动平衡试验机原理

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平衡机是测量旋转物体(转子)不平衡量和位置的机器。

当任何转子绕其轴线旋转时，由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡的离心力会造成振动、噪音和轴承磨损加速，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、钟表摆轮等旋转部件在制造过程中都需要平衡，才能平稳正常运转。

根据平衡机测得的数据修正转子的不平衡量，可以改善转子相对于轴线的质量分布，将转子转动时产生的振动或作用在轴承上的振动力减小到允许的范围内。因此，平衡机是减少振动、改善性能、提高质量的必备设备。

通常，转子的平衡包括两个步骤:不平衡量的测量和校正。平衡机主要用于不平衡量的测量，而不平衡量的校正往往由钻床、铣床、点焊机等其他辅助设备来完成，或者采用人工的方法。一些平衡机将校准装置作为平衡机的一部分。

重力平衡机和离心平衡机是平衡机的两种典型类型。重力平衡机一般称为静态平衡机。它依靠转子本身的重力来测量静态不平衡。

如右图所示，如果放置在两个水平导轨上的转子有不平衡，其对轴的重力矩使转子在导轨上滚动，直到不平衡处于最低位置。

平衡后的转子放在由静压轴承支撑的基座上，基座下嵌有反射镜。当转子没有不平衡时，光源发出的光束被这个反射镜反射，投射到不平衡指示器的极坐标原点上。如果转子存在不平衡，在不平衡的重力矩作用下，转子支架会发生倾斜，支架下的反射镜也会使反射的光束发生倾斜和偏转，使光束在极坐标指示器上投射的光斑离开原点。根据这个光斑偏转的坐标位置，可以得到不平衡量的大小和位置。

重力平衡机只适用于一些平衡要求不高的圆盘类零件。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。

离心平衡机是根据转子不平衡引起的轴承振动或转子旋转时作用在轴承上的振动力来测量不平衡量的。根据标定平面数量的不同，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)。虽然是转子旋转时测量，但还是属于静平衡机器。双面平衡机可以分别测量动不平衡、静不平衡甚至不平衡，一般称为动平衡机。

离心平衡机根据支撑特性不同，可分为软支撑平衡机和硬支撑平衡机。平衡速度高于转子-支承系统的固有频率，称为软支承平衡机。这种平衡机的支撑刚度小，传感器检测到的信号与支撑的振动位移成正比。平衡速度低于转子-支撑系统的固有频率，称为硬支撑平衡机。这种平衡机的支撑刚度大，传感器检测到的信号与支撑的振动力成正比。

平衡机的主要性能用两个综合指标来表示:最小可达剩余不平衡量和不平衡量减少率。前者是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一个指标；后者是校正后减少的不平衡量与初始不平衡量的比值，是衡量平衡效率的指标，一般用百分比表示。

在现代机械中，由于柔性转子的广泛应用，人们开发了柔性转子平衡机。这种平衡机必须在转子的工作转速范围内进行无级调速；除了测量支承的振动或振动力外，还可以测量转子的挠度。柔性转子平衡机有时安装在真空保护室内，适用于平衡汽轮机等转子。配备了真空泵系统、润滑系统、润滑油脱气系统、数据处理计算机系统等庞大的辅助设备。

根据大批量生产的需要，近代以来汽车制造、电机制造等工业部门都配备了自动平衡机和自动平衡线，可以自动完成对特定转子的平衡测量和平衡校正。