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100多年来,平衡技术已经与卡尔•申克的名字紧密地联系在一起

平衡技术的100年

卡尔申克
卡尔申克

100多年来,平衡技术已经与卡尔•申克的名字紧密地联系在一起:1908年,位于达姆斯达特的公司制造出第一台平衡机。但是,这并不意味着平衡不是以前的人们关注的问题。实际上,即便是最早的蒸汽机转子也必须平稳运行,平衡就已成为这一时期的关注重点。请看下列平衡发展史上的众多重要里程碑:

早期的平衡

早期的平衡
早期的平衡

现在我们很难相信在工业化的早期汽轮机转子的平衡需要花费3-4周艰苦的手工劳动。大约150年前,技术比较简单,平衡工艺的结果也不精确。锅炉会爆炸,高速运转的飞轮会解体,造成了严重的危险。平衡质量低下也使轴承快速磨损。经验丰富的工程师认识到了这些危险,开始寻求解决方案。
加拿大工程师H. Martison是首批从理论角度对平衡问题展开研究的人员之一。1870年,他获得了很可能是平衡历史上的首个专利。转子各向同性安装在万向节轴传动的软盘簧上。渐渐地将一支粉笔靠近旋转的转子,你就能相当精确地确定不平衡的位置。但是,这种机器实际上是否有效,或者是否曾经大批量地生产过,没有这方面的记录。

申克登上历史舞台

申克动平衡机

随着技术的快速发展,转子振动引起的问题变得日益明显。工人们需要大量的技巧、经验和大约3-4周的劳动使用碾轧方法在刀锋上对转子进行静平衡。1907年,Ing. FRANZ LAWACZECK博士在他的论文《平衡机的理论和设计》里描述了一种可行的方案。
1908年,早就对当时的碾轧平衡开始研究的卡尔•申克与Lawaczeck缔结了许可协议。Lawaczeck原理一直到40年代都有效:转子的一端为安装在钟摆上的固定轴承。另一端为向心挠性轴承。经过一个平面的初始校正后,再重新安装转子。1915年,申克获得了在全世界生产这种机器的许可证。
在这一时期,人们研制了许多新的光学和机械测量方法,大大提高了测量精度。Lawaczeck模型能够达到的平衡精度相当于0.001mm的重心位移 –- 即便是在今天,这种平衡精度对很多应用场合也是绰绰有余的。

从机械到电气设备

申克动平衡机

1935年,一款享有美国专利的、配有电动振动传感器和不平衡角频闪确定技术的机器首开新型设计的先河。
1942年,申克获得了“通过在示波器显示屏上显示的周期曲线运用不平衡角位置的确定来进行动平衡的方法和设备”的专利。这是首个适合大批量生产的平衡系统。由于其精度高,该系统在整个二战期间都一直用来平衡海军舰艇的回转稳定器。
在发展过程中,随后使用的功率表方法抑制了不良的寄生振动。此时,由于应用了很多基础部件,也就是功率表、振动传感器和角标准信号发生器,人们就可以在一次测量中确定不平衡的位置和大小。不平衡量在2个指针式仪表上显示。

申克动平衡机

1953年,光点指示式矢量计引起了进一步的发展。将单个显示器内的2个数值组合起来,并将测量值以光点的形式“储存”在显示屏上,极大地简化了平衡工艺 –- 不平衡现在变得非常直观。即便是今天,矢量计也是现代测量仪器不可或缺的一部分 -- 一种经过实践验证的用显示屏在现代测量仪器上显示不平衡位置和大小的方法。
随着当时被称为“工作机”的机器的发展 – 现在被称为通用平衡机 – 平衡工艺又向前迈进了一大步。曲轴的“平衡线”确定了曲轴的不平衡度以及所需的校正钻孔深度。一个简单的运输系统将曲轴从测量站传送到钻孔设备并返回。曲轴的不平衡测量、校正和试运行一共只需要2分钟。

平衡新世纪的曙光

申克动平衡机

战后经济技术的快速发展也给平衡技术打上了烙印。一直到现在,汽车工业、航空航天技术、能源生产和电力工业以及机械工程以及其日益增长的需要都极大地推动了平衡技术持续向前发展。
50年代早期研制了一种全新的大批量生产曲轴的方法:曲轴锻件或铸件的质量定心法。这种新工艺使人们可以用定心孔来确定并标记曲轴锻件或铸件的实际惯性轴。
同样还是在50年代早期,人们对电力的需求日益增加,结果建造了许多大型的发电厂,电力生产能力日益增强。为涡轮机和发电机研制的RI和DI系列平衡和超速试验台使人们可以第一次系统地对总重达到80t的转子的不平衡进行校正。
人们第一次使用平衡机配备的钻孔设备进行质量校正。这些系统适合大批量生产的许多任务,并考虑了平衡的经济性。因此,平衡的成本大幅降低,因为再也不需要将转子从平衡机上拆下并再次安装到钻孔机上,而这项工作非常耗时。

申克硬支撑平衡机

航空航天工业对平衡技术提出了新的挑战。对高难度任务人们研制出许多创新型的解决方案,并不断开拓新的领域。喷气发动机的出现为平衡技术带来新的发展:根据喷气发动机制造商的要求,人们量身制造了一系列卧式和立式机。
此时航天工业又成为新的合作伙伴。为卫星和火箭研制出首批平衡机,以及惯性矩测量平台或重心称重系统。
与此形成对照的是,在60年代早期,驾驶员面临的问题却更加务实一些:随着汽车速度越来越快,出现了新型的轮胎,而不平衡却成为新的挑战。汽车制造商开始在生产过程中对轮胎进行平衡。另外,还需要专门的改进工作机。
60年代末,产品范围扩展到一系列持证生产的MAN 旋转试验台。除了涡轮机和压缩机盘以外,它们的主要应用区域是快速运转的工具如抛光和研磨盘等的疲劳试验。
1968年之后,硬支撑机在工业上应用越来越普遍。尽管早期型号不能达到同样的精度,但它们的速度越来越快,在日常运行中具有巨大的实际优势。再也不需要专门对转子进行校准了 – 操作人员要做的事就是输入基本的几何尺寸,并开始平衡运行。只需要运行一周,机器就可以显示不平衡的大小和角位置。这是一个巨大的优势,在当时是革命性的。今天,大多数除了用于专门用途的以外,都是按照这个原理运行的。

从电子到基于微处理器的测量装置 – 数字时代的开始

申克动平衡机

70年代,机械基础确定了自己的主要地位。平衡和诊断技术开始出现电子设备。1971年,开始应用电子功率计测量原理;1974年,开始应用首批计算机控制的平衡系统。数字技术的出现引发了后来的巨大变化:80年代初期,微处理器开始出现在测量系统中。

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