Инструкция за динамично балансиране на вала: Статично срещу динамично, Полева процедура и степени по ISO 21940

Какво е динамично балансиране?

Всяка въртяща се част – от ротор на мулчер с тегло 200 кг до шпиндел на дентална бормашина с тегло 5 г – има известен остатъчен дисбаланс. Производствените толеранси, несъответствията в материалите, корозията и натрупаните отлагания изместват центъра на масата далеч от геометричната ос на въртене. Резултатът е центробежна сила, която нараства с квадрата на скоростта: удвоете оборотите и силата се учетворява.

Ротор, въртящ се с 3000 оборота в минута само с 10 g дисбаланс на радиус от 150 mm, генерира приблизително 150 N въртяща сила - достатъчно, за да унищожи лагерите за седмици. Динамичното балансиране намалява тази сила до ниво, определено от международните стандарти (ISO 21940‑11, преди ISO 1940), удължавайки живота на лагерите от месеци на години и намалявайки времето на престой, свързано с вибрациите.

Статичен срещу динамичен баланс

Единична равнина

Статичен баланс

Центърът на тежестта на ротора е изместен спрямо оста на въртене в една равнина. Когато се постави върху остри опори, тежката страна се търкулва надолу — можете да забележите това без да се въртите.

Корекция: добавяне или премахване на маса в една ъглова позиция срещу тежкото място. Една корекционна равнина е достатъчна.

Отнася се за: тесни дисковидни детайли, при които L/D е под около 0.5 - маховици, шлифовъчни колела, еднодискови работни колела, циркулярни дискове, спирачни дискове.

Два самолета

Динамичен баланс

Две (или повече) масови отмествания се намират различни равнини по дължината на ротора. Те могат да се неутрализират статично — роторът е неподвижен върху остриета — но създават люлееща се двойка при въртене. Тази двойка не може да бъде открита или коригирана без въртене.

Корекция: две компенсиращи тежести в две отделни равнини. Уредът изчислява масата и ъгъла за всяка равнина от матрицата на коефициентите на влияние.

Отнася се за: удължени ротори — валове, вентилатори с широки работни колела, ротори на мулчери, валяци, многостъпални помпени работни колела, турбини.

Четири вида дисбаланс

ISO 21940‑11 разграничава четири основни модела на дисбаланс. Разбирането кой от тях доминира помага за избора на правилната стратегия за балансиране.

На практика почти всеки ротор, с който се сблъсквате в полеви условия, има динамичен дисбаланс – комбинация от сила и компоненти на връзката. Ето защо двуплоскостното балансиране е процедурата по подразбиране за всеки ротор, който не е тънък диск.

Кога да се използва балансиране в една равнина срещу балансиране в две равнини

Решаващият фактор е роторът съотношение на геометрията L/D (аксиална дължина към външен диаметър) в комбинация с работната му скорост.

ISO 21940‑11 Степени на балансирано качество

ISO 21940‑11 (наследник на ISO 1940‑1) определя на всеки клас въртящи се машини клас на качество на баланса G, определена като максимално допустимата скорост на центъра на тежестта на ротора в mm/s. Допустимият остатъчен специфичен дисбаланс e_на (в g·mm/kg) се получава от степента на твърдост и работната скорост:

Работен пример: Ротор на вентилатор

Роторът на центробежен вентилатор тежи 80 кг, работи при 1450 об/мин, а радиусът на корекция е 250 мм. Необходима степен на износване: G 6.3.

Свързани стандарти: ISO 21940‑11 (твърди ротори), ISO 21940‑12 (гъвкави ротори), ISO 10816‑3 (граници на интензивност на вибрациите), ISO 1940 (наследен предшественик).

Седемстъпкова процедура за балансиране на полето

Това е методът на коефициента на влияние за двуплоскостно балансиране на полета, прилаган с преносим инструмент, като например Балансет‑1А. Същата логика работи с всеки двуканален балансиращ анализатор.

1

Подготовка на ротора и монтиране на сензорите

Почистете корпусите на лагерите от замърсявания и мазнини — сензорите трябва да са плътно прилепнали към металната повърхност. Монтирайте сензора за вибрации 1 върху корпуса на лагера, който е най-близо до Самолет 1 (обикновено от страната на задвижването). Монтирайте сензор 2 близо до Самолет 2 (незадвижващ край). Прикрепете светлоотразителна лента към вала на лазерния тахометър. Свържете всички кабели към измервателното устройство.

2

Измерване на началната вибрация (пуск 0)

In the software, open the balancing wizard — F3 - Two-plane (или F7 - Balancing) — and start on the Run 0 - Initial tab. Start the rotor and bring it to stable operating speed. The instrument measures vibration amplitude (mm/s) and phase angle (°) at both sensors simultaneously. This is the базова линия — "болността" на ротора преди третиране. Запишете стойностите и спрете машината.

Съвет: Изчакайте поне 10–15 секунди след стабилизиране на оборотите, преди да започнете запис. Термичните преходни процеси и въздушните течения се установяват през първите няколко секунди.

3

Инсталиране на пробна тежест в равнина 1 (Изпълнение 1)

Спрете ротора. Прикрепете пробно тегло of known mass at an arbitrary angular position in Plane 1. Mark this position clearly — it becomes your 0° reference for angle measurement later. Enter the trial weight Mass, g и Radius, mm in the software's Trial weight group — without the mass entered, the program can only report the correction as a percentage of the trial weight. Switch to the Run 1 - Trial Pl.1 tab, restart the rotor and record vibration at both sensors. The instrument now knows how the rotor's vibration field changes when mass is added in Plane 1.

Field tip: Use a bolt with a washer clamped to the rotor rim, or a hose clamp with a nut for quick attachment. The trial weight should produce a measurable vibration change (20–30% amplitude change or 20–30° phase shift at either sensor).

⚖

Колко трябва да тежи пробната тежест? Използвайте емпиричната формула: Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) където М_r = rotor mass (g), K_support = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), K_{вибрация} = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), R_t = радиус на монтаж (см), N = обороти в минута. Или използвайте нашия онлайн калкулатор за пробно тегло — въведете параметрите на ротора си и получете препоръчителната маса незабавно.

4

Преместване на пробната тежест в равнина 2 (Изпълнение 2)

Stop the rotor. Remove the trial weight from Plane 1. Attach the same trial weight (or one of similar known mass) at an arbitrary position in Plane 2. Mark this second reference point. Switch to the Run 2 - Trial Pl.2 tab, restart and record vibration at both sensors. Now the instrument has the complete influence coefficient matrix — four complex coefficients linking unbalance in either plane to vibration at either sensor.

Съвет: Ако използвате различна маса на пробното тегло в Равнина 2, въведете правилната стойност в софтуера — математическите изчисления се настройват автоматично.

5

Изчисляване на корекционни тегла

The instrument solves the influence coefficient equations and displays the Correction mass (g) и Angle (°) for Plane 1 and Plane 2. The angle is measured from the trial weight position in the direction of rotor rotation. In the Correction method group you choose Add mass (weld or bolt a counterweight) or Remove mass (drill or grind material). The displayed angle is always the angle you actually work at: with Remove mass selected the software has already added 180° to the computed angle, so drill or remove exactly where it indicates — do not add another 180°.

6

Инсталиране на коригиращи тежести

Remove the trial weight from Plane 2. Fabricate or select correction weights matching the calculated masses. Install each correction weight at the same radius as the trial weight — the calculated mass is valid only at that radius. If you must use a different radius, enter both radii in the software so it recalculates the mass. Measure the angle from the trial weight reference mark in the direction of rotation. Attach the correction weights firmly — welding, hose clamps, set‑screw weights, or bolts depending on the machine type and speed.

Field tip: If you cannot place a weight at the exact angle (e.g. only bolt holes available), use the Weight Installing Method setting — Free positions, Fixed positions, Circular groove, or Drill. With Fixed positions the instrument decomposes the correction vector into two components at the nearest available positions.

7

Проверка на баланса (Проверка на изпълнението)

Restart the rotor and record the final vibration. Compare against the initial baseline and against the ISO 21940‑11 tolerance for your machine class — enter the tolerance in the Balancing tolerance, g*mm field, or press the ISO 1940... button to calculate it from the G‑grade, rotor mass, and RPM (divide the g·mm result by the correction radius to get grams). If vibration is within specification, you are done. If not, the instrument can perform a подрязване на бягане on the Run T - Trim tab — it uses the existing influence coefficients to calculate a small additional correction without new trial weights.

Съвет: Едно подрязване обикновено е достатъчно. Ако имате нужда от повече от две подрязвания, нещо се е променило между спусканията – проверете за хлабаво тегло, термичен растеж или вариации в скоростта.

Изчисляване на пробното тегло

The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:

Не искате да правите сметките на ръка? Използвайте нашите онлайн калкулатор за пробно тегло ↗ — въведете параметрите на ротора, вида на опората и нивото на вибрации и получете препоръчителната маса незабавно.

Worked Examples (K_support = 3, K_{вибрация} = 1.0)

Values shown assume K_support = 3 (standard bearing pedestals) and K_{вибрация} = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.

Измерване на ъгъла на корекция

Балансиращият инструмент извежда две числа за всяка равнина: маса (колко тежи) и ъгъл (къде да го поставите). Ъгълът винаги се отнася до позицията на пробната тежест.

Как да измерим ъгъла

• Референтна точка (0°): ъгловото положение, където сте поставили пробната тежест. Маркирайте го ясно върху ротора преди пробното пускане.
• Посока на измерване: винаги по посока на въртене на ротора.
• Четене на ъгъла: the result window shows the Correction mass и Ъгъл for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
• Ако премахвате маса: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.

Разпределение на теглото на фиксирани позиции

When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Свободни позиции, Фиксирани позиции, Кръгов жлеби Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.

Корекционни равнини и разположение на сензорите

Корекционната равнина е аксиалната позиция на ротора, където добавяте или премахвате маса. Сензорът измерва вибрациите на най-близкия лагер. Няколко ключови правила:

• Сензорът се монтира на корпуса на лагера — възможно най-близо до централната линия на лагера, в радиална посока (за предпочитане хоризонтална).
• Равнина 1 съответства на Сензор 1, Равнина 2 към Сензор 2. Поддържайте номерирането последователно, в противен случай софтуерът ще размени корекционните равнини.
• Максимално разделяне на равнините: Колкото по-далеч са разположени двете корекционни равнини, толкова по-добра е разделителната способност на двойката. Минималното практическо разстояние е ⅓ от разстоянието между лагерите.
• Изберете достъпни позиции: Корекционната равнина трябва да е място, където можете физически да прикрепите тежести - ръб на фланец, болтов кръг, ръб или заваръчна повърхност.

На снимката по-горе е показан ротор на мулчер, подготвен за балансиране в две равнини. Сините маркери 1 и 2 показват позициите на сензорите върху корпусите на лагерите. Червените маркери 1 и 2 показват корекционните равнини - в този случай, фланцовите краища на тялото на ротора, където ще бъдат заварени тежестите.

Конзолен (надвесен) ротор

Конзолните ротори – вентилаторни колела, маховици, монтирани извън лагерния обхват, помпени колела – изискват различно разположение на сензорите и равнините. И двете корекционни равнини са от една и съща страна на лагерите и разположението на сензорите трябва да отчита дисбаланса на усилващата двойка на надлъжната маса.

Приложения по тип машина

Методи за закрепване на тежести

Често срещани грешки при балансиране на полето

Доклад от полето: Балансиране на ротора на мулчера

Двуплоскостно динамично балансиране на вентилатор

Индустриалните вентилатори — центробежни, аксиални и със смесен поток — са сред най-често срещаните ротори, балансирани в полеви условия. Процедурата по-долу показва реална работа с две равнини на радиален вентилатор, използвайки Balanset‑1A.

Определяне на равнини и инсталиране на сензори

Почистете повърхностите за монтаж на сензори от замърсявания и масло. Сензорите трябва да прилягат плътно към металната повърхност на корпуса на лагера — никога не ги монтирайте върху капаци, предпазители или неподдържани метални панели.

• Сензор 1 (червен): Монтирайте по-близо до предната част на вентилатора (страна на равнина 1).
• Сензор 2 (зелен): Монтирайте по-близо до задната част на вентилатора (страна на равнина 2).
• Самолет 1 (червена зона): Корекционна равнина на диска на работното колело, по-близо до предната част.
• Самолет 2 (зелена зона): Корекционна равнина по-близо до задната плоча или главината.

Свържете двата сензора за вибрации и лазерния тахометър към Balanset‑1A. Прикрепете светлоотразителна лента към вала или главината за справка с оборотите.

Процес на балансиране

Стартирайте вентилатора и направете първоначални измервания на вибрациите (Изпълнение 0). Инсталирайте пробна тежест с известна маса върху Равнина 1 в произволна точка, пуснете вентилатора и запишете промяната на вибрациите (Изпълнение 1). Преместете пробната тежест в Равнина 2 в произволна точка, пуснете вентилатора отново и запишете (Изпълнение 2). Софтуерът Balanset‑1A използва и трите измервания, за да изчисли коригиращата маса и ъгъл за всяка равнина.

Измерване на ъгъла за корекционни тежести на вентилатора

Ъгълът се измерва от позицията на пробната тежест по посока на въртенето на вентилатора — точно както е описано в Измерване на ъгъла на корекция раздел по-горе. Маркирайте къде е поставена пробната тежест (референтна точка 0°), след което пребройте посочения ъгъл по посока на въртене, за да намерите позицията на корекционната тежест.

Въз основа на ъглите и масите, изчислени от софтуера, инсталирайте коригиращите тежести на равнина 1 и равнина 2. Пуснете вентилатора още веднъж и проверете дали вибрациите са спаднали до приемливо ниво на... ISO 21940‑11 (обикновено G 6.3 за вентилатори с общо предназначение). Ако остатъчните вибрации все още са над целевата стойност, извършете едно регулиране.

Често задавани въпроси

Оборудване за балансиране на полето

Балансет‑1А е двуканален преносим инструмент, който извършва динамично балансиране в една и две равнини, както и анализ на вибрации (обща скорост, спектри, форма на вълната). Доставя се като пълен комплект:

• 2x MEMS сензора за вибрации (акселерометри на база ADXL335) с магнитни стойки
• Лазерен тахометър (безконтактен сензор за обороти) със светлоотразителна лента
• USB измервателно устройство (свързва се с всеки лаптоп с Windows)
• Софтуер: помощник за балансиране, виброметър, спектрален анализатор
• Калъф за носене с всички кабели и аксесоари

RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.