了解動平衡公差
動平衡公差 是允許的最大 剩餘不平衡 可能殘留在轉子中的 轉子 一旦 動平衡校正 完成後。它是驗收標準——決定轉子是否已平衡至足以滿足其預期用途的界線。公差可以表示為指定半徑下的不平衡質量（以克毫米或盎司英寸為單位），或表示為 振動 振幅（以 mm/s 或 mils 為單位）。這些限值由國際標準設定——主要是 ISO 21940 系列——根據轉子類型、運轉速度與應用分配平衡品質等級，在各產業中提供一致、安全且可重複的結果。
1. 為何動平衡公差重要
設定正確的公差並非只是打勾；多項實務考量取決於此：
- 安全性： 過多的殘餘不平衡可能導致機器故障，危及人員與鄰近設備。
- 設備壽命： 保持在公差範圍內可最小化振動引起的 磨損 對軸承、密封件與結構的損害，延長使用壽命。
- 品質保證： 明確的公差為動平衡工作提供客觀的通過/失敗標準，因此品質不取決於主觀意見。
- 經濟平衡： 公差是在完美平衡的不可能成本與可接受性能之間的刻意妥協——追求零不平衡是沒有意義的。
- 符合標準： 符合公認的公差可證明符合最佳實務，且可能受法規或保固要求。
2. ISO 21940-11：主要標準
ISO 21940-11 ——是久經考驗的 ISO 1940-1 ——的現代繼任者，是剛性轉子平衡品質要求的國際公認標準。它定義了一系列以 G 等級表示的平衡品質等級，其中「G」代表等級，數字為以毫米每秒的軌道速度表示的允許比不平衡偏心。
常見平衡品質等級
該標準涵蓋從 G 0.4（最高精度）到 G 4000（最粗糙）的等級。常用等級包括：
- G 0.4： 精密磨床主軸與陀螺儀——最高精度。
- G 1.0： 高精度機床主軸與渦輪增壓器。
- G 2.5： 燃氣與汽輪機、剛性渦輪發電機轉子、壓縮機、機床驅動裝置。
- G 6.3： 大多數一般機械——兩極電動機轉子、離心機、風機與泵。
- G 16： 農業機械、破碎機、多缸柴油引擎。
- G 40： 低速運轉設備與剛性安裝的四缸柴油引擎。
較低的 G 數值表示更嚴格的公差與更少的允許不平衡；較高的 G 數值允許更多。關鍵在於，允許質量也取決於速度——對於給定的等級與轉子，允許的不平衡隨運轉速度上升而下降，因此高速轉子必須比同等質量的低速轉子平衡得更精確。
3. 計算動平衡公差
允許的殘餘不平衡取決於三個量：轉子質量、其運轉速度與所選的平衡品質等級。
允許殘餘不平衡公式
U每 = (G × M) / (ω / 1000)
其中：
- U每 = 允許殘餘不平衡（克毫米，g·mm）
- G = 平衡品質等級（例如 G 6.3 的 6.3）
- M = 轉子質量（公斤）
- ω = 角速度（弧度每秒）= (2π × RPM) / 60
使用 RPM 的簡化公式
日常使用中，該關係簡化為：
U每 (g·mm) = (9549 × G × M) / RPM
其中 M 為以公斤為單位的轉子質量，RPM 為運轉速度，G 為等級數值。
計算範例
考慮一個具有以下參數的馬達轉子：
- 質量：50 kg
- 運轉速度：3000 RPM
- 所需平衡品質：G 6.3
U每 = (9549 × 6.3 × 50) / 3000 ≈ 1003 g·mm。
因此，此轉子的最大允許殘餘不平衡約為 1000 g·mm。若校正平面半徑為 100 mm，則相當於該半徑處約 10 克的殘餘不平衡。若要為任何機組類型、質量與速度計算這些數值 — 並將結果分配至各平面 — 請使用免費的 剩餘不平衡計算器 (ISO 21940-11)，它還可讓您交叉檢查從 g·mm 到 離心力 的轉換（若您需要）。
4. 單平面與雙平面公差
計算出的公差適用於單平面中的總不平衡，對於 單面動平衡。對於 雙面（動態）動平衡，ISO 21940-11 提供了在兩個 校正平面之間分配總允許量的規則，通常根據平面間距與轉子幾何形狀進行分配，以避免任一平面過度校正。
5. 基於振動的公差
雖然 ISO 21940-11 設定了不平衡質量的限值，但現場動平衡通常改用振動振幅作為驗收標準，因為振幅是儀器在組裝機器上直接測量的值。
ISO 20816 系列
The ISO 20816 標準（ISO 10816 的現代替代品及較舊的 ISO 2372）設定了可接受的 振動嚴重度 各種機組類別的極限，基於 RMS 速度。結果以評估區間報告：
- A 區： 新投運機組 — 振動極低。
- B 區： 適合無限制長期運轉。
- C 區： 僅限短期容忍；應規劃校正措施。
- D 區： 不可接受 — 需立即採取校正措施。
實務現場準則
經驗豐富的技術人員也依賴一些經驗法則：
- 振動降至初始水平的 25% 以下 = 平衡成功。
- 絕對振動低於 2.8 mm/s (0.11 in/s) = 對大多數工業設備而言通常可接受。
- 殘餘振動低於 1.0 mm/s (0.04 in/s) = 平衡極佳。
6. 影響可達成公差的因素
公差能否實際達成取決於數項實務因素。
設備能力
- 平衡儀器的測量精度。
- The 和偏移均受影響 振動感測器的精度。
- 校正配重可放置的解析度。
轉子與機組特性
實務限制
- 校正平面的可及性。
- 可用的重量增量 — 材料只能以離散量添加。
- 安裝孔或附著點的角解析度。
7. 公差與平衡能力
有三個相關概念應保持區分：
- 規定公差： 由標準或合約設定的最大允許殘餘不平衡。
- 可達成的平衡： 在現有設備與限制下實際可達到的水平 — 受 動平衡靈敏度.
- 經濟平衡： 超越此點後進一步改善不再具成本效益。
對於大多數工業現場工作，達到比規定公差好兩到三倍的不平衡水平即代表極佳的工作，並為測量不確定性與運轉漂移留有餘裕。在組裝機組上，此驗證在現場進行 — 使用便攜式雙通道分析儀，例如 Balanset-1A 測量 1× 振幅與相位 在校正前後測量，並確認殘餘不平衡落在所選 ISO 21940-11 等級內，在轉子自身的軸承處以運轉速度測量。
8. 文件與驗收
完整的平衡公差記錄應包含規定的 G 級 或公差值；計算出的允許殘餘不平衡 (U每)；平衡後的測量殘餘不平衡；顯示符合性的明確比較（測量值 ≤ 允許值）；以及驗收簽名或註記。這提供了工作符合規範的客觀證據，並作為未來維護評估的基線。
9. 何時使用更嚴格或更寬鬆的公差
在以下情況下，更嚴格的公差是合理的： 機組高速運轉（對安全與軸承壽命至關重要）、需要極低振動的精密度設備、對振動敏感的輕型或柔性結構，或設備位於對振動敏感的製程或儀器附近。
在以下情況下，更寬鬆的公差是可接受的： 設備為低速且重型、結構堅固且對振動容忍度高、僅短暫或不頻繁使用，或當經濟考量明顯優於漸進的性能提升。
