動平衡（兩平面平衡）解析
關於雙平面校正轉子不平衡的實用指南：何時單平面不夠用、影響係數法如何工作、如何計算校正角度，以及應達到怎樣的公差。內容基於數百位 Balanset-1A 使用者的現場經驗——從粉碎機滾筒到 24 噸重的轉子。
1. 定義：什麼是動平衡？
動平衡校正 是一種校正 不平衡 轉子中 兩個獨立的平面 沿其長度分佈。當單一平面校正不足時使用，因為轉子可能結合 靜態（力）不平衡 與 力偶不平衡.
行動式雙平面儀器，例如 Vibromera Balanset-1A 可在現場完成該流程，測量振動並 相位 在每個軸承處進行測量，並藉助 影響係數法.
動平衡機與設備
現場作業需要便攜式動平衡機，而非固定式支架： Balanset-1A 是一款雙通道行動式動平衡儀，配備 FFT 頻譜功能，可在現場完成雙平面不平衡校正——直接在轉子自身軸承中進行，同時計入對中、軸承預緊和基礎影響等因素。具體案例參見 現場傳動軸平衡.
2. 靜態與動態不平衡：關鍵差異
要理解動平衡，必須區分不平衡的兩種主要形式。
- 靜態不平衡： 轉子的質心偏離其旋轉軸。它的表現如同單一的“重點”：將轉子放在自由支撐上靜止時，較重的一側會自行轉到下方。這種情況可以在單一平面內用一個配重來校正（靜態動平衡校正的程序，透過在最少 單面動平衡).
- 動態不平衡： 重點分別位於轉子的不同兩端和不同側面。靜止時這樣的轉子看起來完全平衡——將轉子轉過 90° 後，兩個重點似乎能相互抵消。但在旋轉時，每個重點都會各自向外拉扯：兩個質量會產生一個轉動力，即“力偶”，使轉子 發生端對端的擺動。力偶不平衡可以 唯一 在旋轉中被檢測出來，也可以 唯一 透過在兩個不同平面上加裝配重、形成一個反向力偶來進行校正。
| 靜不平衡 | 動態不平衡 | |
|---|---|---|
| 靜止時能否檢測出來？ | 可以——轉子在自由支撐上會重的一側朝下滾動 | 不能——只有在旋轉時才會顯現 |
| 轉子行為 | 在兩端支撐處均“同相位”振動 | 擺動：兩端支撐的振動相位不同 |
| 校正 | 1 個配重，1 個平面 | 配重分佈在 2 個平面，聯合計算 |
| 典型轉子 | 窄圓盤、皮帶輪、窄葉輪 | 粉碎機滾筒、長軸、聯合收割機轉子，以及轉速 3000 轉/分以上的風機 |
3. 單平面還是雙平面？一條實用規則
ISO 21940-11 的經驗法則：如果轉子 寬度小於其直徑的一半 （比例約為 1:2；根據現場支援經驗，建議採用 1:3），通常單平面校正就足夠了。長轉子則需要雙平面，因為轉子兩端的不平衡 會相互影響：在平面 1 加裝的配重會同時改變兩側支撐處的振動。這正是雙平面儀器需要 同步測量兩個通道 （X1 和 X2 感測器）的原因，並一次性求解兩個平面的校正配重，而不是把兩端當作各自獨立的單平面問題處理。
4. 校正平面與感測器佈置
雙平面動平衡校正 基於以下三個要素：
- 二 校正平面 （平面 1 和平面 2），即安裝校正配重的位置——應沿轉子儘可能拉開距離。
- 兩個振動測點 （通常為軸承座）並連線到 X1 和 X2 通道。X1 感測器對應平面 1，X2 感測器對應平面 2——作業過程中不要將兩者互換。
- A 相位 相位參考 ——一個 轉速計 對準 反光標記 ——用於測量轉速和相位。每轉一圈對應一個標記，貼在輪轂或軸上（而不是葉片上），並且 在各次運行之間不得移動位置.
常見轉子結構下校正平面與感測器佈置的典型示例：
5. 雙平面平衡操作流程
在第一次運行之前，先確認轉子確實存在可平衡的不平衡量，並且測量結果是可信的：
- 軸承無間隙（卸下皮帶後用撬棍晃動轉子檢查），無裂紋，所有緊韌體均已擰緊。
- 轉子處於工作狀態：所有葉片/錘片/刀片均已裝好，轉子表面清潔。
- 感測器沿徑向安裝在軸承座上；轉速標記貼在輪轂上；電纜應固定並遠離轉子。
- 在 振動計 模式：轉速讀數正確且穩定；各次運行間振幅重複性約在 10–20% 以內，相位重複性約在 10–20° 以內。
- 頻譜中以 1× 分量為主。如果 2× 或更高次諧波佔主導——應先排除不對中/鬆動問題。
現場雙平面平衡採用 影響係數法 ——儀器會“學習”機器的響應，依據是一個已知的 試重:
-
Run #0——基準運行
在不加裝任何試重的情況下，將轉子啟動至所選的平衡轉速，並測量兩個通道的初始振動（振幅和相位）。
整個系列的每次運行都應保持相同轉速——偏差控制在約 100 轉/分以內。如果工作轉速正好處於共振區，或振動超過 40–50 mm/s，則應分兩個階段進行平衡，先從較低轉速開始。
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Run #1——在平面 1 加裝試重
停機後，在平面 1 的標記位置安裝試重，重新啟動並再次測量。試重必須使振幅或相位產生的變化達到 20–30% ——否則儀器將沒有足夠的資料用於計算（此時應增大試重質量）。可參考 試重計算器 來獲得初始估算值。
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Run #2——將試重移到平面 2
將試重從平面 1 移到平面 2（是移動過去，而不是在原有基礎上再加一個！），再進行一次測量。
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計算
軟體會為每個平面計算校正質量和角度，兩個平面聯合求解，從而將轉子兩端之間的相互影響也納入計算。
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校正
拆除所有試重，將校正配重安裝在 相同半徑 處（與試重相同）。對於滾筒和風機，焊接是常規做法（需為焊縫本身預留約 100 g 餘量）；根據轉子情況，也可使用螺栓、鉚釘墊圈或軟管卡箍固定。
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驗證與微調
進行一次驗證運行（修補運轉）。對於機械狀況良好的裝置，經過 1–2 次迭代後振動下降 3–10 倍是正常的。程式會計算出一個小的補償配重；重複該過程，直至振動落在公差範圍內。
當計算出的校正角度落在兩個可用固定點（葉片、螺栓孔）之間時，可以藉助 雙平面校正質量分解計算機將所需質量分解到實際可用的位置上，其背後單平面的靈敏度也可以藉助 影響係數計算器.
6. 計算校正角度——最關鍵的一點
校正角度的計數方式為 從試重位置（0°）起，沿轉子旋轉方向計數。不能逆著旋轉方向計數，也不能從任意點起算。
範例：試重位於“12點鐘”位置，從觀察者角度看轉子順時針旋轉。計算結果為90° → 校正配重應放在“3點鐘”位置。常見錯誤是逆著旋轉方向計數（安裝在360−70 = 290°而非70°處）——振動便 增大 ，而不是減小。
在極座標圖上，軟體會直觀地顯示出來：粉色圓點表示試重位置（0°），綠色圓點表示校正配重應安裝的位置，紅色箭頭表示旋轉方向。
7. 結果與公差：什麼時候算平衡完成？
有兩套評估體系會同時用到——請不要混淆： mm/s （整機振動速度，ISO 10816/20816）以及 g·mm (剩餘不平衡 （轉子本身的剩餘不平衡量，ISO 1940/21940-11）。儀器會同時給出這兩項結果。
| 公差帶 | 振動速度 (RMS) | 評估 |
|---|---|---|
| A | 1.4 mm/s 以下 | 優秀——如同全新裝置 |
| B | 1.4 – 2.8 mm/s | 良好——適合長期運行 |
| C | 2.8 – 4.5 mm/s | 可接受——僅適合限時運行 |
| D | 高於 4.5 mm/s | 不可接受——需要採取措施 |
現場調整：對於安裝在軟支撐上的農業機械，容許限值可以放寬——對粉碎機而言，達到 7–8 mm/s 已經是不錯的結果；在這類裝置上追求 0.5 mm/s 沒有實際意義。應重點關注 1× 分量，而不只是總振動值：平衡所降低的正是這一分量。
剩餘不平衡量按 G 級評定（G16——農業機械轉子和萬向軸，G6.3——風機、滾筒及一般轉子，G2.5——渦輪機和機床，G1–G0.4——主軸）。針對您的轉子質量、轉速和所選等級，每個平面允許的 g·mm 值可以透過 殘餘不平衡計算機 (ISO 21940-11) 查詢——同一個計算器也內建在 Balanset-1A 軟體中。
8. 若振動降不下去
針對最常見的“越平衡越差/無法收斂”情況的快速診斷表：
| 症狀 | 可能原因 | 處理方式 |
|---|---|---|
| 安裝校正配重後，振動不降反升 | 校正角度標定方向錯誤——逆著轉子旋轉方向標定，而不是順著 | 重新標定角度：從試重位置（0°）開始，沿轉子旋轉方向計數 |
| 每進行一次新的運行，程式要求加裝的質量都越來越大 | 設定中的校正方式選擇的是“Remove mass”（去除質量），但實際卻在加裝配重，導致結果符號相反 | 開啟平衡設定，將校正方式切換為“Add mass”（增加質量） |
| 轉速只需小幅變化（50–100 轉/分），振動水平就會成倍變化 | 平衡轉速正好處於或接近結構共振點 | 記錄一次 RunDown（降速）曲線，並選擇遠離共振區的平衡轉速 |
| 對所加配重的響應不成比例；每次迭代的結果都在跳變 | 裝置表現出非線性特性（支撐過軟、結構磨損或損壞） | 每次迭代只安裝計算質量的二分之一或三分之一，並重復進行驗證運行 |
| 即使沒有做任何改動，每次運行的振幅和相位都不相同 | 機械故障（軸承間隙、裂紋、螺栓鬆動）或轉速計誤觸發 | 先排除機械問題；確保只有一個標記會反射轉速計光束 |
| 程式顯示的轉速比實際轉速高 2–3 倍 | 轉速計檢測到了多餘的反射：皮帶輪孔、反光點、葉片邊緣 | 將反游標記移到輪轂或軸上；遮蓋或消除其他反光表面 |
| 在 FFT 頻譜中，2× 峰值（或一系列 3×、5×、6× 峰值）高於 1× 峰值 | 軸系不對中或機械鬆動——這不屬於不平衡問題 | 先修復聯軸器、配合部位和緊韌體，之後再進行平衡 |
完整的診斷流程——頻譜解讀、共振排查，以及來自技術支援真實案例的常見原因——詳見知識庫： 振動降不下去：找出真正的原因.
9. 使用 Balanset-1A 進行雙平面平衡
Balanset-1A 是一款基於 PC 的雙通道平衡系統，專為現場條件和生產環境下的單平面及雙平面轉子平衡而設計。在雙平面模式下，它可測量轉子轉速，以及 1× 振動 兩個通道振動向量（RMS 值和相位）的同步測量結果，並一次性計算出兩個平面的校正配重參數——包括極座標圖、運行記錄，以及相對於所選 ISO 公差的最終剩餘不平衡量。
| 參數 | Balanset-1A |
|---|---|
| 通道 | 2 個振動通道 + 1 個雷射轉速計通道 |
| 振動速度 (RMS) | 0.02 – 80 mm/s |
| 頻率範圍 | 5–550 Hz（FFT 頻譜最高可達 1000 Hz） |
| 轉速範圍 | 100–100,000 轉/分 |
| 相位精度 | ±1° |
| 校正平面 | 1 或 2 |
| 轉子質量 | 該方法本身對轉子質量沒有限制（實際記錄——一臺 24,000 kg 的轉子） |
| 電腦配置要求 | Windows 7/8/10/11，USB 介面；普通辦公筆記型電腦即可 |
| 軟體 | 一次性購買，免費更新，無需訂閱 |
軟體：雙平面設定與結果顯示介面
自行完成轉子平衡——現場進行，在自身軸承中
Balanset-1A 全套裝備—— €1,975，一應俱全：測量主機、2 個感測器、雷射轉速計、磁性底座、電子秤，以及提供終身免費更新的軟體。已在全球範圍內應用於粉碎機、風機、破碎機、萬向軸和主軸等裝置——並提供基於數百次真實平衡案例經驗的免費郵件技術支援。
10. 影片：Balanset-1A 實際操作演示
一段簡短的現場平衡演示，使用 Balanset-1A——從感測器安裝到最終微調運行。更多影片，包括針對具體裝置的案例，請見 Vibromera 的 YouTube 頻道.
11. 常見問題
平衡轉子時需要知道轉子質量嗎？
不需要。校正質量的計算只需要試重的質量及其安裝半徑。轉子質量僅用於估算試重，以及用於 ISO 1940 公差計算器（G 級）。
雙平面平衡的轉子尺寸或質量上限是多少？
影響係數法本身並不限制轉子質量——儀器測量的是支撐處的響應，而不是轉子本身。使用 Balanset-1A 的實際記錄是一臺 24,000 kg 的製糖廠纖維分離機轉子，最終平衡到 0.47 mm/s。
它的適用轉速範圍是多少？
理論下限為 100 轉/分；但實際上轉速低於約 300 轉/分時平衡較為困難（低頻下感測器訊號較弱）。上限可達數萬轉/分——高速主軸可平衡至 G1–G0.4 等級。
我能否在不將轉子從機器上拆下的情況下進行平衡校正？
是的——這正是現場動平衡的主要目的：轉子在自身軸承中、在真實工況下完成平衡。測量通常需要 15–30 分鐘，另加安裝配重的時間。
如何判斷單平面是否足夠？
經驗法則（ISO 21940-11）：如果轉子寬度小於其直徑的一半（實踐中約為三分之一），單平面通常就足夠了。長轉子——滾筒、軸、寬葉輪——需要雙平面，因為兩端會相互影響。
為什麼安裝了計算出的配重後振動反而增大了？
四種典型原因：校正角度標定方向與轉子旋轉方向相反；設定中的校正方式為“Remove mass”（去除質量），但實際卻在加裝配重；平衡轉速接近共振點；或是在非線性裝置上一次性安裝了全部計算質量（應先安裝一半）。如果以上均不符合，則應排查機械故障：軸承間隙、裂紋、部件鬆動。
軟體是否需要訂閱，或每年校準？
不需要。Balanset-1A 軟體為一次性購買，免費更新且可無限次安裝，儀器本身也無需年度校準——出廠校準係數隨每套裝置一起提供。
它可以平衡萬向軸（傳動軸）嗎？
可以——普通萬向軸按雙平面進行平衡；配重可方便地用軟管卡箍固定，並塗上螺紋鎖固膠（實際案例最終達到 0.5 mm/s）。帶中間支撐、需要 3–4 個平面的傳動軸則屬於 Balanset-4 的適用範圍。磨損的萬向節必須先更換——平衡無法消除間隙。
