典型的平衡机。重力式平衡机一般称为静平衡机。它是依赖转子自身的重力作用来测量静不平衡的。

重力式平衡机仅适用于某些平衡要求不高的盘状零件。对于平衡要求高的转子,一般采用离心式单面或双面平衡机。

离心式平衡机是在转子旋转的状态下,根据转子不平衡引起的支承振动,或作用于支承的振动力来测量不平衡。其按校正平面数量的不同,可分为单面平衡机和双面平衡机。单面平衡机只能测量一个平面上的不平衡(静不平衡),它虽然是在转子旋转时进行测量,但仍属于静平衡机。双面平衡机能测量动不平衡,也能分别测量静不平衡和偶不平衡,一般称为动平衡机。

软支承动平衡机和硬支承动平衡机

离心力式平衡机按支承特性不同,又可分为软支承动平衡机和硬支承动平衡机。

平衡转速高于转子一支承系统固有频率的称为软支承动平衡机。这种平衡机的支承刚度小,传感器检测出的信号与支承的振动位移成正比。具有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。

平衡转速低於转子一支承系统固有频率的称为硬支承动平衡机,这种平衡机的支承刚度大,传感器检测出的信号与支承的振动力成正比。具有可在低转速下平衡,操作简单方便、安全性能好的特点。

20世纪70年代以前的动平衡机都是软支承,70年代出现的硬支承动平衡机可以说是动平衡机发展史上的一次飞跃,它使传统的软支承动平衡机的动态调整代之以静态下的尺寸设定,从而形成永久标定的动平衡机。所谓永久标定,就是新机器校正一次后,不惯换什么尺寸大小的转子,都不需要再校正了。软支承则换一种型号就要重新校正。

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。

根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正,可改善转子相对于轴线的质量分布,使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此,平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。

通常,转子的平衡包括不平衡量的测量和校正两个步骤,平衡机主要用于不平衡量的测量,而不平衡量的校正则往往借助于钻床、铣床和点焊机等其他辅助设备,或用手工方法完成。有些平衡机已将校正装置做成为平衡机的一个部分。

重力式平衡机和离心力式平衡机是两类典型的平衡机。重力式平衡机一般称为静平衡机。它是依赖转子自身的重力作用来测量静不平衡的。

被平衡的转子放在用静压轴承支承的支座上,在支座的下面嵌装一片反射镜。当转子不存在不平衡量时,由光源射出的光束经此反射镜反射后,投射在不平衡量指示器的极坐标原点。如果转子存在不平衡量,则转子支座在不平衡量的重力矩作用下发生倾斜,支座下的反射镜也随之倾斜并使反射出的光束偏转,这样光束投在极坐标指示器上的光点便离开原点。根据这个光点偏转的坐标位置,可以得到不平衡量的大小和位置。

重力式平衡机仅适用于某些平衡要求不高的盘状零件。对于平衡要求高的转子,一般采用离心式单面或双面平衡机。

离心式平衡机是在转子旋转的状态下,根据转子不平衡引起的支承振动,或作用于支承的振动力来测量不平衡。其按校正平面数量的不同,可分为单面平衡机和双面平衡机。单面平衡机只能测量一个平面上的不平衡（静不平衡）,它虽然是在转子旋转时进行测量,但仍属于静平衡机。双面平衡机能测量动不平衡,也能分别测量静不平衡和偶不平衡,一般称为动平衡机。

离心力式平衡机按支承特性不同,又可分为软支承平衡机和硬支承平衡机。平衡转速高于转子一支承系统固有频率的称为软支承平衡机。这种平衡机的支承刚度小,传感器检测出的信号与支承的振动位移成正比。平衡转速低於转子一支承系统固有频率的称为硬支承平衡机,这种平衡机的支承刚度大,传感器检测出的信号与支承的振动力成正比。

根据大批量生产的需要,对特定的转子能自动完成平衡测量和平衡校正的自动平衡机,以及平衡自动线,现代已大量的装备在汽车制造、电机制造等工业部门。

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：

1、提高转子及其构成的产品质量

2、减小噪声

3、减小振动

4、延长支承部件（轴承）的使用寿命

5、降低使用者的不舒适感,降低产品的消耗。

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。

1、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。

2、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。

3、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。

平衡机的主要性能用最小可达剩余不平衡量Minimun achieveable residual unbalance(MARU)(gmm/kg)和不平衡量减少率Unbalance reduction ratio(URR)(%)两项综合指标表示。

平衡机专用变频器特点：

低频转矩输出180% ,低频运行特性良好

输出频率最大600Hz,可控制高速电机

全方位的侦测保护功能(过压、欠压、过载)瞬间停电再起动

加速、减速、动转中失速防止等保护功能

电机动态参数自动识别功能,保证系统的稳定性和精确性

高速停机时响应快

丰富灵活的输入、输出接口和控制方式,通用性强

采用SMT全贴装生产及三防漆处理工艺,产品稳定度高

全系列采用最新西门子igbt功率器件,确保品质的高质量

平衡精度等级的合理选用：

不平衡量的简化计算公式：

M ————- 转子质量 单位(kg)

G ——————精度等级选用 单位 (g.mm/kg)

r —————— 校正半径 单位(mm)

n ——————工件的工作转速 单位(rpm)

m——————不平衡合格量 单位(g)