动平衡

平衡机的历史
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德国的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。

直到七十年代，硬支承平衡机的出现可以认为是平衡机发展史上的一次飞跃。

它采用静态下的平衡尺寸设定，消除了传统软支承平衡机需频繁的动态调整的不便，形成了永久定标的平衡机。

八十年代，压电传感器技术又给平衡机的发展带来一次革命。

采用这种技术的平衡机在不需要非常高速的平衡领域基本取代了软支承平衡机。

目前，随着微机技术的运用，将平衡机又带入一个崭新的时代，平衡机在性能、精度、可操作性方面均有了显著的提高。

平衡机已经集光、电、机各方面的技术于一身。

并且在电动工具、机械制造、风机、电机、造纸、纺织、家用电器、冶金等领域得到越来越广泛的应用。

平衡机（动平衡设备、动平衡试验机）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
平衡机的分类
平衡机从原理方面可以分为硬支承平衡机、软支承平衡机、半硬支承平衡机。

硬支承平衡机是平衡转速远低于参振系统共振频率的平衡机。

平衡校验时，支承摆架相对处于“硬”状态，因此转子可以在接近实际轴承条件下进行平衡校正。

具有操作简便、安全性能好的特点。

软支承平衡机是平衡转速大于参振系统共振频率的平衡机。

平衡校验时，支承摆架相对处于“软”状态，因此转子校验平衡时。

支承条件与实际轴承工作条件不同。

具有测量精度高的特点。

半硬支承平衡机是平衡转速在0.3～0.5倍参振系统共振频率之间的平衡机。

同时具有有硬支承平衡机支承刚度高的特点，又有软支承平衡机精度高的优点。

平衡机从应用方面分可分为立式平衡机和卧式平衡机；专用平衡机和通用平衡机。

卧式平衡机是被平衡转子的旋转轴在平衡机上呈水平状态的平衡机。

适用于有转轴或可装配工艺轴的转子，如机床主轴、滚筒、风机、增压器、电机转子、汽轮机等等。

立式平衡机是被平衡转子的旋转轴在平衡机上呈垂直状态下的平衡机。

适用于转子本身不具转轴的盘状工件如离合器、齿轮、风扇、压盘及其总成、制动盘、风叶、水泵叶轮、汽车飞轮、刹车毂、皮带轮、砂轮等盘类零件。

通用平衡机是指能对形状和支承形式比较规则的转子进行动平衡的平衡机。

通用平衡机操作简单，效率也较高。

专用平衡机是能对支承形式和外观与一般转子不同的转子进行平衡的平衡机，例如特别针对发动机的曲轴，汽车的传动轴进行设计的平衡机。

功能专一。

动平衡加工的方法
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、铣削、磨削等。

平衡精度等级
考虑到技术的先进性和经济上的合理性，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11个级别，每个级别间以2.5倍为增量，从要求最高的G0.4到要求最低的G4000。

单位为公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平衡对于转子轴心的偏心距离。

如下表所示：
在您选择平衡机之前，应该先确定转子的平衡等级。

动平衡机应用范围概述
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。

小型水轮发电机组运行中的振动分析
水轮发电机组振动是水电站存在的一个普遍问题，有设计、制造、安装、检修、运行等方面的原因。

运行中的机组不同程度都存在著振动，电站规定振动值在某一允许范围内，当振动超过规定的允许值时，便会影响机组的安全运行和机组的寿命，需及时找出原因并采取措施消除。

同时，水轮发电机组的振动是一个复杂的问题，但从振动的原因来看，一般有机械、水力及电磁等方面的原因。

笔者结合实践谈谈水轮发电机组运行中的振动问题。

机械振动由于机组机械部分的惯性力、摩擦力及其他力的干扰造成的振动叫做机械振动。

引起机械振动的因素有：转子质
量不平衡、机组轴线不正、导轴承缺陷等。

转子质量不平衡。

由于转子质量不平衡，转子重心与轴心产生一个偏心距。

当主轴旋转时，由于失衡质量离心惯性力的作用，主轴将产生弯曲变形。

轴变形越大，振动也越严重。

在制造时，要进行转子的静平衡、动平衡试验，使不平衡重量尽可能小，从根本上消除这种振动的原因。

轴线不正。

机组轴线不正会引起两种形式的振动：弓状回旋。

由于转子、转轮几何中心偏离旋转中心，运行中会产生横向及纵向振动，直接形成回旋对推力轴承、导轴承均构成威胁，还能增大离心惯性力，两者都使振幅增大。

从运行角度分析，一般出现在投运年限较长，各导轴承间隙大，没能及时修复，或者检修质量不良等情况下。

另外一种是摆振。

在动水压力下，推力轴承处发生摆振。

为此，在安装和检修时必须找正轴线，调整各导轴承的间隙在允许范围内。

对新投产的机组，一般不会由于轴线不正而引起剧烈振动，但对于运行一段时间后的机组，由于某种原因使轴线改变，如推力头与轴配合不严密、卡环不均匀压缩、推力头与镜板间的垫变形或破坏等，都会引起机组振动。

导轴承缺陷。

当导轴承松动、刚性不足、运行不稳而润滑不良时，会发生摩擦，引起反向弓状回旋，即横向振动力。

导轴承间隙过小，会把转轴的振动传给支座和基础，导轴承间隙过大，转轴振动大。

适当的导轴承间隙，才有可能同时保证转轴与支座的振动均在允许范围内。

水力振动由水轮机水力部分的动水压力的干扰造成的振动叫水力振动。

引起水力振动的因素有：水力不平衡、尾水管中的水力不稳定、涡列等。

水力不平衡。

当流入转轮的水流失去轴对称时，出现不平衡的横向力，于是造成转轮振动。

水流失去轴对称的主要原因是过流通道不对称，如：蜗壳形状不正确；导叶开度不均，引起转轮压力分布不均；在流道中塞有外物；转轮止漏环偏心等。

尾水管中水力不稳定。

尾水管中水力不稳定现象，主要指尾水管中的水压周期性的变化，压力脉动作用于机组和基础上，就引起振动、噪音和出力波动，同时它对尾水管有相当大的破坏作用。

这种情况一般发生在非设计工况下，水流在尾水管进口有一个圆周分量，形成旋流。

当此分量达一定值时，便在尾水管中出现涡带，使尾水管的水流发生周期性的变化，引起水压脉动和管壁振动。

当水轮机的自振频率与压力脉动频率相同时，便发生共振，威胁水轮机组的运行。

涡列。

当水流绕流叶片，由出口边流出时，便会在出口边处产生涡列，从叶片的正面和背面交替出现，形成对叶片交替的冲击。

当叶片自振频率与冲击频率相同，便产生共振。

由涡列所引起的振动只在一定水头和开度时才会发生，它能使叶片的根部或轮缘产生裂纹，有时还伴随著一定的声响。

在偏离设计工况下运行，机组一般都存在著一个振动区。

这个振动区主要是由水力方面引起的，如尾水管中水力不稳定、涡列等。

在没有解决振动问题之前，为了机组的安全与稳定，值班人员应尽可能地避开这些区域运行。

磁振动由发电机电磁部分的电磁力的干扰造成的振动叫做电磁振动。

引起电磁振动的因素有：发电机二相不对称运行、发电机突然短路等。

发电机三相不对称运行
发电机运行时，会发生三相不平衡负载，引起三相电流不平衡。

三相不平衡电流会在三相绕组中产生一个正序旋转磁场和一个负序旋转磁场。

当负序磁场对著水力发电机转子纵轴附近时，因气隙小，磁阻小，磁力线就多，转子和定子间的作用力就大。

当负序磁场对著转子横轴附近时，因气隙大，磁阻大，磁力线就少，转子与定子间的作用力就小。

这样，负序磁场和转子之间的作用力时大时小，就使力矩变成两倍于周波数的频率而脉动，造成转子及定子机座的振动。

发电机突然短路发电机突然短路会使定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用。

这些力包括定子绕组端部相互间的作用、定子绕组端部与转子绕组端部相互间的作用力以及定子绕组端部与铁芯之间的作用力。

另外，发电机突然短路还使转子轴受到很大的电磁力矩作用，所受力矩分为两种：一种是短路电流中使定子、转子绕组产生电阻损耗的有功电流分量所产生的阻力矩，另一种是突然短路过度过程中才出现的冲击交变力矩。

这些电磁力及电磁力矩能使发电机组受到剧烈的振动，并给发电机部件带来危害。

发电机转子两点接地当发电机在运行中出现转子两点接地时，部分线匝短路，电阻降低，有较大的短路电流流过短路点，励磁电流不正常的增大，发电机进相多，引起磁场不平衡，造成发电机组强烈的振动。

此外，非同期并列、系统故障、雷击也会使发电机组产生电磁振动。

平衡机的一般工作条件
1.室内温度在5～35℃范围内；
2.相对湿度不超过85％；
3.电源电压的波动量不应超过名义值的±10％；
4.安装紧固在稳固的基础上，安装水平度在0.2/1000以内；
5.平衡机周围无振动源干扰、无电磁辐射、无腐蚀性介质的车间场地。

允许不平衡量的计算
允许不平衡量的计算公式为：
式中m per为允许不平衡量
M代表转子的自身重量，单位是kg；
G代表转子的平衡精度等级，单位是mm/s；
r 代表转子的校正半径，单位是mm；
n 代表转子的转速，单位是rpm。

举例如下：
如一个电机转子的平衡精度要求为G6.3级，转子的重量为0.2kg，转子的转速为1000rpm，校正半径20mm，
则该转子的允许不平衡量为：
因电机转子一般都是双面校正平衡，故分配到每面的允许不平衡量为0.3g。

在选择平衡机之前，应先考虑转子所要求的平衡精度。

小汽车跑偏的故障排除析
目前，小汽车的前轮多采用独立悬挂设计，而这种设计比较紧凑，底盘位置相对较低，越野性能相对较弱。

但我国道路状况比较复杂，车辆行驶过程中常会遇到高台障碍或凹凸不平的路面。

前悬挂部件极易出现同障碍物发生碰撞，和来自路面对车辆冲击过大的现象。

当这种碰撞冲击产生的力量足够使前悬挂部件发生变形时，前悬挂各部件安装位置就会产生变化。

这种变化会改变前悬挂各部件安装位置之间的几何形状、角度和几何直线距离。

从而直接影响到轮胎外倾角度，主销后倾角度，前轮前束和左右转向角的数值。

所以前横梁下摆臂减振器应当是车辆跑偏故障的重点检查的部件。

影响车辆四轮定位的因素有很多，以下是在做四轮定位前需要检查的项目：
各部位胶套、胶垫老化程度和磨损状况；
减振器的外观有无变形，减振性能如何；
个球头、支撑拉杆外观状况和性能；
轮胎磨损状况，轮胎动平衡和轮胎胎压是否符合标准，轮胎钢圈有无变形；
前悬挂下摆臂，前横梁有无损伤；
轮芯轴承有无松旷；
车身，尤其是减振器上座的固定部位有无因撞车而造成的错位现象。

前悬挂部件的检查是四轮定位的基础，在排除行车跑偏的故障时，正确的施工次序是：
检查轮胎和轮胎钢圈，检查轮胎动平衡及轮胎气压是否符合标准。

检查前悬挂各部件拉杆、球头、下摆臂、左右减振器、轮芯轴承及前横梁等部件是否正常。

如发现异常必须立即排除。

检查左右两侧轴距是否符合标准。

在检查1-3项检查合格后，方可进行四轮定位。

轮胎定位后，必须进行侧滑和道路行车实验，以检查调整后的效果。

经过以上五个步骤的检查维修和调整，维修人员就可以及早发现故障点，加快维修进度，减少返工次数。

不平衡力从测量平面到校正平面上的换算
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在硬支承平衡机中，轴承支架的刚度较高。

由于不平衡量所产生的离心力，不能使轴承支架产生摆动。

因而工件与轴承支架几乎不产生振动偏移，这样“不平衡力”就可以被认为是作用在筒支梁上的“静力”，因此就能用单纯静力学原理来分析工件的平衡条件。

根据刚性转子的平衡原理，一个动不平衡量的刚性转子。

总可以在与旋转重心相重合的二个校正面上减去或加上适当的质量来达到动平衡。

转子旋转时，支架上的轴承受到“不平衡”的交变动压力，它包含着“不平衡”的大小和相位的讯息。

为了精确、方便、迅速地测量转子的动不平衡，通常把这一非电量检测转换成电量检测。

可选用压电传感器作为机电换能器。

由于压电传感器是装在支承轴承处，故测量平面位于支承平面上。

但转子的二个校正平面根据各种转子的工艺要求（如形状、校正手段等）。

一般选择在轴承以外的各个不同位置上。

所以有必要把支承处测量到的不平衡力讯号换算到二个校正平面上，这可以利用上述静力学原理来实现。

平衡机概述
平衡机是测量旋转物体(转子)不平衡量大小和位置的机器。

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
平衡机的维护保养
必须经常保持平衡机清洁，导轨面上应保持清洁，并经常涂油防锈。

支承块或滚轮表面应保持清洁，不准粘附铁屑、灰尘杂物，每次工作前应揩净支承块或滚轮和转子轴颈，加上少许润滑油。

移动支承架时应同时将转子转动或将左右支承架同时同速移动，以免轴颈和滚轮表面划痕磨损，不允许将转子放在滚轮架上进行敲打或撞击。

电测箱是平衡机的关键部件，必须防止振动和受潮，应妥善保管。

工作完毕后应关掉电测箱开关。

电测箱如较长时期不使用，则应定期通电预热几小时。

电测箱面板上所有旋钮和开关不得随意拨动，以免损坏元器件和带来测量误差。

光电头的镜头玻璃应经常用擦镜纸或擦镜布揩清透镜的外表面，使之保持清洁，切忌用带油污的纱头或脏布揩拭镜面。

平衡机是精密的检测设备，应有专人负责保管与操作。

平衡机的故障原因及排除（一）
引起平衡机不能正常工作或达不到平衡精度的因素很多，这些因素中有的是被平衡工件的原因，也有的是机器本身或电测系统的原因。

因此只要某一个环节不正常就必然会影响工件的平衡，如能针对性地分析这些现象，才能有助于我们正确区分并判定出现的各种情况的原因，进而采取有效措施来减少或消除这些不利因素对工件平衡的影响。

1.工件的影响
校正工件不平衡要求超过了平衡机本身最小可达剩余不平衡量的能力，也就是平衡机的平衡精度不能满足工件平衡的要求。

工件本身支承处轴颈的圆度不好，表面粗糙度太低。

工件本身的刚度不佳，在高速旋转时产生变形造成质量偏移，或工件本身有未固定的零件在旋转状态下移动或松动。

经过平衡的转子在实际使用中会出现明显的振动，这并非转子自身不平衡所引起的，而是由于转子支承轴颈成椭圆或转子结构上存在着刚度的差异引起而产生的高次谐波，电磁激励引起的振动，带叶片转子在旋转过程中产生气涡流的影响，系统的谐振等而引起的。

由于电网相连的其他设备频繁启动造成电源波动和噪声的影响或由于支承架滚轮与转子轴颈两者直径相近而产生的拍频干扰。

滚轮直径与工件轴颈尺寸间的差异应大于20%。

由于校验无轴颈的转子而使用的工艺芯轴本身的不平衡或芯轴安装与支承处的同轴度误差，以及芯轴与转子配合的间隙误差而造成平衡后的转子在重复装校时或使用时又产生较大的不平衡。

工件转子的实际工作状态和平衡校验时的状态不一致。

校正工件转子的不平衡量时，其加重或去重的质心位置与平衡机测量显示的校正位置偏离。

平衡机的故障原因及排除（二）
平衡机的影响
1.左右支承处有高低，使转子左右窜动或轴颈平面与支承处相擦。

2.支承块严重磨损或滚轮跳动增大。

3.支承处有污物，未加润滑油。

4.安装平衡机的地基不符要求，底部结合面未垫实，地脚螺栓未紧固，或放在楼面上，引起共振。

5.传感器的输出讯号不正常。

6.支承架上能移动的零部件处的紧固螺钉未固紧。

7.传动带不符要求，有明显的接缝。

8.平衡机光电头未对正反光纸，光电头镜面模糊，光电头位置偏斜引起角度偏移。

平衡机常用术语解释
1.不平衡量
转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。

它等于不平衡质量和其质心至转子轴线的乘积，不平衡量单位
是gmm或者gcm，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，单位是gmm/kg。

在静不平衡时相当于转子的质量偏心距，单位为μm。

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（亦称许用不平衡率）。

6.剩余不平衡量
平衡校正后转子上的剩余不平衡量。

7.校正半径。