Αναλυτική έκθεση: Σε βάθος ανάλυση του προτύπου ISO 1940-1 “Απαιτήσεις ποιότητας ισορροπίας άκαμπτων ρότορα” και ενσωμάτωση των συστημάτων μέτρησης Balanset-1A στη διάγνωση κραδασμών

Εισαγωγή

Στη σύγχρονη μηχανική πρακτική και βιομηχανική παραγωγή, η δυναμική εξισορρόπηση του περιστρεφόμενου εξοπλισμού είναι μια θεμελιώδης διαδικασία που εξασφαλίζει την αξιοπιστία, τη διάρκεια ζωής και την ασφαλή λειτουργία των μηχανημάτων. Η ανισορροπία των περιστρεφόμενων μαζών είναι η πιο κοινή πηγή επιβλαβών κραδασμών, που οδηγεί σε επιταχυνόμενη φθορά των συγκροτημάτων ρουλεμάν, αστοχία κόπωσης των θεμελίων και των περιβλημάτων και αυξημένο θόρυβο. Σε παγκόσμια κλίμακα, η τυποποίηση των απαιτήσεων εξισορρόπησης διαδραματίζει βασικό ρόλο στην ενοποίηση των διαδικασιών κατασκευής και των κριτηρίων αποδοχής του εξοπλισμού.

Το κεντρικό έγγραφο που ρυθμίζει αυτές τις απαιτήσεις εδώ και δεκαετίες είναι το διεθνές πρότυπο ISO 1940-1. Παρόλο που τα τελευταία χρόνια ο κλάδος μεταβαίνει σταδιακά στη νεότερη σειρά ISO 21940, οι αρχές, τα φυσικά μοντέλα και η μεθοδολογία που ενσωματώνονται στο ISO 1940-1 παραμένουν το θεμέλιο της μηχανικής πρακτικής στην εξισορρόπηση. Η κατανόηση της εσωτερικής λογικής αυτού του προτύπου είναι απαραίτητη όχι μόνο για τους σχεδιαστές ρότορα, αλλά και για τους ειδικούς συντήρησης που χρησιμοποιούν σύγχρονα φορητά όργανα εξισορρόπησης, όπως το Balanset-1A.

Η παρούσα έκθεση έχει ως στόχο να παρέχει μια εξαντλητική, λεπτομερή ανάλυση κάθε κεφαλαίου του προτύπου ISO 1940-1, να αποκαλύψει τη φυσική σημασία των τύπων και των ανοχών του και να δείξει πώς τα σύγχρονα συστήματα υλικού-λογισμικού (χρησιμοποιώντας το Balanset-1A ως παράδειγμα) αυτοματοποιούν την εφαρμογή των απαιτήσεων του προτύπου, μειώνοντας τα ανθρώπινα λάθη και βελτιώνοντας την ακρίβεια των διαδικασιών εξισορρόπησης.

Κεφάλαιο 1. Πεδίο εφαρμογής και βασικές έννοιες

Το πρώτο κεφάλαιο του προτύπου ορίζει το πεδίο εφαρμογής του και εισάγει μια κρίσιμης σημασίας διάκριση μεταξύ των τύπων ρότορα. Το πρότυπο ISO 1940-1 ισχύει μόνο για ρότορες σε σταθερή (άκαμπτη) κατάσταση. Ο ορισμός αυτός αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο ολόκληρης της μεθοδολογίας, καθώς η συμπεριφορά των άκαμπτων και των εύκαμπτων ρότορα είναι θεμελιωδώς διαφορετική.

Φαινομενολογία του άκαμπτου ρότορα

Ένας ρότορας χαρακτηρίζεται ως άκαμπτος εάν οι ελαστικές παραμορφώσεις του υπό φυγόκεντρες δυνάμεις σε όλο το εύρος των ταχυτήτων λειτουργίας είναι αμελητέες σε σύγκριση με τις καθορισμένες ανοχές ανισορροπίας. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι η κατανομή μάζας του ρότορα δεν μεταβάλλεται σημαντικά καθώς η ταχύτητα κυμαίνεται από το μηδέν έως τη μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας.

Μια σημαντική συνέπεια αυτού του ορισμού είναι η αμεταβλητότητα της εξισορρόπησης: ένας ρότορας που εξισορροπείται σε χαμηλή ταχύτητα (για παράδειγμα, σε μια μηχανή εξισορρόπησης σε ένα εργαστήριο) παραμένει εξισορροπημένος στην ταχύτητα λειτουργίας του κατά τη χρήση. Αυτό επιτρέπει την εκτέλεση της εξισορρόπησης σε ταχύτητες σημαντικά χαμηλότερες από την ταχύτητα λειτουργίας, γεγονός που απλοποιεί και μειώνει το κόστος της διαδικασίας.

Εάν ένας ρότορας λειτουργεί στην υπερκρίσιμη περιοχή (σε ταχύτητες πάνω από την πρώτη κρίσιμη ταχύτητα κάμψης) ή κοντά στη συντονισμένη συχνότητα, υπόκειται σε σημαντικές παραμορφώσεις. Σε αυτή την περίπτωση, η αποτελεσματική κατανομή μάζας εξαρτάται από την ταχύτητα και η εξισορρόπηση που πραγματοποιείται σε μία ταχύτητα μπορεί να είναι αναποτελεσματική ή ακόμη και επιβλαβής σε άλλη. Τέτοιοι ρότορες αναφέρονται ως εύκαμπτοι και οι απαιτήσεις για αυτούς καθορίζονται σε ένα άλλο πρότυπο — ISO 11342. Το πρότυπο ISO 1940-1 αποκλείει σκόπιμα τους εύκαμπτους ρότορες και επικεντρώνεται μόνο στους άκαμπτους.

Εξαιρέσεις και περιορισμοί

Το πρότυπο καθορίζει επίσης με σαφήνεια τι δεν εμπίπτει στο πεδίο εφαρμογής του:

• Ρότορες με μεταβαλλόμενη γεωμετρία (για παράδειγμα, αρθρωτοί άξονες, πτερύγια ελικοπτέρων).
• Φαινόμενα συντονισμού στο σύστημα ρότορα-υποστήριξης-θεμελίωσης, εάν δεν επηρεάζουν την ταξινόμηση του ρότορα ως άκαμπτου.
• Αεροδυναμικές και υδροδυναμικές δυνάμεις που μπορούν να προκαλέσουν δονήσεις που δεν σχετίζονται άμεσα με την κατανομή της μάζας.

Έτσι, το πρότυπο ISO 1940-1 εστιάζει στις αδρανειακές δυνάμεις που προκαλούνται από την αναντιστοιχία μεταξύ του άξονα μάζας και του άξονα περιστροφής.

Κεφάλαιο 2. Κανονιστικές αναφορές

Για να εξασφαλιστεί η σαφής ερμηνεία των απαιτήσεών του, το πρότυπο ISO 1940-1 παραπέμπει σε μια σειρά σχετικών προτύπων. Το βασικό είναι το ISO 1925 “Μηχανικές δονήσεις — Εξισορρόπηση — Λεξιλόγιο”. Το έγγραφο αυτό λειτουργεί ως λεξικό που καθορίζει τη σημασιολογία της τεχνικής ορολογίας. Χωρίς μια κοινή κατανόηση όρων όπως “κύριος άξονας αδράνειας” ή “ανισορροπία ζεύγους”, η αποτελεσματική επικοινωνία μεταξύ ενός αγοραστή εξοπλισμού και ενός παρόχου υπηρεσιών εξισορρόπησης είναι αδύνατη.

Μια άλλη σημαντική αναφορά είναι το πρότυπο ISO 21940-2 (πρώην ISO 1940-2), το οποίο ασχολείται με τα σφάλματα ισορροπίας. Αναλύει τα μεθοδολογικά και τα σφάλματα των οργάνων που προκύπτουν κατά τη μέτρηση της ανισορροπίας και δείχνει πώς να τα λαμβάνετε υπόψη κατά την επαλήθευση της τήρησης των ανοχών.

Κεφάλαιο 3. Όροι και ορισμοί

Η κατανόηση της ορολογίας είναι απαραίτητη προϋπόθεση για μια εις βάθος ανάλυση του προτύπου. Το παρόν κεφάλαιο παρέχει αυστηρούς φυσικούς ορισμούς, στους οποίους βασίζεται η μετέπειτα λογική υπολογισμού.

3.1 Εξισορρόπηση

Η εξισορρόπηση είναι η διαδικασία βελτίωσης της κατανομής μάζας ενός ρότορα, έτσι ώστε να περιστρέφεται στα έδρανα του χωρίς να δημιουργεί ανισόρροπες φυγόκεντρες δυνάμεις που υπερβαίνουν τα επιτρεπόμενα όρια. Πρόκειται για μια επαναληπτική διαδικασία που περιλαμβάνει τη μέτρηση της αρχικής κατάστασης, τον υπολογισμό των διορθωτικών ενεργειών και την επαλήθευση του αποτελέσματος.

3.2 Ανισορροπία

Η ανισορροπία είναι η φυσική κατάσταση ενός ρότορα στην οποία ο κύριος κεντρικός άξονας αδράνειας του δεν συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής. Αυτό οδηγεί σε φυγόκεντρες δυνάμεις και ροπές που προκαλούν δόνηση στα στηρίγματα. Σε μορφή διανύσματος, η ανισορροπία U ορίζεται ως το γινόμενο της ανισόρροπης μάζας m και της ακτινικής απόστασής της r από τον άξονα περιστροφής (η εκκεντρότητα):

U = m · r

Η μονάδα SI είναι το κιλό-μέτρο (kg·m), αλλά στην πράξη η πιο βολική μονάδα είναι το γραμμάριο-χιλιοστόμετρο (g·mm).

3.3 Ειδική ανισορροπία

Η ειδική ανισορροπία είναι μια εξαιρετικά σημαντική έννοια για τη σύγκριση της ποιότητας ισορροπίας ρότορα με διαφορετικές μάζες. Ορίζεται ως ο λόγος του κύριου διανύσματος ανισορροπίας U προς τη συνολική μάζα του ρότορα M:

e = U / M

Η ποσότητα αυτή έχει τη διάσταση του μήκους (συνήθως εκφράζεται σε μικρομέτρα, µm, ή g·mm/kg) και αντιπροσωπεύει φυσικά την εκκεντρότητα του κέντρου μάζας του ρότορα σε σχέση με τον άξονα περιστροφής. Η ειδική ανισορροπία αποτελεί τη βάση για την ταξινόμηση των ρότορων σε κατηγορίες ποιότητας ισορροπίας.

3.4 Τύποι ανισορροπίας

Το πρότυπο διακρίνει διάφορους τύπους ανισορροπίας, καθένας από τους οποίους απαιτεί τη δική του στρατηγική διόρθωσης:

• Στατική ανισορροπία. Ο κύριος άξονας αδράνειας είναι παράλληλος προς τον άξονα περιστροφής, αλλά μετατοπισμένος από αυτόν. Μπορεί να διορθωθεί με ένα μόνο βάρος σε ένα μόνο επίπεδο (μέσω του κέντρου μάζας). Χαρακτηριστικό για στενούς, δισκοειδείς ρότορες.
• Ασυμφωνία ζευγαριού. Ο κύριος άξονας αδράνειας διέρχεται από το κέντρο μάζας, αλλά είναι κεκλιμένος σε σχέση με τον άξονα περιστροφής. Ο προκύπτων διάνυσμα ανισορροπίας είναι μηδέν, αλλά ένα ζεύγος (ένα ζεύγος δυνάμεων) τείνει να “γείρει” τον ρότορα. Μπορεί να εξαλειφθεί μόνο με δύο βάρη σε διαφορετικά επίπεδα που δημιουργούν ένα αντισταθμιστικό ζεύγος.
• Δυναμική ανισορροπία. Η πιο συνηθισμένη περίπτωση, που αντιπροσωπεύει ένα συνδυασμό στατικής και ζεύγους ανισορροπίας. Ο κύριος άξονας αδράνειας δεν είναι παράλληλος ούτε τέμνει τον άξονα περιστροφής. Η διόρθωση απαιτεί εξισορρόπηση σε τουλάχιστον δύο επίπεδα.

Κεφάλαιο 4. Σχετικές πτυχές της εξισορρόπησης

Αυτό το κεφάλαιο αναλύει τη γεωμετρική και διανυσματική αναπαράσταση της ανισορροπίας και καθορίζει κανόνες για την επιλογή επιπέδων μέτρησης και διόρθωσης.

4.1 Αντιπροσώπευση διανύσματος

Οποιαδήποτε ανισορροπία ενός άκαμπτου ρότορα μπορεί να μειωθεί μαθηματικά σε δύο διανύσματα που βρίσκονται σε δύο αυθαίρετα επιλεγμένα επίπεδα κάθετα προς τον άξονα περιστροφής. Αυτή είναι η θεωρητική αιτιολόγηση για την εξισορρόπηση δύο επιπέδων. Το όργανο Balanset-1A χρησιμοποιεί ακριβώς αυτήν την προσέγγιση, επιλύοντας ένα σύστημα διανυσματικών εξισώσεων για τον υπολογισμό των βαρών διόρθωσης στα επίπεδα 1 και 2.

4.2 Επίπεδα αναφοράς και επίπεδα διόρθωσης

Το πρότυπο κάνει μια σημαντική διάκριση μεταξύ επιπέδων στα οποία καθορίζονται ανοχές και επιπέδων στα οποία πραγματοποιείται διόρθωση.

Επίπεδα ανοχής. Αυτά είναι συνήθως τα επίπεδα έδρασης (A και B). Εδώ οι κραδασμοί και τα δυναμικά φορτία είναι τα πιο κρίσιμα για την αξιοπιστία του μηχανήματος. Επιτρεπόμενη ανισορροπία U_ανά καθορίζεται συνήθως σε σχέση με αυτά τα επίπεδα.

Επίπεδα διόρθωσης. Αυτές είναι οι φυσικά προσβάσιμες θέσεις στον ρότορα όπου μπορεί να προστεθεί ή να αφαιρεθεί υλικό (με διάτρηση, προσάρτηση βαρών κ.λπ.). Ενδέχεται να μην συμπίπτουν με τα επίπεδα των εδράνων.

Ο ρόλος του μηχανικού (ή του λογισμικού εξισορρόπησης) είναι να μετατρέψει την επιτρεπόμενη ανισορροπία από τα επίπεδα των εδράνων σε αντίστοιχες ανοχές στα επίπεδα διόρθωσης, λαμβάνοντας υπόψη τη γεωμετρία του ρότορα. Τα σφάλματα σε αυτό το στάδιο μπορούν να οδηγήσουν σε έναν ρότορα που είναι τυπικά ισορροπημένος στα επίπεδα διόρθωσης, αλλά παράγει απαράδεκτα φορτία στα έδρανα.

4.3 Ρότορες που απαιτούν ένα ή δύο επίπεδα διόρθωσης

Το πρότυπο παρέχει συστάσεις σχετικά με τον αριθμό των επιπέδων που απαιτούνται για την εξισορρόπηση:

• Ένα αεροπλάνο. Επαρκές για μικρούς ρότορες των οποίων το μήκος είναι πολύ μικρότερο από τη διάμετρο (L/D < 0,5) και με αμελητέα αξονική εκκεντρότητα. Σε αυτή την περίπτωση, η ανισορροπία του ζεύγους μπορεί να αγνοηθεί. Παραδείγματα: τροχαλίες, στενά γρανάζια, ανεμιστήρες.
• Δύο αεροπλάνα. Απαραίτητο για επιμήκεις ρότορες όπου η ανισορροπία του ζεύγους μπορεί να είναι σημαντική. Παραδείγματα: οπλισμοί κινητήρων, κύλινδροι μηχανών χαρτιού, άξονες καρδάν.

Κεφάλαιο 5. Σκέψεις σχετικά με την ομοιότητα

Το κεφάλαιο 5 εξηγεί τη φυσική λογική πίσω από τους βαθμούς ποιότητας ισορροπίας G. Γιατί απαιτούνται διαφορετικά όρια ανισορροπίας για μια τουρμπίνα σε σχέση με έναν τροχό αυτοκινήτου; Η απάντηση βρίσκεται στην ανάλυση των τάσεων και των φορτίων.

Νόμος ομοιότητας μάζας

Για γεωμετρικά παρόμοιους ρότορες που λειτουργούν υπό παρόμοιες συνθήκες, η επιτρεπόμενη υπολειπόμενη ανισορροπία U_ανά είναι άμεσα ανάλογη με τη μάζα του ρότορα M:

U_ανά ∝ M

Αυτό σημαίνει ότι η συγκεκριμένη ανισορροπία e_ανά = U_ανά / M πρέπει να είναι το ίδιο για τέτοιους ρότορες. Αυτό επιτρέπει την εφαρμογή ενιαίων απαιτήσεων σε μηχανήματα διαφορετικών μεγεθών.

Νόμος ομοιότητας ταχύτητας

Η φυγόκεντρος δύναμη F που δημιουργείται από την ανισορροπία ορίζεται ως:

F = M · e · Ω²

όπου Ω είναι η γωνιακή ταχύτητα.

Για να επιτευχθεί η ίδια διάρκεια ζωής των ρουλεμάν και παρόμοια επίπεδα μηχανικής καταπόνησης σε ρότορες που λειτουργούν σε διαφορετικές ταχύτητες, οι φυγόκεντρες δυνάμεις πρέπει να παραμένουν εντός των επιτρεπόμενων ορίων. Αν θέλουμε το συγκεκριμένο φορτίο να είναι σταθερό, τότε όταν το Ω αυξάνεται, η επιτρεπόμενη εκκεντρότητα e_ανά πρέπει να μειωθεί.

Θεωρητικές και εμπειρικές μελέτες έχουν οδηγήσει στη σχέση:

e_ανά · Ω = σταθερό

Το γινόμενο της συγκεκριμένης ανισορροπίας και της γωνιακής ταχύτητας έχει τη διάσταση της γραμμικής ταχύτητας (mm/s). Χαρακτηρίζει τη γραμμική ταχύτητα του κέντρου μάζας του ρότορα γύρω από τον άξονα περιστροφής. Αυτή η τιμή αποτέλεσε τη βάση για τον ορισμό των βαθμών ποιότητας ισορροπίας G.

Κεφάλαιο 6. Προδιαγραφές ανοχής ισορροπίας

Αυτό είναι το πιο σημαντικό κεφάλαιο από πρακτική άποψη, καθώς περιγράφει μεθόδους για τον ποσοτικό προσδιορισμό των ανοχών ισορροπίας. Το πρότυπο προτείνει πέντε μεθόδους, αλλά η κυρίαρχη βασίζεται στο σύστημα βαθμολόγησης ποιότητας G.

6.1 Βαθμοί ποιότητας ισορροπίας G

Το πρότυπο ISO 1940-1 εισάγει μια λογαριθμική κλίμακα βαθμών ποιότητας ισορροπίας, που ορίζεται με το γράμμα G και έναν αριθμό. Ο αριθμός αντιπροσωπεύει τη μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα του κέντρου μάζας του ρότορα σε mm/s. Το βήμα μεταξύ των γειτονικών βαθμών είναι ένας συντελεστής 2,5.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια λεπτομερή επισκόπηση των βαθμών G με τυπικούς τύπους ρότορα. Ο πίνακας αυτός αποτελεί το κύριο εργαλείο για την επιλογή των απαιτήσεων ισορροπίας στην πράξη.

Πίνακας 1. Βαθμοί ποιότητας ισορροπίας ISO 1940-1 (λεπτομερείς)

Βαθμός G	eανά · Ω (mm/s)	Τυπικοί τύποι ρότορα	Σχόλιο ειδικού
G 4000	4000	Στροφαλοφόροι άξονες ναυτικών πετρελαιοκινητήρων χαμηλής ταχύτητας σε άκαμπτες βάσεις.	Εξοπλισμός με πολύ χαλαρές απαιτήσεις, όπου οι κραδασμοί απορροφώνται από μαζικά θεμέλια.
G 1600	1600	Στροφαλοφόροι άξονες μεγάλων δίχρονων κινητήρων.
G 630	630	Στροφαλοφόροι άξονες μεγάλων τετράχρονων κινητήρων, ναυτικοί κινητήρες ντίζελ σε ελαστικές βάσεις.
G 250	250	Στροφαλοφόροι άξονες κινητήρων ντίζελ υψηλής ταχύτητας.
G 100	100	Ολοκληρωμένοι κινητήρες αυτοκινήτων, φορτηγών, ατμομηχανών.	Τυπικός βαθμός για κινητήρες εσωτερικής καύσης.
G 40	40	Τροχοί και ζάντες αυτοκινήτων, άξονες καρδάν.	Οι τροχοί είναι σχετικά ασταθείς, επειδή το ίδιο το ελαστικό παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις.
G 16	16	Καρδάνιοι άξονες (ειδικές απαιτήσεις) · γεωργικά μηχανήματα · εξαρτήματα θραυστήρων.	Μηχανές που λειτουργούν σε δύσκολες συνθήκες αλλά απαιτούν αξιοπιστία.
G 6.3	6.3	Γενικό βιομηχανικό πρότυπο: ανεμιστήρες, αντλίες, σφόνδυλοι, συνηθισμένοι ηλεκτροκινητήρες, εργαλειομηχανές, κύλινδροι μηχανών χαρτιού.	Ο πιο συνηθισμένος βαθμός. Εάν δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις, συνήθως χρησιμοποιείται ο βαθμός G 6.3.
G 2.5	2.5	Υψηλή ακρίβεια: αεριοστρόβιλοι και ατμοστρόβιλοι, στροβιλογεννήτριες, συμπιεστές, ηλεκτροκινητήρες (>80 mm ύψος κέντρου, >950 rpm).	Απαιτείται για μηχανές υψηλής ταχύτητας για την αποφυγή πρόωρης φθοράς των ρουλεμάν.
G 1	1	Εξοπλισμός ακριβείας: κινητήρες άξονα λείανσης, μαγνητόφωνα, μικρά οπλισμένα εξαρτήματα υψηλής ταχύτητας.	Απαιτεί ιδιαίτερα ακριβή μηχανήματα και συνθήκες (καθαριότητα, χαμηλή εξωτερική δόνηση).
G 0.4	0.4	Εξοπλισμός εξαιρετικής ακρίβειας: γυροσκόπια, άξονες ακριβείας, μονάδες οπτικών δίσκων.	Κοντά στο όριο της συμβατικής εξισορρόπησης. Συχνά απαιτεί εξισορρόπηση στα ίδια τα ρουλεμάν του μηχανήματος.

6.2 Μέθοδος υπολογισμού του U_ανά

Η επιτρεπόμενη υπολειπόμενη ανισορροπία U_ανά (σε g·mm) υπολογίζεται από τον βαθμό G με τον τύπο:

U_ανά = (9549 · G · M) / n

όπου:

• G είναι ο βαθμός ποιότητας ισορροπίας (mm/s), για παράδειγμα 6,3,
• M είναι η μάζα του ρότορα (kg),
• n είναι η μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας (rpm),
• Το 9549 είναι ένας συντελεστής μετατροπής μονάδων (που προέρχεται από το 1000 · 60 / 2π).

Παράδειγμα. Εξετάστε έναν ρότορα ανεμιστήρα με μάζα M = 200 kg που λειτουργεί σε n = 1500 rpm, με καθορισμένο βαθμό G 6.3.

U_ανά ≈ (9549 · 6,3 · 200) / 1500 ≈ 8021 g·mm

Αυτή είναι η συνολική επιτρεπόμενη υπολειπόμενη ανισορροπία για το ρότορα στο σύνολό του. Στη συνέχεια, πρέπει να κατανεμηθεί μεταξύ των επιπέδων.

6.3 Γραφική μέθοδος

Το πρότυπο περιλαμβάνει ένα λογαριθμικό διάγραμμα (Σχήμα 2 στο ISO 1940-1) που συσχετίζει την ταχύτητα περιστροφής με την επιτρεπόμενη ειδική ανισορροπία για κάθε βαθμό G. Χρησιμοποιώντας το, ένας μηχανικός μπορεί να εκτιμήσει γρήγορα τις απαιτήσεις χωρίς υπολογισμούς, εντοπίζοντας το σημείο τομής της ταχύτητας του ρότορα με την επιθυμητή γραμμή βαθμού G.

Κεφάλαιο 7. Κατανομή της επιτρεπόμενης υπολειπόμενης ανισορροπίας σε επίπεδα διόρθωσης

Το U_ανά που υπολογίζεται στο Κεφάλαιο 6 ισχύει για το κέντρο μάζας του ρότορα. Στην πράξη, ωστόσο, η εξισορρόπηση πραγματοποιείται σε δύο επίπεδα (συνήθως κοντά στα ρουλεμάν). Το Κεφάλαιο 7 ρυθμίζει τον τρόπο κατανομής αυτής της συνολικής ανοχής μεταξύ των επιπέδων διόρθωσης — ένα στάδιο κρίσιμης σημασίας όπου τα λάθη είναι συχνά.

7.1 Συμμετρικοί ρότορες

Για την απλούστερη περίπτωση ενός συμμετρικού ρότορα (κέντρο μάζας ακριβώς στο μέσο μεταξύ των εδράνων και των επιπέδων διόρθωσης συμμετρικά σε σχέση με αυτό), η ανοχή κατανέμεται ομοιόμορφα:

U_ανά,L = U_ανά / 2
U_ανά,R = U_ανά / 2

7.2 Ασύμμετροι ρότορες (ρότορες μεταξύ ρουλεμάν)

Εάν το κέντρο μάζας μετατοπίζεται προς ένα ρουλεμάν, η ανοχή κατανέμεται ανάλογα με τις στατικές αντιδράσεις στα ρουλεμάν (αντίστροφα ανάλογα με τις αποστάσεις).

Ας είναι L η απόσταση μεταξύ των επιπέδων ανοχής (ρουλεμάν), a η απόσταση από το κέντρο μάζας έως το αριστερό ρουλεμάν, b έως το δεξί ρουλεμάν.

U_{ανά, αριστερά} = U_ανά · (β / L)
U_{ανά, σωστά} = U_ανά · (α / L)

Έτσι, στο ρουλεμάν που φέρει το μεγαλύτερο στατικό φορτίο αποδίδεται μεγαλύτερο μερίδιο της ανοχής ανισορροπίας.

7.3 Υπερκείμενοι και στενοί ρότορες

Αυτή είναι η πιο σύνθετη περίπτωση που εξετάζεται στο πρότυπο. Για ρότορες με σημαντική προεξέχουσα μάζα (για παράδειγμα, πτερωτή αντλίας σε μακρύ άξονα) ή όταν τα επίπεδα διόρθωσης είναι κοντά μεταξύ τους (b < L/3), η απλή κατανομή δεν είναι πλέον επαρκής.

Μια μη ισορροπημένη μάζα σε ένα προεξέχον τμήμα δημιουργεί μια ροπή κάμψης που φορτίζει τόσο τα κοντινά όσο και τα μακρινά ρουλεμάν. Το πρότυπο εισάγει συντελεστές διόρθωσης που αυξάνουν τις ανοχές.

Για τους περιστρεφόμενους ρότορες, οι ανοχές πρέπει να υπολογίζονται εκ νέου μέσω ισοδύναμων αντιδράσεων ρουλεμάν. Συχνά, αυτό οδηγεί σε σημαντικά χαμηλότερη επιτρεπόμενη ανισορροπία στο επίπεδο περιστροφής σε σύγκριση με έναν ρότορα μεταξύ ρουλεμάν της ίδιας μάζας, προκειμένου να αποφευχθούν υπερβολικά φορτία ρουλεμάν.

Πίνακας 2. Συγκριτική ανάλυση μεθόδων κατανομής ανοχής

Τύπος ρότορα	Μέθοδος κατανομής	Χαρακτηριστικά
Συμμετρικό	50% / 50%	Απλό, αλλά σπάνιο στην καθαρή του μορφή.
Ασύμμετρη	Αναλογικά με τις αποστάσεις	Λογαριασμοί για μετατόπιση του κέντρου μάζας. Κύρια μέθοδος για άξονες μεταξύ ρουλεμάν.
Υπερκείμενος	Ανακατανομή βάσει στιγμής	Απαιτεί την επίλυση στατικών εξισώσεων. Οι ανοχές συχνά μειώνονται σημαντικά για την προστασία του απομακρυσμένου ρουλεμάν.
Στενό (b ≪ L)	Ξεχωριστά όρια στατικής και ζεύγους	Συνιστάται να προσδιορίζετε ξεχωριστά τη στατική ανισορροπία και την ανισορροπία ζεύγους, καθώς οι επιδράσεις τους στις δονήσεις διαφέρουν.

Κεφάλαιο 8. Σφάλματα ισορροπίας

Αυτό το κεφάλαιο μεταβαίνει από τη θεωρία στην πράξη. Ακόμη και αν ο υπολογισμός της ανοχής είναι τέλειος, η πραγματική υπολειπόμενη ανισορροπία μπορεί να τον υπερβεί λόγω σφαλμάτων στη διαδικασία. Το πρότυπο ISO 1940-1 ταξινομεί αυτά τα σφάλματα ως εξής:

• Συστηματικά σφάλματα: ακριβείς ρυθμίσεις μηχανών, εκκεντρικά εξαρτήματα (τρυπάνια, φλάντζες), φαινόμενα αυλακιού (βλ. ISO 8821).
• Τυχαία σφάλματα: θόρυβος οργάνων, παιχνίδι στα στηρίγματα, διακυμάνσεις στη θέση και την έδραση του ρότορα κατά την επανατοποθέτηση.

Το πρότυπο απαιτεί το συνολικό σφάλμα μέτρησης να μην υπερβαίνει ένα ορισμένο κλάσμα της ανοχής (συνήθως 10–15%). Εάν τα σφάλματα είναι μεγάλα, η ανοχή εργασίας που χρησιμοποιείται στην εξισορρόπηση πρέπει να περιοριστεί ώστε να διασφαλιστεί ότι η πραγματική υπολειπόμενη ανισορροπία, συμπεριλαμβανομένου του σφάλματος, εξακολουθεί να ικανοποιεί το καθορισμένο όριο.

Κεφάλαια 9 και 10. Συναρμολόγηση και επαλήθευση

Το κεφάλαιο 9 προειδοποιεί ότι η εξισορρόπηση των μεμονωμένων εξαρτημάτων δεν εγγυάται ότι το συγκρότημα θα είναι ισορροπημένο. Τα σφάλματα συναρμολόγησης, η ακτινική εκκεντρότητα και η εκκεντρότητα του συνδέσμου μπορούν να αναιρέσουν την προσεκτική εξισορρόπηση των εξαρτημάτων. Συνιστάται η τελική εξισορρόπηση του πλήρως συναρμολογημένου ρότορα.

Το κεφάλαιο 10 περιγράφει τις διαδικασίες επαλήθευσης. Για τη νομικά έγκυρη επιβεβαίωση της ποιότητας της ισορροπίας δεν αρκεί η εκτύπωση ενός εισιτηρίου μηχανής εξισορρόπησης. Πρέπει να υπάρχει έλεγχος που να αποκλείει σφάλματα της μηχανής — για παράδειγμα, μια δοκιμή δείκτη (περιστροφή του ρότορα σε σχέση με τα στηρίγματα) ή χρήση δοκιμαστικών βαρών. Το όργανο Balanset-1A μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση τέτοιων ελέγχων στο πεδίο, μετρώντας την υπολειπόμενη δόνηση και συγκρίνοντάς την με τα υπολογισμένα όρια ISO.

Ενσωμάτωση του Balanset-1A στο οικοσύστημα ISO 1940-1

Το φορητό όργανο Balanset-1A (παραγωγής Vibromera) είναι μια σύγχρονη λύση που επιτρέπει την εφαρμογή των απαιτήσεων του προτύπου ISO 1940-1 στο πεδίο, συχνά χωρίς αποσυναρμολόγηση του εξοπλισμού (εξισορρόπηση επί τόπου).

1. Αυτοματοποίηση των υπολογισμών ISO 1940-1

Ένα από τα κύρια εμπόδια στην εφαρμογή του προτύπου είναι η πολυπλοκότητα των υπολογισμών στα κεφάλαια 6 και 7. Οι μηχανικοί συχνά παραλείπουν τους αυστηρούς υπολογισμούς και βασίζονται στην διαίσθησή τους. Το Balanset-1A επιλύει αυτό το πρόβλημα μέσω του ενσωματωμένου υπολογιστή ανοχής ISO 1940.

Ροή εργασίας: ο χρήστης εισάγει τη μάζα του ρότορα, την ταχύτητα λειτουργίας και επιλέγει έναν βαθμό G από μια λίστα.

Αποτέλεσμα: το λογισμικό υπολογίζει αμέσως το U_ανά και, το πιο σημαντικό, το κατανέμει αυτόματα μεταξύ των επιπέδων διόρθωσης (Επίπεδο 1 και Επίπεδο 2), λαμβάνοντας υπόψη τη γεωμετρία του ρότορα (ακτίνες, αποστάσεις). Αυτό εξαλείφει το ανθρώπινο λάθος κατά την αντιμετώπιση ασύμμετρων και προεξέχοντων ρότορα.

2. Συμμόρφωση με τις μετρολογικές απαιτήσεις

Σύμφωνα με τις προδιαγραφές του, το Balanset-1A παρέχει ακρίβεια μέτρησης ταχύτητας δόνησης ±5% και ακρίβεια φάσης ±1°. Για τις κατηγορίες G16 έως G2.5 (ανεμιστήρες, αντλίες, τυπικοί κινητήρες) αυτό είναι περισσότερο από αρκετό για αξιόπιστη εξισορρόπηση.

Για την κατηγορία G1 (μηχανισμοί ακριβείας) το όργανο είναι επίσης κατάλληλο, αλλά απαιτεί προσεκτική προετοιμασία (ελαχιστοποίηση εξωτερικών δονήσεων, στερέωση βάσεων κ.λπ.).

Το λέιζερ ταχόμετρο παρέχει ακριβή συγχρονισμό φάσης, ο οποίος είναι κρίσιμος για τον διαχωρισμό των εξαρτημάτων ανισορροπίας σε εξισορρόπηση δύο επιπέδων, όπως περιγράφεται στο Κεφάλαιο 4 του προτύπου.

3. Διαδικασία εξισορρόπησης και υποβολή εκθέσεων

Ο αλγόριθμος του οργάνου (μέθοδος δοκιμαστικού βάρους / συντελεστή επιρροής) αντιστοιχεί πλήρως στη φυσική ενός άκαμπτου ρότορα που περιγράφεται στο πρότυπο ISO 1940-1.

Τυπική ακολουθία: μέτρηση αρχικής δόνησης → εγκατάσταση δοκιμαστικού βάρους → μέτρηση → υπολογισμός μάζας και γωνίας διόρθωσης.

Επαλήθευση (Κεφάλαιο 10): μετά την εγκατάσταση των βαρών διόρθωσης, το όργανο εκτελεί μια μέτρηση ελέγχου. Το λογισμικό συγκρίνει την προκύπτουσα υπολειπόμενη ανισορροπία με την ανοχή ISO. Εάν η συνθήκη U_res ≤ U_ανά είναι ικανοποιημένη, η οθόνη εμφανίζει μια επιβεβαίωση.

Αναφορά: Η λειτουργία “Reports” (Αναφορές) του F6 δημιουργεί μια λεπτομερή αναφορά που περιλαμβάνει αρχικά δεδομένα, διανύσματα ανισορροπίας, συντελεστές διόρθωσης και ένα συμπέρασμα σχετικά με τον βαθμό G που επιτεύχθηκε (για παράδειγμα, “Balance Quality Grade G 6.3 achieved” (Επιτεύχθηκε βαθμός ποιότητας ισορροπίας G 6.3)). Αυτό μετατρέπει το όργανο από ένα εργαλείο συντήρησης σε ένα κατάλληλο εργαλείο ελέγχου ποιότητας, κατάλληλο για την επίσημη παράδοση στον πελάτη.

Πίνακας 3. Περίληψη: Εφαρμογή των απαιτήσεων του προτύπου ISO 1940-1 στο Balanset-1A

Απαίτηση ISO 1940-1	Εφαρμογή στο Balanset-1A	Πρακτικό όφελος
Προσδιορισμός ανοχής (Κεφ. 6)	Ενσωματωμένος υπολογιστής βαθμού G	Άμεσος υπολογισμός χωρίς χειροκίνητους τύπους ή διαγράμματα.
Κατανομή ανοχής (Κεφ. 7)	Αυτόματη κατανομή βάσει γεωμετρίας	Λαμβάνει υπόψη την ασυμμετρία και την προεξέχουσα γεωμετρία.
Διασπάση διανύσματος (Κεφ. 4)	Διαγράμματα διανυσμάτων και πολικά διαγράμματα	Οπτικοποιεί την ανισορροπία και απλοποιεί την τοποθέτηση των βαρών διόρθωσης.
Έλεγχος υπολειπόμενης ανισορροπίας (Κεφ. 10)	Σύγκριση σε πραγματικό χρόνο του Ures vs Uανά	Αντικειμενική αξιολόγηση “επιτυχής/αποτυχημένος”.
Τεκμηρίωση	Αυτόματη δημιουργία αναφορών	Έτοιμο πρωτόκολλο για την επίσημη τεκμηρίωση της ποιότητας της ισορροπίας.

Συμπέρασμα

Το πρότυπο ISO 1940-1 είναι ένα απαραίτητο εργαλείο για τη διασφάλιση της ποιότητας των περιστρεφόμενων μηχανημάτων. Η σταθερή φυσική του βάση (νόμοι ομοιότητας, ανάλυση διανυσμάτων) επιτρέπει την εφαρμογή κοινών κριτηρίων σε πολύ διαφορετικά μηχανήματα. Ταυτόχρονα, η πολυπλοκότητα των διατάξεών του — ιδίως η κατανομή των ανοχών — έχει περιορίσει από καιρό την ακριβή εφαρμογή του σε συνθήκες πεδίου.

Η εμφάνιση οργάνων όπως το Balanset-1A εξαλείφει το χάσμα μεταξύ της θεωρίας ISO και της πρακτικής συντήρησης. Ενσωματώνοντας τη λογική του προτύπου σε ένα φιλικό προς τον χρήστη περιβάλλον εργασίας, το όργανο επιτρέπει στο προσωπικό συντήρησης να εκτελεί εξισορρόπηση σε παγκόσμιο επίπεδο ποιότητας, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού και μειώνοντας τα ποσοστά αστοχίας. Με τέτοια εργαλεία, η εξισορρόπηση γίνεται μια ακριβής, επαναλαμβανόμενη και πλήρως τεκμηριωμένη διαδικασία και όχι μια “τέχνη” που ασκείται από λίγους ειδικούς.

---

Επίσημο πρότυπο ISO

Για το πλήρες επίσημο πρότυπο, επισκεφθείτε τη διεύθυνση: ISO 1940-1 στο ISO Store

Σημείωση: Οι πληροφορίες που παρέχονται παραπάνω αποτελούν μια επισκόπηση του προτύπου. Για το πλήρες επίσημο κείμενο με όλες τις τεχνικές προδιαγραφές, τους λεπτομερείς πίνακες, τους τύπους και τα παραρτήματα, η πλήρης έκδοση πρέπει να αγοραστεί από τον ISO.

---

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο