振動基礎淺顯易懂

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本章是使用 Balanset-1A 時所需具備的最基本理論知識，讓您能夠理解原理，而不只是按按鈕操作。

什麼是振動，機器為什麼會振動

任何旋轉的轉子（粉碎機滾筒、風扇葉輪、軸）理想情況下，其質心應該正好位於旋轉軸上。但實際上，質心總會有些微偏移 — 不平衡。當轉子旋轉時，“重點”會在每一圈都把轉子向側邊拉，產生離心力，使機器以旋轉頻率振動。

重要提示：不平衡只是 其中一項 造成振動的原因，機器還會因為以下因素而振動：

• 軸承間隙與磨損，
• 軸不對中（聯軸器、皮帶），
• 裂紋與緊固件鬆動（螺栓、機架），
• 軸彎曲，
• 結構共振，
• 空氣動力與電磁力（風扇、變頻器）。

動平衡只能消除不平衡量，其他問題都必須透過維修解決，而不是靠動平衡。因此有一條黃金法則： 本設備無法透過“動平衡”來修復故障的機器.

振動的測量單位

The Balanset-1A measures 振動速度 — 其均方根值（RMS）單位為 mm/s。這是在工作頻率範圍內評估機器狀態的標準量。

粗略快速評估等級（依據 ISO 10816/20816，詳細內容請見 第 06 章):

對於農業機械（粉碎機、割草機）而言，標準較為寬鬆：4.8 mm/s 以下為正常，若安裝於軟性支撐上則可達 7.1 mm/s，考量實際工作條件，“低於 8 mm/s 已算良好”。

頻率、轉速與諧波

假設轉子以 3000 rpm 的轉速旋轉，相當於每秒 50 轉 = 50 Hz。振動可以分解為各個頻率成分 — 即 頻譜（FFT）。頻譜顯示出“究竟是什麼在造成振動”：

• 1x （旋轉頻率）— 這是典型的 不平衡特徵。這正是動平衡所要降低的分量。
• 2x、3x （二次、三次諧波）— 較常見於 軸不對心、緊固件鬆動、軸彎曲。若 2x 高於 1x — 現在還不適合做動平衡，應先排查不對中或鬆動問題。
• 高頻，“雜訊” — 軸承與齒輪嚙合缺陷。
• 與轉速無關的低頻 — 基座／固定件鬆動、空氣動力因素。
• 電源頻率的倍數 （例如 6 × 50 Hz = 300 Hz）— 來自變頻器的電磁干擾。測試方法：在惰轉過程中關閉變頻器 — 若峰值隨之消失，即表示是電氣因素，而非機械因素。

技術支援團隊的實務經驗法則：若頻譜峰值 隨轉速成比例偏移 — 表示它是旋轉諧波；若峰值 保持不動 — 則表示是結構共振或外部干擾源。

螢幕上呈現的畫面：

相位 — “重點所指的方向”

除了振幅之外，本設備還會測量 相位 — 也就是轉速脈衝（反光標記通過雷射感測器的瞬間）與振動最大值之間的夾角。相位可以告訴您不平衡量所在的位置。安裝試重後，根據振幅與相位的變化，設備會計算出校正重量的質量與角度 — 即 影響係數法.

實際應用上的注意事項：

• 各次測量之間不可重新黏貼轉速標記 — 否則相位的“零點”會發生偏移。轉速感測器本身也不可移動或重新對準；
• 同一系列的所有測量轉速必須保持一致；
• 各次測量的相位必須穩定（誤差範圍不超過約 10–20°）。若相位飄移不定 — 則該次測量結果不可信，應排查機械原因或共振問題。

共振 — 動平衡的頭號大敵

每個結構（轉子＋支撐＋機架）都有其固有頻率。若工作轉速與固有頻率重合， 共振 便會發生共振：振動急遽升高，相位大幅跳動，設備的計算結果無法收斂，“設備會不斷要求增加配重”。

共振的徵兆：

• 轉速稍有變化，振動便會出現數倍的變化；
• 安裝計算出的配重後，振動不減反增；
• 在條件不變的情況下，振幅與相位都不穩定。

解決方法：改用其他轉速進行動平衡 — 通常 低於 選擇避開共振點的轉速即可。粉碎機的典型做法：先在 600–900 rpm 進行粗平衡，再切換到工作轉速。較新版本的軟體提供了 RunDown（惰轉）圖表 功能 — 讓轉子升速後切斷驅動，記錄惰轉過程：峰值即顯示出共振頻率，您可以在各峰值之間選擇適合的動平衡轉速。

實際案例：某位客戶的轉子在 1600 rpm 時始終無法完成動平衡，但在 1000 rpm 時卻順利完成。原因是 1600 rpm 附近存在共振。

線性度，以及為什麼只安裝一半配重

設備的計算是假設系統為 線性：配重加倍，響應也會加倍。對於基座良好的剛性機器而言，這種假設相當接近事實。但安裝在拖拉機上的粉碎機、置於軟性支撐上的機器，或存在間隙與裂紋的結構，其表現則呈 非線性：配重與響應之間往往不成比例。

因此，實務中驗證有效的法則是： 先安裝計算配重的 1/2（狀況較差的機器則安裝 1/3） ，然後進行一次校驗測量，設備會據此再算出剩餘的配重。這比焊接了過大配重、結果“矯枉過正”後再拆除要快得多。

靜不平衡與動不平衡

靜態 — 重點位於轉子的一側。將靜止的轉子放在自由支撐上，重的一側會自行轉到下方。只需在單一平面加裝一個配重即可校正。

動態 — 重點分別位於轉子的不同端、不同側。此時轉子不僅會振動，旋轉時還會“擺動”。需要在兩個平面上分別加裝配重才能校正。這種情況無法透過靜態方式檢測：將轉子轉 90° 後，兩個重點看似互相抵消，但在轉動時，每個重點卻各自朝不同方向施力。

單一校正平面還是兩個？

• One plane — 適用於窄型轉子（圓盤、皮帶輪、窄葉輪）。ISO 21940-11 的經驗法則：若轉子寬度小於其直徑的一半（比例約為 1:2，實務上技術支援建議 1:3）— 則單一平面即可。
• 雙平面 — 適用於長型轉子（粉碎機滾筒、軸、聯合收穫機轉子、3000 rpm 以上的風扇）。轉子兩端的不平衡會相互影響，因此設備會同時測量兩個通道（感測器 X1 與 X2），一次計算出兩端的配重。

G 動平衡品質等級（ISO 1940 / ISO 21940-11）

殘餘不平衡量以 g·mm 透過 G 等級來規範：

轉速越高、轉子越小 — 等級要求就越嚴格。Balanset 軟體內建公差計算器：輸入轉子質量、轉速與 G 等級 — 即可得出每個平面的容許殘餘不平衡量（g·mm）。實際案例：一個 80 kg 的轉子，轉速 3000 rpm，G6.3 → 每個平面的公差約為 802 g·mm。

請勿混淆這兩套評估系統：

• mm/s （振動速度）— 依據 ISO 10816/20816，用於評估已安裝就位的整機狀態；
• g·mm （殘餘不平衡量）— 依據 ISO 1940/21940，用於評估轉子本身。動平衡機以 g·mm 為單位；現場動平衡則通常以 mm/s 為觀察指標。

簡明詞彙表