理解動平衡靈敏度
動平衡靈敏度 — 也稱為最小可達殘餘不平衡量（MARU）— 是最小的 不平衡 在 動平衡校正 過程中可被可靠地檢測、測量並校正的量。它是 轉子 可被平衡的精細程度的實際下限，取決於測量設備的性能、 轉子-軸承系統的行為，以及周圍環境。靈敏度之所以重要，是因為它決定了指定的 動平衡公差 是否實際上可以達到：如果所需的公差小於系統的靈敏度，無論工作做得多麼仔細，都無法滿足規格要求。
1. 為什麼動平衡靈敏度很重要
量化靈敏度至關重要，原因如下：
- 可行性評估： 在作業開始前，靈敏度可告訴您所需的平衡品質在現實中是否可達。
- 設備選擇： 它指導選擇具有足夠解析度的動平衡儀器與感測器，以符合應用需求。
- 成本效益分析： 極高的靈敏度需要昂貴的設備與耗時的程序，因此要求必須符合實際的運轉需求。
- 疑難排解： 當平衡品質未達標時，靈敏度分析可將真正的設備限制與程序錯誤或轉子系統中的機械故障區分開來。
- 品質保證： 有文件記錄的靈敏度是動平衡系統實際可提供能力的客觀證據。
2. 影響動平衡靈敏度的因素
許多影響因素共同決定了可達到的靈敏度；它們可分為四類。
測量系統因素
- 感測器解析度： the smallest vibration change the 加速規 或換能器可檢測到的最小振動變化。
- 信噪比： 來自鄰近機械的背景振動、電氣噪聲或地板運動可能會掩蓋不平衡產生的微小變化。
- 儀器精度： the precision with which the 振動分析儀 解析 振幅 與 相位.
- 轉速表精度： 相位精度取決於來自 鍵相器 或轉速表的乾淨、精確的每轉一次參考信號。
- 數位解析度： A/D 轉換器解析度與 FFT 頻寬均限制了可達到的精度。
轉子-軸承系統特性
- 動態響應： 系統對單位不平衡量的響應強度 — 即 影響係數的大小。響應較低的系統需要更大的不平衡量才能產生可測量的振動。
- 軸承類型與狀態： 游隙過大或具有非線性行為的磨損軸承會降低靈敏度。
- 結構共振： 在 共振 附近運轉會放大響應並提高靈敏度，而遠離它運轉則會降低響應。
- 阻尼： 高度 阻尼 系統會衰減振動並降低靈敏度。
- 基礎剛性： 柔性的或順從的基礎會吸收振動能量，縮小給定不平衡量下的可測量響應。
運轉與環境因素
- 運轉速度： 不平衡 離心力 隨轉速的平方增長，因此在較高轉速下靈敏度會顯著提升。
- 製程變數： 流量、壓力、溫度與負載皆可能引入振動，掩蓋不平衡訊號。
- 環境條件： 溫度波動、風力與地面振動皆會干擾量測。
- 重複性： 若運轉條件在多次測試間發生漂移，即使儀器性能良好，有效靈敏度仍會下降。
配重放置精度
- 質量解析度： 可用的最小配重增量——例如，僅能以 1 克為單位增加質量。
- 角度定位精度： 角度定位的精度 校正配重 角度定位的精度
- 徑向位置一致性： 實際固定配重時的半徑變化。
3. 決定動平衡靈敏度
靈敏度最好透過實驗建立，而非憑假設。
程序
- 建立基線： 將轉子以常規方法平衡至可達到的最低殘餘不平衡。
- 添加已知的小配重： 安裝一個已知精確質量的 試重 在已知角度——例如 0° 處 5 克。
- 量測響應： 運轉機器並記錄振動向量的變化。
- 評估可偵測性： 若變化清晰可測且明顯高於雜訊——通常為量測雜訊水平的兩到三倍——則該不平衡可被偵測。
- 反覆執行： 使用逐漸減小的配重重複測試，直到變化無法與量測雜訊區分為止。最後可靠偵測到的量即為靈敏度。
經驗法則
作為參考，最小可檢出殘餘轉子不平衡量是指產生至少為背景噪聲水平或測量重複性（取較大者）兩到三倍振動變化的不平衡量。任何更小的響應均無法可靠地區分於噪聲。
4. 典型靈敏度數值
可達到的靈敏度因系統與設備而異，差異極大。
高精度動平衡機（車間環境）
- 靈敏度：每千克轉子質量 0.1 至 1 g·mm。
- 應用：渦輪機轉子、精密主軸、高速設備。
- 可達到的 G 等級：G 0.4 至 G 2.5。
使用便攜設備進行現場動平衡
- 靈敏度：每千克轉子質量 5 至 50 g·mm。
- 應用：大多數工業機械——風機、馬達、泵浦。
- 可達到的 G 級別：G 2.5 至 G 16。
大型低速機械（原位）
- 靈敏度：每千克轉子質量 100 至 1000 g·mm。
- 應用案例：大型破碎機、低速磨機、大型轉子。
- 可達到的 G 級別：G 16 至 G 40+。
這些範圍說明了為何 現場動平衡 能達到良好但非實驗室級別的品質：組裝後的機器、其基礎與環境皆位於轉子與感測器之間。
5. 提升動平衡靈敏度
當工作所需的靈敏度超過系統目前提供的水平時，可採取多種措施。
設備升級
- 安裝具有更高解析度與更低雜訊的高品質感測器。
- 改用更精密的振動分析儀。
- 提升測速儀或相位參考精度。
量測技術優化
- 對多次量測結果取平均以抑制隨機雜訊。
- 在較高轉速下進行動平衡校正，此時不平衡力較大。
- 優化感測器安裝位置——更靠近軸承且安裝更牢固。
- 屏蔽感測器免受電磁干擾。
- 控制環境：保持溫度穩定並進行隔振。
系統修改
- 加固基礎以減少振動衰減。
- 更換磨損的軸承以恢復線性響應。
- 將機器與外部振動源隔絕。
程序改進
- 用途 永久校準 以減少所需的試重運行次數。
- 應用影響係數精化技術。
- 利用統計製程控制追蹤測量重複性。
6. 靈敏度與公差：關鍵關係
要成功進行動平衡校正，靈敏度與公差必須保持適當的比例。
所需條件
動平衡校正靈敏度 ≤ (指定公差 / 4)
此「4:1 法則」確保動平衡校正系統擁有足夠的餘裕，能以充足的安係數可靠地達到指定公差。
範例
若規定公差為 100 g·mm：
- 所需靈敏度：≤ 25 g·mm。
- 若實際靈敏度為 30 g·mm，則公差將難以穩定維持。
- 若實際靈敏度為 10 g·mm，則公差可輕鬆達成，且留有餘裕。
您可以利用 剩餘不平衡計算器 (ISO 21940-11)，並評估儀器端——即動平衡校正機對已知試重的響應——利用 動平衡校正機靈敏度計算器 (ISO 21940-31).
7. 現場的動平衡校正靈敏度
對於已安裝的機組，靈敏度正是決定現場動平衡能否達到目標等級，或轉子是否必須送修至車間的因素。像 Balanset-1A 這類便攜式雙通道儀器，在加入試重的瞬間便確立了其實際工作靈敏度：透過測量已知質量產生的 1× 振幅與相位變化，它既能計算轉子的影響係數，也能揭示在當前噪聲底層下仍可解析的最小不平衡量。由於它在機器自身的軸承中以運轉速度進行作業——此時不平衡力最大——因此它能捕捉到真實條件下所能達到的最佳靈敏度，隨後驗證最終的 剩餘不平衡 是否符合所選公差。
8. 實際影響與文件記錄
理解靈敏度對動平衡校正工作的報價、規範制定與驗收簽核有直接影響：
- 工作報價： 靈敏度決定工作能否以現有設備完成，或是否需要專用設施。
- 規範撰寫： 公差規範應符合現有靈敏度的實際情況，而非僅憑願景。
- 品質控制： 記錄在案的靈敏度為判斷不良結果是設備限制所致還是程序錯誤提供了客觀依據。
- 設備投資理由： 量化的靈敏度需求是投資更高精度系統最有力的論據。
因此，專業的動平衡校正報告應記錄用於確定靈敏度的方法、測得的最小可檢出殘餘轉子不平衡量 (MARU)、測量重複性（重複讀數的標準差）、靈敏度與指定公差的比較（能力比率），以及明確的符合性聲明——例如，「系統靈敏度為 X g·mm，足以達成指定公差 Y g·mm。」
