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力勝科技有限公司 5月份電子報

ISO平衡等級的探討

平衡不良既然是造成機械異常損壞的主要問題之一,那麼平衡到底要做到什麼狀況才算好呢?在此,我們先從平衡不良的定義來探討,當轉動件磨損或附著異物時,均會造成轉動件的質量中心偏離了旋轉中心,而形成平衡不良,質量中心偏離旋轉中心愈多,則平衡不良狀況愈差,因此我們將「質量中心與旋轉中心不重合時」定義為平衡不良,並且將質量中心與旋轉中心之間的距離定義為「偏心距 - e」,當e值愈大,平衡不良的狀況就愈差。

ISO 1940為ISO的平衡標準,其中平衡等級「G」定義為G = e • ω,其中ω為轉動件旋轉的角速度(ω = 2 • π •f ),而f為轉速。一般工業機械 (例如:馬達、泵浦、風車、鼓風機、齒輪等)所要求的平衡等級為G6.3,而如透平機(渦輪機)、工具機主軸等所要求的平衡等級需為G2.5。舉例來說,如果有一台風車的工作轉速為1500 rpm (1500 rpm / 60 = 25 Hz ),其平衡等級需為G6.3,所以容許最小偏心距(e)為

前幾期我們探討平衡不良所引發的離心力,離心力的大小與不平衡重量、附著位置及轉速有關,因此如右圖所示的例子中,轉動件本身因為平衡不良所造成的離心力為F1,
F1 = M • e • ω²,而欲使作用在轉動件上的離心力達成平衡,我們必須在轉動件上加一個平衡配重,此平衡配重所形成的離心力為F2,F2 = m • r • ω²,要達成平衡的條件為F1 = F2,因而M • e • ω² = m • r • ω²,亦即M • e = m • r。


承接上例,如果風車的轉體重量為200kg(=200,000g),則此風車所容許的最小不平衡量為

F1 為不平衡產生之離心力

F2 為平衡配重產生之離心力

M為轉動件質量

e為偏心距

ω為轉動件的角速度

m為外加平衡配重量

r為配重位置至轉軸中心的距離

若此風車在實施平衡校正時,配重位置在r = 500 mm處,則欲達到ISO1940的G6.3等級,必須使最小平衡配重降至m = M • e / r = 8,000 / 500 = 16 (g)以內。換句話說,在平衡校正報告中,最終所殘留的不平衡量必須小於8,000 g-mm或16g。
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