ISO 1940-1 - Изисквания за качество на баланса за твърди ротори
Основният международен стандарт, определящ системата за качество на баланса от клас G — от G 0.4 (жироскопи) до G 4000 (корабни дизели). Сега е включен в ISO 21940-11, с идентични стойности и методология за клас G.
Допустим остатъчен дисбаланс
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 — въвеждане на данни за ротора, получаване на Uна
Резултати — ISO 1940-1
Допустим остатъчен дисбаланс
за изчисляване на толеранс
G-Grade Баланс Качество Оценки
Логаритмична скала с коефициент 2,5 между съседни степени — от ултрапрецизна G 0,4 до морска G 4000
| G-клас | e-ω (mm/s) | Типични типове ротори | Бележки |
|---|---|---|---|
| G 0,4 | 0.4 | Жироскопи, прецизни шпиндели, оптични дискови устройства | Близо до границата на конвенционалното балансиране |
| Г 1.0 | 1.0 | Задвижвания на шлифовъчни шпиндели, магнетофони, малки прецизни котви | Изисква ултрачисти условия |
| G 2.5 | 2.5 | Газови и парни турбини, турбогенератори, турбокомпресори, високоскоростни двигатели | Предпазва от преждевременно повреждане на лагерите |
| G 6.3 | 6.3 | Вентилатори, помпи, маховици, електродвигатели, машинни инструменти, хартиени ролки | Най-често срещан — стандартен клас |
| G 16 | 16 | Карданни валове (специални), селскостопанска техника, трошачки, минни вентилатори | Тежки, тежки условия |
| G 40 | 40 | Автомобилни колела и джанти, карданови валове (стандартни), бавни вентилатори | Разнообразието от гуми доминира |
| G 100 | 100 | Комплектни двигатели на автомобили, камиони, локомотиви | Двигатели с вътрешно горене като сглобки |
| G 250 | 250 | Колянови валове на високоскоростни дизелови двигатели | На ниво компонент |
| G 630 | 630 | Колянови валове на големи 4-тактови двигатели, морски дизели на еластични опори | Голямо нискоскоростно бутално-постъпателно движение |
| G 1600 | 1600 | Колянови валове на големи двутактови двигатели | Много бавни, масивни основи |
| G 4000 | 4000 | Колянови валове на нискоскоростни корабни дизели върху твърди основи | Най-свободните изисквания |
| Тип ротор | Маса (kg) | Обороти на обороти | G | Uна (г·мм) | На самолет | eна (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Малък мотор | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| Вентилатор за отопление, вентилация и климатизация | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Работно колело на помпата | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Турбокомпресор | 120 | 8 000 | G 2.5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Хартиена ролка | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Вентилатор на електроцентрала | 350 | 990 | G 2.5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Шлифовъчен шпиндел | 2 | 24 000 | Г 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Колело на кола | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
| Тип ротор | Разпределение | Формула | Бележки |
|---|---|---|---|
| Симетричен | Равно разделяне | UL=UR=Uна/2 | Най-простият случай. Мотори, някои вентилатори. |
| Асиметричен междулагерен | Пропорционален | UL=Uна·(б/л) | Най-често срещаният метод. |
| Надвесен (конзолен) | Базирано на моменти | Статични уравнения | По-строги допуски на наклонената равнина. |
| Тесен (самолетите се приближават) | Отделни статични+двойки | Съгласно ISO 21940-12 | Различни вибрационни ефекти. |
Какво е ISO 1940-1?
ISO 1940-1 (Механични вибрации — Изисквания за качество на балансиране на ротори в постоянно (твърдо) състояние) определя Система за качество на баланса G-клас за твърди ротори. Формулата Uна = (9 549 × G × M) / n изчислява допустимия остатък дисбаланс. Заменен от ISO 21940-11:2016 с идентични стойности. Стандартен клас за промишлени машини: G 6.3.
ISO 1940-1 е основополагащият документ за балансиране на ротори в световен мащаб. Неговата система от клас G е де факто езикът за балансиране: "балансиране до G 6.3" е разбираемо за всеки специалист по целия свят. Стандартът обхваща твърди ротори от малки прецизни шпиндели до масивни колянови валове, предоставяйки универсална рамка за специфициране, изчисляване и проверка на качеството на балансиране.
Стандартът се прилага само за твърд ротори — такива, чиито еластични деформации под въздействието на центробежни сили са пренебрежимо малки в целия работен диапазон на скоростта. Гъвкавите ротори (работещи над първата критична скорост на огъване) са обхванати от ISO 21940-12.
Концепцията за твърд ротор
Роторът се класифицира като твърд, ако разпределението на масата му не се променя значително с промяната на скоростта от нула до максималната работна скорост. Ключовото следствие: Ротор, балансиран при ниска скорост на балансираща машина, остава балансиран при работната си скорост. Това позволява балансиране при 300–600 об/мин на работилническа машина, като същевременно се спазват допустимите отклонения при над 3000 об/мин по време на работа.
Ако роторът работи в свръхкритичната област (над първото огъване критична скорост) или близо до резонанс, отклоненията променят ефективното разпределение на масата и балансирането при ниска скорост може да бъде неефективно при висока скорост. Такива ротори се класифицират като гъвкави.
Ротори с променяща се геометрия (съчленени валове, лопатки на хеликоптери). Резонанс в системите ротор-опора-фундамент. Аеродинамични и хидродинамични сили, несвързани с разпределението на масата. За вентилатори вижте по-специално ISO 14694 (Категории BV/FV).
Видове дисбаланс
Дисбаланс = инерционната ос на ротора ≠ оста на въртене. Във векторна форма: U = m × r (g·mm). ISO 1940-1 класифицира три вида:
- Статичен дисбаланс: Инерционна ос, успоредна на оста на въртене, но изместена. Еквивалент на единична небалансирана маса. Коригируема в една равнина. Типични: шайби, тесни зъбни колела, вентилаторни колела (L/D < 0,5).
- Дисбаланс в двойката: Инерционната ос преминава през центъра на масата, но е наклонена. Нетната сила е нула, но двойка (двойка) люлее ротора. Изисква два самолета.
- Динамичен дисбаланс: Общ случай — статично + двойка комбинирани. Инерционната ос не е нито успоредна, нито пресичаща оста на въртене. Изисква два самолета. Повечето реални ротори имат динамичен дисбаланс.
Специфичен дисбаланс (ексцентричност)
G-степента се определя като продукт e × ω (мм/с) — линейната скорост на центъра на масата на ротора, който се върти около оста на въртене. Това единично число характеризира качеството на баланс, независимо от размера и скоростта на ротора.
Системата G-Grade — Физическа основа
Масово сходство
За геометрично подобни ротори: Uна ∝ M → специфичен дисбаланс eна трябва да бъде постоянно. Един стандарт се прилага за всички размери.
Сходство на скоростта
Центробежна сила F = M·e·ω². За да се поддържат приемливи натоварвания на лагерите при различни скорости, eна трябва да намалява с увеличаване на ω:
Изчисляване на допустимия остатъчен дисбаланс
Дадено: Работно колело на центробежен вентилатор, M = 200 кг, n = 1500 об/мин, G 6.3.
Общо: Uна = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 г·мм
Ексцентричност: eна = 8 021 / 200 = 40,1 µm
За всяка равнина (симетрична, 2): 8 021 / 2 = 4 011 г·мм
При R = 400 мм: 4 011 / 400 = 10,0 г на равнина
Скоростта във формулата трябва да бъде най-високите обороти в минута по време на работа, а не скоростта на балансиращата машина. Много ротори са балансирани при 300–600 оборота в минута, но толерансът трябва да използва действителната работна скорост (напр. 1480 оборота в минута). Използването на скорост на балансиращата машина води до опасно хлабави толеранси.
Разпределение към корекционни равнини
Uна отнася се за центъра на масата на ротора. На практика, баланс в две равнини (близо до лагери). Правилата на Глава 7:
Симетрични ротори
CoM в средна точка → равно: UL = UR = Uна / 2.
Асиметричен междулагерен
Надвесени ротори
Надвесената маса създава огъващ момент, натоварващ и двата лагера. Необходимо е преизчисляване на базата на момента → обикновено много по-голяма толеранс в надвесената равнина. Често срещано при помпи, едностъпални компресори, конзолни вентилаторни колела.
Грешки и проверка
Източници на грешки
- Систематично: Дрейф при калибриране на машина, ексцентрични дорници, ефекти на шпонкови канали (ISO 8821), термична деформация.
- Случайно: Шум от сензора, хлабина на опората, вариация в леглото на ротора.
Общата грешка не трябва да надвишава 10–15% от допустимото отклонение. Ако е по-голяма, затегнете съответно работния толеранс.
Ефекти на сглобяването
Балансиране на компонентите ≠ балансиране на сглобката. Ексцентричността на съединителя, радиалното биене, хлабавите сглобки могат да обезсилят работата на компонентите. Балансирайте сглобения ротор.
Методи за проверка
- Индексен тест: Завъртете ротора на 180° на дорника, измерете отново. Промяна = грешка в закрепващото устройство.
- Тест за пробен контрол на теглото: Добавете известната маса, проверете дали измерената промяна на вектора съответства на очакваното.
- Проверка на място: Измерете вибрациите на лагерите на ISO 10816.
Сайтът Балансет-1а автоматизира ISO 1940-1: въвеждане на маса, скорост, G-градус → моментно Uна с автоматично разпределение на равнината. След балансиране, сравнява остатъка спрямо границата. Функцията F6 Reports генерира официален протокол, документиращ постигнатата G-степен. Точност ±5% скорост, ±1° фаза — достатъчно за G 16 до G 2.5. Balanset-4 се простира до четири канала за сложни многолагерни ротори.
Работни примери
Ротор: 15 kW, 1 460 об/мин, 35 кг, симетричен междулагерен.
Толерантност: Uна = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 г·мм → 721/самолет.
При R = 80 мм: 721 / 80 = 9,0 г/самолет. Балансирано в цеха: остатъчна плътност 180 г·мм. ✅
Ротор: Вал + работно колело 18 кг, 2950 об/мин. Работно колело 6 кг, надвес 120 мм. Междулагерно разстояние 250 мм.
Общо: Uна = 367 г·мм. Разпределение на момента: отпред ≈ 202, отзад ≈ 165 g·mm.
Балансирано поле с Балансет-1а едноплоскостна: 8,5 g при 230°. Крайно тегло: 95 g·mm. ✅
Ротор: 3-степенна, 65 кг, 12 000 об/мин. Леко асиметрична.
Толерантност: Uна = 129 г·мм → 65/равнина → при R = 95 мм: 0,68 г/самолет.
Прецизност до субграми → само за високоскоростна машина в цеха. Индексен тест: грешка на дорника < 5 g·mm. Крайно: 28 g·mm/равнина. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- Стойности на степен G, формули, таблици за приложение — идентичен. Няма технически промени.
- Серия ISO 21940: Част 11 (качество), Част 12 (гъвкавост), Част 14 (процедури), Част 21 (описания), Част 31 (чувствителност), Част 32 (ключове).
- И двете обозначения се използват взаимозаменяемо на практика.
- ISO 14694 Категориите BV се отнасят директно до оценките G.
Свързани стандарти
- ISO 21940-11: Този стандарт е система от клас G.
- ISO 21940-12: Гъвкаво балансиране на ротора.
- ISO 10816 / ISO 20816: Оценка на вибрациите — оперативен резултат от качеството на баланса.
- ISO 14694: Специфични за фен категории BV/FV → G-степени.
- ISO 8821: Влияние на шпонковия канал (конвенция за полушпонка).
- API 610 / API 617: Петролни помпи/компресори, съгласно ISO 1940.
Официален стандарт: ISO 1940-1 в ISO магазина →
Често задавани въпроси — ISO 1940-1
Система за балансиране от клас G за твърди ротори
Свързани статии за речника
Баланс по ISO 1940-1 — На място
Преносимите балансьори Vibromera включват вградени калкулатори за толеранс по ISO 1940, автоматично разпределение на равнините и официални отчети за балансиране, документиращи постигнатия G-градус.
Прегледайте балансиращото оборудване →
