Roottori on kappale, joka pyörii jonkin akselin ympäri ja joka on kiinnitetty laakeripinnoillaan tukiin. Roottorin laakeripinnat siirtävät kuormitukset tukiin vierintä- tai liukulaakereiden avulla. Laakeripintoja ovat nivelkappaleiden pinnat tai niitä korvaavat pinnat.
Kuva 1 Roottori ja siihen vaikuttavat keskipakovoimat.
Täydellisesti tasapainotetussa roottorissa sen massa jakautuu symmetrisesti pyörimisakselin ympäri, eli mikä tahansa roottorin elementti voidaan sovittaa toiseen elementtiin, joka sijaitsee symmetrisesti pyörimisakselin ympäri. Tasapainoisessa roottorissa mihin tahansa roottorin elementtiin vaikuttava keskipakovoima tasapainotetaan symmetriseen elementtiin vaikuttavalla keskipakovoimalla. Esimerkiksi elementteihin 1 ja 2 (merkitty vihreällä kuvassa 1) vaikuttavat samansuuruiset ja vastakkaissuuntaiset keskipakovoimat F1 ja F2. Tämä pätee kaikkiin symmetrisiin roottorin elementteihin, joten roottoriin vaikuttava keskipakovoima on yhteensä 0 ja roottori on tasapainossa.
Mutta jos roottorin symmetria rikkoutuu (epäsymmetrinen elementti on merkitty punaisella värillä kuvassa 1), roottoriin kohdistuu epätasapainoinen keskipakovoima F3.Pyörimisessä tämä voima vaihtaa suuntaa roottorin pyöriessä. Tästä voimasta johtuva dynaaminen kuormitus siirtyy laakereihin, mikä johtaa nopeutuneeseen kulumiseen.
Lisäksi tämän muuttuvan suunnan voiman vaikutuksesta tuet ja perustukset, joihin roottori on kiinnitetty, muuttuvat syklisesti, eli syntyy värähtelyä. Roottorin epätasapainon ja siihen liittyvän värähtelyn poistamiseksi on asennettava tasapainotusmassoja, jotta roottorin symmetria voidaan palauttaa.
Roottorin tasapainotus on toimenpide, jolla korjataan epätasapaino lisäämällä tasapainotusmassoja.
Tasapainotuksen tehtävänä on löytää yhden tai useamman tasapainottavan massan koko ja sijainti (kulma).
Roottorityypit ja epätasapainotyypit.
Roottorin materiaalin lujuus ja siihen vaikuttavien keskipakovoimien suuruus huomioon ottaen roottorit voidaan jakaa kahteen tyyppiin - jäykkiin roottoreihin ja joustaviin roottoreihin.
Jäykät roottorit deformoituvat merkityksettömän vähän keskipakovoiman vaikutuksesta toimintatiloissa, ja tämän muodonmuutoksen vaikutus laskelmiin voidaan jättää huomiotta.
Joustavien roottorien muodonmuutoksia ei voida enää jättää huomiotta. Joustavien roottorien muodonmuutokset vaikeuttavat tasapainotusongelman ratkaisemista ja edellyttävät muiden matemaattisten mallien soveltamista verrattuna jäykkien roottorien tasapainotusongelmaan.On huomattava, että sama roottori voi pienillä nopeuksilla käyttäytyä jäykkänä ja suurilla nopeuksilla joustavana. Seuraavassa tarkastellaan vain jäykkien roottorien tasapainottamista.
Riippuen epätasapainossa olevien massojen jakautumisesta roottorin pituudella voidaan erottaa kaksi epätasapainotyyppiä - staattinen ja dynaaminen (hetkellinen). Vastaavasti puhutaan staattisesta ja dynaamisesta roottorin tasapainotuksesta. Roottorin staattinen epätasapaino syntyy ilman roottorin pyörimistä eli staattisessa tilassa, kun roottori on painovoiman vaikutuksesta kääntynyt niin, että sen "raskas kohta" on alaspäin. Kuvassa 2 on esimerkki roottorista, jossa on staattinen epätasapaino.
Kuva 2 Roottorin staattinen epätasapaino.
Painovoiman vaikutuksesta "raskas piste" kääntyy alaspäin.
Dynaamista epätasapainoa esiintyy vain roottorin pyöriessä.
Kuvassa 3 on esimerkki roottorista, jossa on dynaaminen epätasapaino.
Kuva 3 Roottorin dynaaminen epätasapaino.
Voimat Fc1 ja Fc2 aiheuttavat momentin, joka pyrkii tasapainottamaan roottorin.
Tässä tapauksessa epätasapainossa olevat yhtä suuret massat M1 ja M2 ovat eri tasoissa - eri paikoissa roottorin pituudella. Staattisessa asennossa, eli kun roottori ei pyöri, roottoriin vaikuttaa vain painovoima ja massat tasapainottavat toisiaan. Dynamiikassa, kun roottori pyörii, massoihin M1 ja M2 alkavat vaikuttaa keskipakovoimat Fc1 ja Fc2. Nämä voimat ovat suuruudeltaan yhtä suuria ja suunnaltaan vastakkaisia. Koska ne kohdistuvat kuitenkin eri paikkoihin akselin pituudella eivätkä ole samalla linjalla, nämä voimat eivät kompensoi toisiaan. Voimat Fc1 ja Fc2 aiheuttavat roottoriin kohdistuvan vääntömomentin. Siksi tätä epätasapainoa kutsutaan myös momenttiepätasapainoksi. Vastaavasti laakerin asentoihin vaikuttavat kompensoimattomat keskipakovoimat, jotka voivat ylittää huomattavasti lasketut arvot ja lyhentää laakerien käyttöikää.
Koska tämäntyyppinen epätasapaino esiintyy vain dynaamisesti roottorin pyöriessä, sitä kutsutaan dynaamiseksi epätasapainoksi. Sitä ei voida korjata staattisissa olosuhteissa tasapainottamalla "veitsillä" tai vastaavilla menetelmillä. Dynaamisen epätasapainon poistamiseksi on asennettava kaksi kompensointipainoa, jotka tuottavat yhtä suuren ja vastakkaissuuntaisen momentin kuin massoista M1 ja M2 aiheutuva momentti. Kompensoivien massojen ei tarvitse olla vastakkaisia ja samansuuruisia kuin massat M1 ja M2. Tärkeintä on, että ne tuottavat momentin, joka kompensoi täysin epätasapainomomentin.
Yleensä massat M1 ja M2 eivät välttämättä ole yhtä suuria, joten syntyy staattisen ja dynaamisen epätasapainon yhdistelmä. On teoreettisesti todistettu, että jäykän roottorin osalta kaksi roottorin pituussuunnassa toisistaan etäällä olevaa painoa on välttämätöntä ja riittävää roottorin epätasapainon poistamiseksi. Nämä painot kompensoivat sekä dynaamisen epätasapainon aiheuttaman vääntömomentin että keskipakovoiman, joka johtuu massan epäsymmetriasta roottorin akseliin nähden (staattinen epätasapaino). Dynaaminen epätasapaino on tyypillistä pitkille roottoreille, kuten akseleille, ja staattinen epätasapaino on tyypillistä kapeille roottoreille. Jos kapea roottori on kuitenkin vinossa akseliin nähden tai epämuodostunut ("kahdeksikko"), dynaamista epätasapainoa on vaikea poistaa. (ks. kuva 4), koska tällöin on vaikea asentaa korjaavia painoja, jotka luovat tarvittavan kompensoivan momentin.
Kuva 4 Kapean roottorin dynaaminen epätasapaino.
Voimat F1 ja F2 eivät ole samalla viivalla eivätkä kompensoi toisiaan.
Koska kapean roottorin aiheuttama vääntömomentti on pieni, voidaan tarvita suuria korjauspainoja. Tämä johtaa kuitenkin myös "indusoituun epätasapainoon", joka johtuu korjauspainojen aiheuttamien keskipakovoimien aiheuttamasta kapean roottorin muodonmuutoksesta. (Katso esimerkiksi "Methodological instructions for balancing rigid rotors (to ISO 22061-76)". 10 kohta. ROOTTORIN TUKIJÄRJESTELMÄ. )
Tämä on havaittavissa puhaltimien kapeissa juoksupyörissä, joissa voimatasapainon lisäksi myös aerodynaaminen epätasapaino on aktiivinen. On ymmärrettävä, että aerodynaaminen epätasapaino tai pikemminkin aerodynaaminen voima on suoraan verrannollinen roottorin kulmanopeuteen, ja sen kompensointiin käytetään korjaavan massan keskipakovoimaa, joka on verrannollinen kulmanopeuden neliöön. Tasapainotusvaikutus voi siis tapahtua vain tietyllä tasaustaajuudella. Muilla pyörimistaajuuksilla syntyy lisävirhe.
Samaa voidaan sanoa sähkömoottorin sähkömagneettisista voimista, jotka ovat myös verrannollisia kulmanopeuteen. Tasapainottamalla ei siis ole mahdollista poistaa kaikkia koneen värähtelyn syitä.
Mekanismien tärinä.
Värähtely on mekanismin rakenteen reaktio syklisen herätevoiman vaikutuksiin. Tämä voima voi olla luonteeltaan erilainen.
Epätasapainoisesta roottorista aiheutuva keskipakovoima on "raskaaseen pisteeseen" vaikuttava kompensoimaton voima. Juuri tämä voima ja sen aiheuttama tärinä voidaan poistaa tasapainottamalla roottori.
"Geometriset" vuorovaikutusvoimat, jotka johtuvat vastakkaisten osien valmistus- ja kokoonpanovirheistä. Nämä voimat voivat johtua esimerkiksi akselikaulojen epäkierroksellisuudesta, hammaspyörien hammasprofiilien virheistä, laakerien juoksuratojen aaltoilusta, vastakkaisten akselien virheellisestä suuntauksesta jne. Jos navat eivät ole pyöreitä, akselin akseli siirtyy akselin pyörimiskulmasta riippuen. Vaikka tätä värähtelyä esiintyy myös roottorin nopeudella, sitä on lähes mahdotonta poistaa tasapainottamalla.
Puhaltimien siipipyörien ja muiden siipimekanismien pyörimisestä aiheutuvat aerodynaamiset voimat. Hydraulipumppujen, turbiinien jne. siipipyörien pyörimisestä aiheutuvat hydrodynaamiset voimat.
Sähkökoneiden toiminnasta johtuvat sähkömagneettiset voimat, esim. epäsymmetriset roottorikäämitykset, oikosulussa olevat käämitykset jne.
Värähtelyn suuruus (esim. sen amplitudi Av) ei riipu ainoastaan mekanismiin vaikuttavasta herätevoimasta Fv, jonka ympyrätaajuus on ω, vaan myös mekanismin jäykkyydestä k, sen massasta m sekä vaimennuskertoimesta C.
Tärinän ja tasapainomekanismien mittaamiseen voidaan käyttää erityyppisiä antureita, kuten:
absoluuttiset tärinäanturit, jotka on suunniteltu mittaamaan tärinän kiihtyvyyttä (kiihtyvyysanturit) ja tärinänopeutta;
suhteellisen värähtelyn anturit - pyörrevirta- tai kapasitiiviset, jotka on suunniteltu mittaamaan värähtelysiirtymää. Joissakin tapauksissa (kun mekanismin rakenne sallii sen) voidaan käyttää myös voima-antureita sen värähtelykuorman arvioimiseksi. Niitä käytetään yleisesti erityisesti kovalaakeristen tasapainotuskoneiden tukien tärinäkuorman mittaamiseen.
Värähtely on siis koneen reaktio ulkoisten voimien vaikutuksesta. Värähtelyn suuruus riippuu paitsi mekanismiin vaikuttavan voiman suuruudesta myös mekanismin rakenteen jäykkyydestä. Yksi ja sama voima voi aiheuttaa erilaisia värähtelyjä. Kovalaakeroiduissa koneissa laakereihin voi kohdistua huomattavia dynaamisia kuormituksia, vaikka värähtely olisi pientä. Tämän vuoksi kovalaakeristen koneiden tasapainotuksessa käytetään voima- eikä värähtelyantureita (värähtelykiihtyvyysantureita).
Tärinäantureita käytetään mekanismeissa, joissa on suhteellisen taipuisat tuet, kun epätasapainoisten keskipakovoimien vaikutus johtaa tukien huomattavaan muodonmuutokseen ja tärinään. Voima-antureita käytetään jäykillä tuilla, kun epätasapainosta johtuvat merkittävätkin voimat eivät johda merkittävään tärinään.
Resonanssi on tekijä, joka estää tasapainottamisen.
Aiemmin mainitsimme, että roottorit jaetaan jäykkiin ja joustaviin. Roottorin jäykkyyttä tai joustavuutta ei pidä sekoittaa niiden tukien (perustusten) jäykkyyteen tai liikkuvuuteen, joihin roottori on asennettu. Roottoria pidetään jäykkänä, kun sen muodonmuutos (taipuminen) keskipakovoimien vaikutuksesta voidaan jättää huomiotta. Joustavan roottorin muodonmuutos on suhteellisen suuri, eikä sitä voida jättää huomiotta.
Tässä artikkelissa tarkastellaan ainoastaan jäykkien roottorien tasapainottamista. Jäykkä (muodoltaan muuttumaton) roottori voidaan puolestaan asentaa jäykille tai liikkuville (taipuisille) tuille. On selvää, että tukien jäykkyys/jousitettavuus on myös suhteellista riippuen roottorin nopeudesta ja siitä aiheutuvien keskipakovoimien suuruudesta. Ehdollisena rajana on roottorin tukien ominaistärinän taajuus.
Mekaanisissa järjestelmissä ominaistärinän muoto ja taajuus määräytyvät mekaanisen järjestelmän elementtien massan ja kimmoisuuden mukaan. Toisin sanoen ominaistärinän taajuus on mekaanisen järjestelmän sisäinen ominaisuus eikä riipu ulkoisista voimista. Kun tuet poikkeavat tasapainotilasta, ne pyrkivät kimmoisuuden ansiosta palaamaan tasapainoasemaan. Massiivisen roottorin hitausvoiman vuoksi tämä prosessi on kuitenkin luonteeltaan vaimennettua värähtelyä. Nämä värähtelyt ovat roottori-tukijärjestelmän luonnollisia värähtelyjä. Niiden taajuus riippuu roottorin massan ja tukien kimmoisuuden suhteesta.
Kun roottori alkaa pyöriä ja sen pyörimistaajuus lähestyy luonnollisen värähtelyn taajuutta, värähtelyn amplitudi kasvaa voimakkaasti, mikä voi johtaa rakenteen tuhoutumiseen.
Syntyy mekaanisen resonanssin ilmiö. Resonanssin alueella pyörimisnopeuden muuttaminen 100 kierrosta minuutissa voi johtaa värähtelyn lisääntymiseen kymmenkertaiseksi. Samalla (resonanssialueella) värähtelyn vaihe muuttuu 180°.
Kuva 5 Mekaanisen järjestelmän värähtelyjen amplitudin ja vaiheen muutokset, kun ulkoisen voiman taajuus muuttuu.
Jos mekanismin suunnittelu ei onnistu ja roottorin toimintataajuus on lähellä luonnollisen värähtelyn taajuutta, mekanismin toiminta on mahdotonta, koska värähtely on liian voimakasta. Tämä ei ole mahdollista tavanomaisella tavalla, koska pienikin nopeuden muutos aiheuttaa jyrkän muutoksen värähtelyparametreissa. Resonanssin alueella tapahtuvaan tasapainottamiseen käytetään erityisiä menetelmiä, joita ei käsitellä tässä artikkelissa.
Mekanismin ominaistärinän taajuus on mahdollista määrittää rullaustilanteessa (roottorin pyörimisnopeuden pysäyttämisen yhteydessä) tai iskumenetelmällä, jonka jälkeen tehdään spektrianalyysi järjestelmän vasteesta iskuun.
Mekanismeissa, joiden pyörimisnopeus on resonanssitaajuuden yläpuolella eli jotka toimivat resonanssialueella, tukien katsotaan liikkuvan, ja mittaukseen käytetään tärinäantureita, pääasiassa tärinäakelerometrejä, jotka mittaavat rakenneosien kiihtyvyyttä. Esiresonanssitilassa toimivien mekanismien tukien katsotaan olevan jäykkiä. Tällöin käytetään voima-antureita.
Mekaanisen järjestelmän lineaariset ja epälineaariset mallit. Epälineaarisuus on tekijä, joka estää tasapainottamasta
Jäykkiä roottoreita tasapainotettaessa tasapainotuslaskelmissa käytetään matemaattisia malleja, joita kutsutaan lineaarisiksi malleiksi. Lineaarinen malli tarkoittaa, että tällaisessa mallissa yksi suure on verrannollinen (lineaarinen) toiseen. Jos esimerkiksi roottorin kompensoimaton massa kaksinkertaistuu, myös värähtelyarvo kaksinkertaistuu. Jäykille roottoreille voidaan käyttää lineaarista mallia, koska ne eivät muutu.
Joustavien roottoreiden osalta lineaarista mallia ei voida enää käyttää. Joustavassa roottorissa, jos raskaan pisteen massa kasvaa pyörimisen aikana, syntyy lisämuodonmuutoksia, ja massan lisäksi myös raskaan pisteen sijainnin säde kasvaa. Siksi joustavan roottorin värähtely kasvaa yli kaksinkertaiseksi, eivätkä tavanomaiset laskentamenetelmät toimi.
Myös tukien kimmoisuuden muutos niiden suurissa muodonmuutoksissa, esimerkiksi kun tukien pienissä muodonmuutoksissa toimivat jotkin rakenneosat ja suurissa muut rakenneosat. Tämän vuoksi ei voida tasapainottaa mekanismeja, joita ei ole kiinnitetty perustuksiin, vaan jotka on esimerkiksi yksinkertaisesti sijoitettu lattialle. Merkittävillä värähtelyillä epätasapainon aiheuttama voima voi vetää mekanismin irti lattiasta, jolloin järjestelmän jäykkyysominaisuudet muuttuvat merkittävästi. Moottorin jalat on kiinnitettävä tukevasti, pulttien kiinnitykset on kiristettävä, aluslevyjen paksuuden on annettava riittävä kiinnitysjäykkyys jne. Jos laakerit ovat rikki, akselin merkittävä vinoutuminen ja iskut ovat mahdollisia, mikä johtaa myös huonoon lineaarisuuteen ja kyvyttömyyteen suorittaa laadukasta tasapainotusta.
Tasapainotuslaitteet ja tasapainotuskoneet
Kuten edellä todettiin, tasapainottaminen on prosessi, jossa pääkeskiakseli kohdistetaan roottorin pyörimisakselin kanssa.
Tämä prosessi voidaan suorittaa kahdella menetelmällä.
Ensimmäisessä menetelmässä roottorin saranat työstetään siten, että saranoiden keskipisteiden kautta kulkeva akseli on poikkileikkaukseltaan roottorin keskeisen inertian keskiakselin suuntainen. Tällaista tekniikkaa käytetään harvoin käytännössä, eikä sitä käsitellä yksityiskohtaisesti tässä artikkelissa.
Toisessa (yleisimmässä) menetelmässä roottoriin asennetaan tai poistetaan korjauspainoja, jotka sijoitetaan siten, että roottorin inertia-akseli on mahdollisimman lähellä sen pyörimisakselia.
Korjauspainojen siirtäminen, lisääminen tai poistaminen tasapainotuksen aikana voidaan toteuttaa erilaisilla teknisillä toimenpiteillä, kuten poraamalla, jyrsimällä, pintakäsittelyllä, hitsaamalla, ruuvaamalla tai irrottamalla, laser- tai elektronisuihkupolttamalla, elektrolyysillä, sähkömagneettisella pintakäsittelyllä jne.
Tasapainotusprosessi voidaan toteuttaa kahdella tavalla:
- koottujen roottorien tasapainotus (omissa laakereissaan) tasapainotuskoneilla;
- roottoreiden tasapainotus tasapainotuskoneilla. Roottoreiden tasapainottamiseen omissa laakereissaan käytetään yleensä erikoistuneita tasapainotuslaitteita (sarjoja), joilla voidaan mitata tasapainotetun roottorin värähtelyä sen pyörimistaajuudella vektorimuodossa eli mitata sekä värähtelyn amplitudi että vaihe. Tällä hetkellä edellä mainitut laitteet valmistetaan mikroprosessoritekniikan pohjalta, ja (värähtelymittauksen ja -analyysin lisäksi) ne mahdollistavat automaattisen laskennan sellaisten korjauspainojen parametreista, jotka olisi asennettava roottoriin sen epätasapainon kompensoimiseksi.
Näihin laitteisiin kuuluvat:
- tietokoneeseen tai teollisuusohjaimeen perustuva mittaus- ja laskentayksikkö;
- Kaksi (tai useampi) tärinäanturia;
- Vaihekulma-anturi;
- lisävarusteet antureiden asentamiseksi paikan päällä;
- erikoistunut ohjelmisto, joka on suunniteltu suorittamaan roottorin värähtelyparametrien mittauksen koko sykli yhdessä, kahdessa tai useammassa korjaustasossa.
Tällä hetkellä yleisimpiä ovat kahdenlaisia tasapainotuskoneita:
- Pehmeälaakeriset koneet (pehmeillä tuilla);
- Kovalaakeriset koneet (jäykillä tuilla).
Pehmeälaakerisissa koneissa on suhteellisen taipuisa tuki, joka perustuu esimerkiksi litteisiin jousiin. Näiden tukien ominaistärinän taajuus on yleensä 2-3 kertaa pienempi kuin niiden päälle asennetun tasapainotusroottorin pyörimistaajuus. Värähtelyantureita (kiihtyvyysantureita, värähtelynopeusantureita jne.) käytetään yleensä koneen esiresonantti-tukien värähtelyä mitattaessa.
Esiresonanssitasapainotuskoneissa käytetään suhteellisen jäykkiä tukia, joiden värähtelyn ominaistaajuuksien on oltava 2-3 kertaa suuremmat kuin tasapainotettavan roottorin pyörimistaajuus. Esiresonanssikoneen tukien värähtelykuormituksen mittaamiseen käytetään yleensä voima-antureita.
Esiresonanssitasapainotuskoneiden etuna on, että niillä tasapainotus voidaan suorittaa suhteellisen alhaisilla roottorin kierrosnopeuksilla (enintään 400-500 kierrosta minuutissa), mikä yksinkertaistaa huomattavasti koneen ja sen perustuksen suunnittelua ja lisää tasapainotuksen tuottavuutta ja turvallisuutta.
Jäykkien roottorien tasapainotus
Tärkeää!
- Tasapainotus poistaa ainoastaan roottorin massan epäsymmetrisestä jakautumisesta roottorin pyörimisakseliin nähden aiheutuvan tärinän. Tasapainotus ei poista muunlaista värähtelyä!
- Tekniset mekanismit, joiden suunnittelulla varmistetaan, ettei resonansseja esiinny pyörimisen toimintataajuudella, jotka on kiinnitetty luotettavasti perustukseen ja asennettu käyttökelpoisiin laakereihin, on tasapainotettava.
- Vialliset koneet on korjattava ennen tasapainottamista. Muuten laadukas tasapainotus ei ole mahdollista.
Tasapainotus ei korvaa korjausta!
Tasapainotuksen päätehtävänä on löytää tasapainottavien keskipakovoimien alaisina olevien kompensointipainojen massa ja sijainti.
Kuten edellä mainittiin, jäykissä roottoreissa on yleensä tarpeen ja riittävää asentaa kaksi kompensointipainoa. Tämä poistaa roottorin staattisen ja dynaamisen epätasapainon. Yleinen järjestelmä tärinän mittaamiseksi tasapainotuksen aikana on seuraava.
Kuva 6 Mittauspisteiden ja painojen (korjaustasojen) sijaintien valinta tasapainotettaessa kahdessa tasossa.
Tärinäanturit on asennettu laakeritukiin kohtiin 1 ja 2. Roottoriin kiinnitetään kierroslukumerkki, yleensä heijastavalla teipillä. Lasertakometri käyttää kierroslukumerkkiä roottorin nopeuden ja värähtelysignaalin vaiheen määrittämiseen.
Kuva 7. Antureiden asennus tasapainotettaessa kahdessa tasossa. 1,2 - värähtelyanturit, 3 - merkintälaite, 4 - mittausyksikkö, 5 - kannettava tietokone.
Useimmissa tapauksissa dynaaminen tasapainotus tehdään kolmen käynnistyksen menetelmällä. Menetelmä perustuu siihen, että roottorille asetetaan sarjassa tasoilla 1 ja 2 tunnetun painon omaavat testipainot, ja tasapainotuspainojen painot ja sijainti lasketaan värähtelyparametrien muutosten tulosten perusteella.
Painojen asennuspaikkaa kutsutaan korjaustasoksi. Tavallisesti korjaustasot valitaan niiden laakeritukien alueelle, joihin roottori asennetaan.
Ensimmäisen käynnistyksen yhteydessä mitataan alkutärinä. Tämän jälkeen roottoriin asetetaan tunnetun painoinen testipaino lähemmäs yhtä laakeria. Suoritetaan toinen käynnistys ja mitataan värähtelyparametrit, joiden pitäisi muuttua testipainon asennuksen vuoksi. Sitten ensimmäisessä tasossa oleva testipaino poistetaan ja asennetaan toiseen tasoon. Suoritetaan kolmas koekäyttö ja mitataan värähtelyparametrit. Testipaino poistetaan ja ohjelmisto laskee automaattisesti massat ja tasapainopainojen asennuskulmat.
Testipainojen asentamisen tarkoituksena on määrittää, miten järjestelmä reagoi epätasapainon muutoksiin. Testipainojen painot ja sijainnit ovat tiedossa, joten ohjelmisto voi laskea niin sanotut vaikutuskertoimet, jotka osoittavat, miten tunnetun epätasapainon käyttöönotto vaikuttaa värähtelyparametreihin. Vaikutuskertoimet ovat itse mekaanisen järjestelmän ominaisuuksia, ja ne riippuvat tukien jäykkyydestä ja roottori-tukijärjestelmän massasta (inertia).
Samantyyppisten ja rakenteeltaan samanlaisten mekanismien vaikutuskertoimet ovat lähellä toisiaan. Ne on mahdollista tallentaa tietokoneen muistiin ja käyttää niitä samantyyppisten mekanismien tasapainottamiseen ilman koeajoja, mikä lisää merkittävästi tasapainottamisen tuottavuutta. Huomaa, että testipainojen massa on valittava siten, että värähtelyparametrit muuttuvat huomattavasti, kun testipainot asennetaan. Muussa tapauksessa vaikutuskertoimien laskentavirhe kasvaa ja tasapainotuksen laatu heikkenee.
Kuten kuvasta 1 näkyy, keskipakovoima vaikuttaa säteittäissuunnassa eli kohtisuoraan roottorin akselia vastaan. Siksi tärinäanturit on asennettava siten, että niiden herkkyysakseli osoittaa myös radiaalisuunnassa. Yleensä perustuksen jäykkyys vaakasuunnassa on pienempi, joten vaakasuuntainen tärinä on suurempi. Herkkyyden lisäämiseksi anturit on siis asennettava siten, että niiden herkkyysakseli osoittaa myös vaakasuoraan. Vaikka perustavaa laatua olevaa eroa ei olekaan. Radiaalisuunnassa tapahtuvan värähtelyn lisäksi on seurattava aksiaalisuunnassa, roottorin pyörimisakselin suuntaista värähtelyä. Tämä värähtely ei yleensä johdu epätasapainosta, vaan muista syistä, jotka liittyvät pääasiassa kytkimen kautta liitettyjen akselien virheelliseen linjaukseen ja epäkeskeisyyteen.
Tätä värähtelyä ei voida poistaa tasapainottamalla, jolloin tarvitaan kohdistusta. Käytännössä tällaisissa koneissa on yleensä sekä roottorin epätasapainoa että akselivirheitä, mikä vaikeuttaa tärinän poistamista huomattavasti. Tällaisissa tapauksissa kone on ensin keskitettävä ja sitten tasapainotettava. (Vaikka voimakkaan vääntömomentin epätasapainon yhteydessä tärinää esiintyy myös akselinsuunnassa perustuksen rakenteen "vääntymisen" vuoksi).
Esimerkkejä pienten roottoreiden tasapainottamiseen tarkoitetuista penkistä olemme käsitelleet muissa artikkeleissamme:
Tasapainottava jalusta pehmeällä tuella.
Sähkömoottoreiden roottoreiden tasapainottaminen.
Yksinkertaiset mutta tehokkaat tasapainotustelineet
Tasapainotusmekanismien laadun arviointiperusteet.
Roottorien (mekanismien) tasapainotuslaatua voidaan arvioida kahdella tavalla. Ensimmäisessä menetelmässä verrataan tasapainotusprosessin aikana määritettyä jäännösepätasapainon määrää jäännösepätasapainon toleranssiin. Nämä eri roottoriluokkien toleranssit on määritelty standardissa ISO 1940-1-2007. Osa 1. Sallitun epätasapainon määritelmä.
Määriteltyjen toleranssien noudattaminen ei kuitenkaan voi täysin taata mekanismin toimintavarmuutta, joka liittyy sen tärinän vähimmäistason saavuttamiseen. Tämä selittyy sillä, että mekanismin värähtelyn suuruus ei määräydy ainoastaan roottorin jäännösepätasapainoon liittyvän voiman suuruudesta, vaan se riippuu myös useista muista parametreista, kuten mekanismin rakenneosien jäykkyydestä k, massasta m, vaimennuskertoimesta ja pyörimistaajuudesta. Siksi mekanismin dynaamisten ominaisuuksien (mukaan lukien sen tasapainon laatu) arvioimiseksi useissa tapauksissa on suositeltavaa arvioida mekanismin jäännösvärähtelyn taso, jota säännellään useilla standardeilla.
Yleisin standardi, jossa säädetään mekanismien sallituista tärinätasoista, on ISO 10816-3-2002. Sen avulla on mahdollista asettaa toleranssit minkä tahansa tyyppisille koneille ottaen huomioon niiden sähköisen voimansiirron teho.
Tämän yleisstandardin lisäksi on olemassa useita erityisstandardeja, jotka on kehitetty tietyntyyppisiä koneita varten. Esimerkiksi 31350-2007 , ISO 7919-1-2002 jne.
ISO 1940-1-2007. "Tärinä. Vaatimukset jäykkien roottoreiden tasapainotuslaadulle. Osa 1. Sallitun epätasapainon määrittäminen".
ISO 10816-3:2009 Esikatselu Mekaaninen värähtely - Koneen värähtelyn arviointi mittaamalla pyörimättömiä osia - Osa 3: Teollisuuskoneet, joiden nimellisteho on yli 15 kW ja nimellisnopeus 120 r/min - 15 000 r/min paikan päällä mitattuna."
ISO 14694:2003 "Teollisuustuulettimet - Tasapainon laadun ja tärinätasojen vaatimukset",
ISO 7919-1-2002 "Koneiden värähtely ilman edestakaista liikettä. Mittaukset pyörivillä akseleilla ja arviointikriteerit. Yleiset ohjeet."