ISO 21940-11：剛性行為轉子之程序與公差
ISO 21940-11 是現代、權威的國際標準，適用於 動平衡校正 的 剛性轉子 ——其不平衡分佈在整個工作速度範圍內不會發生顯著變化的轉子。它正式取代了長期建立的 ISO 1940-1，延續了該文件熟悉的機制，同時精煉了語言，擴充了轉子類型目錄，並提供了更為明確的程序指導。其完整標題為 「機械振動 — 轉子動平衡校正 — 第 11 部分：剛性行為轉子之程序與公差，」 當工程師需要依據公認的參考標準來辯護平衡規範、公差或驗收測試時，總會求助於此文件。
1. 範圍：何謂剛性轉子
該標準僅適用於展現 剛性行為的轉子。正式而言，當轉子可在任意兩個平面進行校正，且在校正後，其 剩餘不平衡 在直至最大運轉速度的任何速度下都不會顯著超過規定的公差時，該轉子即被視為剛性。實務上這意味著軸在 離心力 作用下不會產生明顯彎曲，因此您在低速下測量的質量分佈，實際上與機器在全速運轉時的質量分佈相同。
此假設是整個 ISO 21940 系列的界線。當轉子發生彎曲——通常在其運轉速度超過其第一彎曲 臨界轉速 的約 70% 時——剛性模型便不再適用，必須改用 ISO 21940-12 針對柔性轉子的多速度程序。剛性轉子動平衡校正的既定目標是降低質量 偏心 直至離心力與 振動 來自殘餘不平衡的離心力對於機器的預期工況而言已足夠低——絕非追求理論上的完美平衡，因為那既不可達也不經濟。
2. 指定平衡公差：G 級別
這是標準的核心——回答「平衡需要多精確？」的章節。它延續了國際公認的 平衡品質級別 (G)概念。G 級別是一個常數，等於轉子的允許比偏心 e 與其最大服務角速度 Ω 的乘積：
G = e · Ω （數值上，質心允許的軌道速度，單位 mm/s）
標準包含一份詳盡且更新過的表格，列出了數百種轉子類型——從小電動機電樞和磨削主軸，到泵、風機和機床驅動裝置，再到龐大的汽輪機和發電機——並為每種類型指定了推薦級別。工程師可查閱如 G6.3 適用於典型泵或風機， G2.5 適用於渦輪機或剛性汽輪發電機轉子，或更嚴格的值適用於精密主軸。標準隨後提供公式，將該級別轉換為工作數值：允許的殘餘 比 不平衡 e每，乘以轉子質量後得出總允許殘餘不平衡，單位如克-毫米。因為 e每 = (G × 1000) / Ω，允許的不平衡隨服務速度升高而降低——高速轉子必須比同質量的低速轉子平衡得更精確。我們的 剩餘不平衡計算器 (ISO 21940-11) 可直接從級別、質量和速度執行此轉換。
3. 將公差分配至兩個校正平面
單一總公差不足以平衡實際轉子，因為校正是施加在兩個 校正平面上。一旦得知總允許殘餘不平衡，就必須在兩個平面之間進行分配，ISO 21940-11 提供了明確的公式和向量圖以正確執行。分配並非任意：它取決於轉子的幾何形狀——特別是每個校正平面相對於質心和軸承位置的軸向距離。正確分配公差可確保 靜態 分量和 力偶不平衡 均受控，從而使 兩者 軸承沿轉子全長的動態力最小化。對於對稱的內置轉子，分配接近均等；對於不對稱或外置幾何形狀，分配可能顯著不均。關於 如何在兩個校正平面之間分配允許殘餘不平衡的配套指南 逐步演算相同的算術過程。
4. 驗證殘餘不平衡——驗收測試
施加最終 校正配重 後，驗證運轉確認結果。在專用 動平衡機 上，測量每個校正平面的殘餘不平衡，並與上一步導出的各平面公差進行比較。僅當 兩者 平面中的測量殘餘不平衡均處於或低於公差時，轉子才算通過——一個平面通過而另一個平面接近但未達標，即為失敗。標準強調驗證儀器必須正確校準，且任何工具誤差（心軸、轉接器、驅動元件）都必須予以考慮，因為未校正的工具偏心可能掩蓋或偽造通過結果。
當轉子已安裝時，此驗證在現場而非平衡機坑中進行。便攜式雙通道分析儀如 Balanset-1A 測量 1× 振幅與相位 在機器自身的軸承中以運轉速度測量，計算轉子的 影響係數，並確認殘餘振動位於選定的 ISO 21940-11 級別範圍內——捕捉真實的安裝狀態，包括車間機器無法看到的組裝和熱效應。
5. 報告與追溯性
標準最後指定了正式平衡報告的最低內容，以確保結果可追溯且無歧義。符合規範的報告記錄行政細節（日期、操作員）、轉子的完整識別資訊（零件號和序列號），以及關鍵平衡參數：指定的平衡品質級別、最大服務速度和轉子質量。關鍵在於，它記錄了每個校正平面的 初始不平衡 和最終測量的殘餘不平衡，證明每個值均低於其計算公差。結果是一份永久、可驗證的記錄，證明轉子已按照標準進行平衡。
6. 與 ISO 1940-1 的變更
- 直接替代： ISO 21940-11 是 ISO 1940-1 的官方繼任者。基本原理和核心 G = e·Ω 關係未變，因此引用「ISO 1940-1 的 G6.3」的舊規範可無縫對應至新文件。
- 更強調流程： 新版將平衡視為端到端的工作流程——指定公差、在平面間分配、驗證結果並報告——而非單一公差值。
- 擴展表格與更清晰的指南： G 級別機器表格現涵蓋更多轉子類型，程序與分配說明更為明確。
- 更好的整合： 該標準與 ISO 21940 系列其餘部分緊密配合——第 12 部分針對 柔性轉子 ，第 13 部分針對 原位平衡 ——並引用現代 ISO 20816 系列作為在役振動限值。
- 剛性轉子假設仍是守門員： 整個文件僅在轉子表現為剛性時有效；一旦轉子在速度下彎曲，分析員必須轉向第 12 部分。
