Pokyny pro dynamické vyvažování hřídelí: Statický vs. dynamický, Terénní postup a třídy ISO 21940

Co je dynamické vyvažování?

Každá rotující součást – od rotoru mulčovače o hmotnosti 200 kg až po vřeteno zubní vrtačky o hmotnosti 5 g – má určitou zbytkovou nevyváženost. Výrobní tolerance, nekonzistence materiálu, koroze a nahromaděné usazeniny posouvají těžiště od geometrické osy otáčení. Výsledkem je odstředivá síla, která roste s druhou mocninou otáček: zdvojnásobením otáček se síla zčtyřnásobí.

Rotor rotující rychlostí 3 000 ot./min s nevyvážeností pouhých 10 g v poloměru 150 mm generuje rotační sílu zhruba 150 N – což stačí k tomu, aby se ložiska zničila během několika týdnů. Dynamické vyvážení snižuje tuto sílu na úroveň stanovenou mezinárodními normami (ISO 21940‑11, dříve ISO 1940), čímž se prodlužuje životnost ložisek z měsíců na roky a zkracují se prostoje způsobené vibracemi.

Statické vs. dynamické vyvažování

Jedna rovina

Statická rovnováha

Těžiště rotoru je posunuto od osy otáčení. v jedné rovině. Když je umístěno na podpěry s ostrou hranou, těžší strana se skutálí dolů – to zjistíte i bez otáčení.

Oprava: přidat nebo odebrat hmotu v jedné úhlové poloze naproti těžkému bodu. Jedna korekční rovina stačí.

Platí pro: úzké diskové díly, kde je L/D menší než přibližně 0.5 - setrvačníky, brusné kotouče, jednokotoučová oběžná kola, pilové kotouče, brzdové kotouče.

Dvě letadla

Dynamická rovnováha

Dva (nebo více) hmotnostních ofsetů se nacházejí v různé roviny podél délky rotoru. Mohou se navzájem staticky rušit – rotor stojí nehybně na ostřích nožů – ale vytvářejí houpací pár při otáčení. Tuto dvojici nelze detekovat ani korigovat bez rotace.

Oprava: dvě kompenzační závaží ve dvou oddělených rovinách. Přístroj vypočítává hmotnost a úhel pro každou rovinu z matice koeficientů vlivu.

Platí pro: prodloužené rotory – hřídele, ventilátory se širokými oběžnými koly, rotory mulčovačů, válce, oběžná kola vícestupňových čerpadel, turbíny.

Čtyři typy nevyvážnosti

Norma ISO 21940‑11 rozlišuje čtyři základní vzorce nevyváženosti. Pochopení toho, který z nich dominuje, pomáhá zvolit správnou strategii vyvažování.

V praxi má téměř každý rotor, se kterým se v terénu setkáte, dynamickou nevyváženost – kombinaci síly a složek vazby. Proto je dvourovinné vyvažování standardním postupem pro jakýkoli rotor, který není tenký kotouč.

Kdy použít vyvažování v jedné rovině vs. ve dvou rovinách

Rozhodujícím faktorem je rotor geometrický poměr L/D (axiální délky k vnějšímu průměru) v kombinaci s jeho provozní rychlostí.

ISO 21940‑11 Stupně kvality vyvážení

Norma ISO 21940‑11 (nástupkyně normy ISO 1940‑1) přiřazuje každé třídě rotačních strojů třída kvality vyvážení G, definovaná jako maximální přípustná rychlost těžiště rotoru v mm/s. Přípustná zbytková specifická nevyváženost e_za (v g·mm/kg) se odvozuje ze stupně a provozní rychlosti:

Pracovaný příklad: Rotor ventilátoru

Rotor odstředivého ventilátoru váží 80 kg, pracuje při 1 450 ot./min a korekční poloměr je 250 mm. Požadovaný stupeň: G 6,3.

Související normy: ISO 21940‑11 (tuhé rotory), ISO 21940‑12 (flexibilní rotory), ISO 10816‑3 (limity intenzity vibrací), ISO 1940 (starší předchůdce).

Sedmikrokový postup polního vyvažování

Toto je metoda koeficientů vlivu pro dvouplanové polní vyvažování, aplikovaná pomocí přenosného přístroje, jako je například Balanset-1A. Stejná logika funguje s jakýmkoli dvoukanálovým vyvažovacím analyzátorem.

1

Příprava rotoru a montáž senzorů

Očistěte ložisková tělesa od nečistot a mastnoty – senzory musí sedět bez mezer na kovový povrch. Namontujte vibrační senzor 1 na ložiskové těleso nejblíže k Letadlo 1 (obvykle na straně pohonu). Namontujte senzor 2 poblíž Letadlo 2 (nepoháněná strana). Na hřídel připevněte reflexní pásku pro laserový otáčkoměr. Připojte všechny kabely k měřicí jednotce.

2

Měření počátečních vibrací (běh 0)

In the software, open the balancing wizard — F3 - Two-plane (nebo 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 základní linie — nevyváženost rotoru před ošetřením. Zaznamenejte hodnoty a zastavte stroj.

Praktický tip: Po stabilizaci otáček počkejte alespoň 10–15 sekund, než zaznamenáte měření. Tepelné přechodové jevy a proudění vzduchu se ustálí během prvních několika sekund.

3

Instalace zkušebního závaží v rovině 1 (běh 1)

Zastavte rotor. Připevněte zkušební hmotnost 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 a 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).

⚖

Kolik by mělo zkušební závaží vážit? Použijte empirický vzorec: Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) kde M_r = rotor mass (g), K_support = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), K_vibrace = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), R_t = montážní poloměr (cm), N = otáčky za minutu. Nebo použijte naše online kalkulačka zkušebního závaží — zadejte parametry rotoru a okamžitě získejte doporučenou hmotnost.

4

Přesunutí zkušebního závaží do roviny 2 (běh 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.

Tip: Pokud v rovině 2 použijete jinou hmotnost zkušebního závaží, zadejte do softwaru správnou hodnotu – matematické výpočty se automaticky upraví.

5

Výpočet korekčních závaží

The instrument solves the influence coefficient equations and displays the Correction mass (g) a 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

Instalace korekčních závaží

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

Ověření vyváženosti (Kontrolní běh)

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 ověřovací jízda on the Run T - Trim tab — it uses the existing influence coefficients to calculate a small additional correction without new trial weights.

Tip z terénu: Jeden trimovací běh obvykle stačí. Pokud potřebujete více než dva trimy, je třeba zkontrolovat, zda se mezi jednotlivými běhy něco nezměnilo – zkontrolujte uvolněná závaží, tepelný růst nebo změnu rychlosti.

Výpočet zkušební hmotnosti

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:

Nechcete dělat výpočty ručně? Použijte náš online kalkulačka zkušební hmotnosti ↗ — zadejte parametry rotoru, typ podpěry a úroveň vibrací a okamžitě získejte doporučenou hmotnost.

Worked Examples (K_support = 3, K_vibrace = 1.0)

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

Měření korekčního úhlu

Vyvažovací přístroj vydává dvě čísla pro každou rovinu: hmotnost (kolik váží) a úhel (kam ho umístit). Úhel se vždy vztahuje k poloze zkušebního závaží.

Jak měřit úhel

• Referenční bod (0°): úhlovou polohu, kam jste umístili zkušební závaží. Před zkušebním chodem si ji jasně označte na rotoru.
• Směr měření: vždy ve směru otáčení rotoru.
• Čtení úhlu: the result window shows the Correction mass a Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
• Pokud odstraňujete hmotu: 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.

Rozdělení váhy na pevné pozice

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: Volné pozice, Pevné pozice, Kruhová drážkaa 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.

Korekční roviny a umístění senzorů

Korekční rovina je axiální poloha na rotoru, kde se přidává nebo ubírá hmotnost. Snímač měří vibrace u nejbližšího ložiska. Několik klíčových pravidel:

• Snímač se montuje na ložiskové pouzdro — co nejblíže k ose ložiska, v radiálním směru (přednostně horizontálním).
• Rovina 1 odpovídá senzoru 1, Rovina 2 k senzoru 2. Dodržujte číslování konzistentní, jinak software prohodí korekční roviny.
• Maximalizace oddělení rovin: Čím dále jsou od sebe obě korekční roviny, tím lepší je rozlišení dvojice. Minimální praktická vzdálenost je ⅓ rozteče ložiska.
• Vyberte si přístupné pozice: Korekční rovina musí být místem, kde můžete fyzicky připevnit závaží – hranu příruby, roztečnou kružnici šroubů, okraj nebo svařovací plochu.

Na výše uvedené fotografii je rotor mulčovače připraven pro dvourovinné vyvážení. Modré značky 1 a 2 označují polohy senzorů na ložiskových pouzdrech. Červené značky 1 a 2 znázorňují korekční roviny – v tomto případě přírubové konce tělesa rotoru, na které budou přivařena závaží.

Konzolový (převislý) rotor

Konzolové rotory – oběžná kola ventilátorů, setrvačníky namontované vně rozpětí ložisek, oběžná kola čerpadel – vyžadují odlišné uspořádání senzorů a rovin. Obě korekční roviny jsou na stejné straně ložisek a umístění senzorů musí zohledňovat moment nevyvážení amplifikovaný radiální hmotou.

Aplikace podle typu stroje

Metody upevnění závaží

Časté chyby při vyvažování na místě

Terénní zpráva: Vyvažování rotoru mulčovače

Dvourovinné dynamické vyvážení ventilátoru

Průmyslové ventilátory – odstředivé, axiální a se smíšeným průtokem – patří mezi nejběžnější vyvažované rotory v praxi. Níže uvedený postup popisuje reálnou práci s radiálním ventilátorem ve dvou rovinách s použitím Balanset‑1A.

Určení rovin a instalace senzorů

Očistěte povrchy pro instalaci senzoru od nečistot a oleje. Senzory musí těsně přiléhat k kovovému povrchu ložiskového pouzdra – nikdy je nemontujte na kryty, ochranné kryty ani nepodepřené plechové panely.

• Senzor 1 (červený): Nainstalujte blíže k přední části ventilátoru (strana roviny 1).
• Senzor 2 (zelený): Nainstalujte blíže k zadní části ventilátoru (strana roviny 2).
• Rovina 1 (červená zóna): Korekční rovina na kotouči oběžného kola, blíže k přední části.
• Rovina 2 (zelená zóna): Korekční rovina blíže k zadní desce nebo náboji.

Připojte vibrační senzory a laserový otáčkoměr k Balanset‑1A. Na hřídel nebo náboj připevněte reflexní pásku pro měření otáček.

Proces vyvažování

Spusťte ventilátor a proveďte počáteční měření vibrací (Běh 0). Umístěte zkušební závaží o známé hmotnosti na rovinu 1 v libovolném bodě, spusťte ventilátor a zaznamenejte změnu vibrací (Běh 1). Přemístěte zkušební závaží do roviny 2 v libovolném bodě, znovu spusťte ventilátor a zaznamenejte změnu vibrací (Běh 2). Software Balanset‑1A použije všechna tři měření k výpočtu korekční hmotnosti a úhlu pro každou rovinu.

Měření úhlu pro korekční závaží ventilátoru

Úhel se měří od polohy zkušebního závaží ve směru otáčení ventilátoru – přesně tak, jak je popsáno v Měření korekčního úhlu výše uvedená část. Označte si místo, kde bylo umístěno zkušební závaží (referenční bod 0°), a poté spočítejte uvedený úhel podél směru otáčení, abyste našli polohu korekčního závaží.

Na základě úhlů a hmotností vypočítaných softwarem nainstalujte korekční závaží na rovinu 1 a rovinu 2. Znovu spusťte ventilátor a ověřte, zda vibrace klesly na přijatelnou úroveň dle ISO 21940‑11 (obvykle G 6.3 pro ventilátory pro všeobecné použití). Pokud jsou zbytkové vibrace stále nad cílovou hodnotou, proveďte jeden seřizovací běh.

Často kladené otázky

Zařízení pro vyvažování v terénu

Balanset-1A je dvoukanálový přenosný přístroj, který zvládá dynamické vyvažování v jedné i dvou rovinách a také analýzu vibrací (celková rychlost, spektra, tvar vlny). Dodává se jako kompletní sada:

• 2x MEMS snímače vibrací (akcelerometry na bázi ADXL335) s magnetickými držáky
• Laserový otáčkoměr (bezkontaktní snímač otáček) s reflexní páskou
• Měřicí jednotka USB (připojuje se k jakémukoli notebooku s Windows)
• Software: průvodce vyvažováním, vibrometr, spektrální analyzátor
• Přenosné pouzdro se všemi kabely a příslušenstvím

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.