定義: バランス品質グレードとは何ですか?

A バランス品質グレード、一般的には Gグレード, ISO規格で定義された分類システムである。 ISO 21940-11:2016, このISO 1940-1:2003は、旧来のISO 1940-1:2003に代わるもので、残留農薬の許容限度を規定している。 アンバランス 剛性ローターの場合。これは、エンジニア、製造業者、メンテナンス担当者が、特定の用途に対してローターをどの程度正確にバランスさせる必要があるかを定義するための、標準化された国際的に認められた方法を提供するものである。.

G6.3やG2.5のようなGグレード番号は、ミリメートル毎秒(mm/s)で測定されるローターの質量中心の一定の周辺速度を表す。この速度は、比アンバランス(偏心率)と最高使用速度におけるローターの角速度の積である。G数値が低いほど、常に高い精度と厳しいバランス公差を意味します。.

Gグレードを支える重要な洞察

Gグレード・システムの天才的な点は、振動の激しさはアンバランスの大きさだけでなく、ローターの回転速度にも依存するという認識にある。30,000RPMで10g-mmのアンバランスを持つローターは、1,500RPMで同じ10g-mmのアンバランスを持つローターよりはるかに大きな振動力を発生します。Gグレードは、この関係を回転数に関係なく適用される単一の数値で捉え、普遍的なものにしている。.

歴史的背景

Gグレードのコンセプトは、1960年代のVDI 2060ガイドラインとともにドイツで生まれた。1973年にISO 1940として国際的に採用され、2003年に大幅に改訂され（ISO 1940-1:2003）、最近では2016年にISO 21940シリーズの一部として更新された。規格番号の変更にもかかわらず、基本的なG等級システムと計算方法は50年以上一貫しており、機械工学において最も安定し、広く採用されている技術規格のひとつとなっている。.

Gグレードの仕組み数学

Gグレードは最終的なバランス許容値そのものではなく、むしろそれを計算するために使用される重要なパラメータです。Gグレード、ローター速度、ローター質量、許容アンバランスの間の数学的関係を理解することは、実用上不可欠である。.

核となる関係

G等級は、許容比アンバランス（偏心率、eあたり)とローターの角速度(ω)：

基本的な定義
G = eあたり × ω
ここであたり の単位はmm（またはμm÷1000）、ωの単位はrad/s

ω＝2π×n÷60（nは回転数）であるから、これを代入すれば、バランシング作業で日常的に使われる実用的な公式を導き出すことができる：

許容比アンバランス（偏心量）
eあたり = (G × 1000 × 60) / (2π × n) = 9549 × G / n
μm（マイクロメートル）単位での結果 - g-mm/kgにも等しい
許容残留アンバランス（実際の許容範囲）
あなたあたり = eあたり × x M = (9549 × G × M) / n
あなたあたり はg・mm、Mはkg、nはRPM。定数9549≒60000/(2π)。.

変数を理解する

可変 名称 ユニット 説明
G バランス品質グレード mm/秒 アプリケーションのISO指定品質レベル（例：2.5、6.3）
eあたり 許容比アンバランス μmまたはg-mm/kg 単位質量当たりの、幾何学的中心からの質量中心の最大許容変位量
あなたあたり 許容残留アンバランス g·mm 最終的な許容値 - バランシング後に残る最大アンバランス
M ローター質量 kg バランスされるローターの総質量
n 最高サービス速度 回転数 ローターが使用中に達成する最高運転速度
ω 角速度 rad/s ω = 2π × n / 60; 基本定義で使用される
重要：最大サービス速度を使用する

計算式のRPMは、バランシングマシンの速度ではなく、実際の運転でローターが到達する最高速度でなければなりません。低速のバランシングマシンで300RPMでバランスされたローターが、12,000RPMで動作している場合、その公差は12,000RPMで計算されなければなりません。バランシングマシンは公差に補正しますが、公差はサービス速度によって定義されます。.

幾何学的解釈

ISO規格では、横軸にローター回転数（RPM）、縦軸に許容比アンバランス（eあたり g・mm/kg）を縦軸にとったものである。各Gグレードは、この対数チャートの対角線上に直線で表示される。このエレガントな視覚化は、次のことを示している：

  • どのGグレードでも、速度を2倍にすると許容比アンバランスは半分になる。
  • 隣接するGグレードのラインは2.5倍離れている（0.4、1.0、2.5、6.3、16、40、100、250、630、1600、4000の順）。
  • 対数間隔は、各グレードがほぼ同じ知覚的な振動強度の変化を表すことを意味する。

用途に適したGグレードの選択

適切なGグレードを選択するには、ローターの用途、運転速度、支持構造の剛性、ベアリングのタイプ、許容振動レベルなど、いくつかの要因のバランスを取る必要があります（ダジャレではありません）。ISO規格は、その適用表を通じてガイダンスを提供していますが、いくつかの実際的な考慮事項が適用されます：

決定要因

  • 動作速度: アンバランスによる遠心力は速度の2乗に比例して増加するため（F = m × e × ω²）、一般に高速ローターほど厳しい等級が必要となる。30,000 RPMのローターは、3,000 RPMのローターに比べ、同じアンバランスから100倍の力を発生する。.
  • ベアリングタイプ: 転動体ベアリングは、流体膜（ジャーナル）ベアリングよりもアンバランスに対する許容度が低い。転動体軸受を使用する機械は、標準の推奨値よりも1等級きつくする必要があるかもしれません。.
  • サポートの硬さ： フレキシブルサポート（ラバーマウント、スプリングアイソレーター）は、リジッドサポートよりも振動伝達を増幅させませんが、共振の問題があります。リジッドマウントされた機械は、アンバランスに対してより敏感です。.
  • 環境要件： 低騒音（病院のHVAC、レコーディングスタジオ）や低振動（半導体製造、光学実験室）を必要とする用途では、標準より1～2レベル厳しい等級が必要になる場合がある。.
  • ベアリングの寿命への期待： ベアリングの寿命延長が重要な場合（オフショアプラットフォーム、遠隔地での設置）、より厳しいGグレードを指定することで、ベアリングにかかる動的荷重を軽減し、L10寿命を直接延ばすことができる。.

業界特有の推奨事項

業界 / 用途 典型的なGグレード 備考
発電（タービン） G 2.5またはタイト API規格ではG 1.0相当が要求されることが多い
石油・ガス（ポンプ、コンプレッサー） G 2.5 API 610/617 では、クリティカル用として 4W/N ≈ G 1.0 を規定している。
HVAC（ファン、ブロワー） G 6.3 ノイズに敏感なアプリケーション向け G 2.5
工作機械 G 1.0 - G 2.5 研削スピンドルにはG 0.4が必要な場合があります。
紙・印刷機械 G 2.5 - G 6.3 ローラースピードと印刷品質による
鉱業／セメント（クラッシャー、ミル） G 6.3 - G 16 厳しい環境。
自動車（クランクシャフト） G 16 - G 40 乗用車は通常G16、トラックはG25～40
食品加工 G 6.3 衛生設計が修正方法を制限する可能性がある
木工（鋸刃、カンナ） G 2.5 - G 6.3 表面品質の高いグレード
電気モーター（一般） G 2.5 IEC 60034-14は、ほとんどのモーターについて、次のように言及している。

実践的な計算例

例1：遠心ポンプのインペラ

与えられた： ポンプ羽根車、質量 = 12 kg、最高使用回転数 = 2950 RPM、用途: プロセスプラント → ISO 推奨 G 6.3.

ステップ1：比アンバランスを計算する：

eあたり = 9549×G÷n＝9549×6.3÷2950＝である。 20.4 µm (または20.4g-mm/kg）

ステップ 2 - 許容アンバランスの合計を計算する：

あなたあたり = eあたり × M = 20.4 × 12 = 244.8 g・mm

解釈： バランシング後の残留アンバランスは244.8g-mmを超えてはならない。単一平面でバランシングを行う場合、これは合計許容誤差となります。2つの平面でバランスを取る場合は、この合計を2つの補正平面で配分する必要があります（対称ローターの場合は通常50/50）。.

例2：工業用ファンローター

与えられた： ファンローターアセンブリ、質量＝85 kg、最高回転数＝1480 RPM、用途：換気 → G 6.3.

計算：

あなたあたり = (9549 × 6.3 × 85) / 1480 = 3454 g・mm

eあたり = 3454 / 85 = 40.6 µm

2プレーンバランシングの場合： あなたあたり 面あたり≒3454/2＝＝。 1727g・mm/面

例3：ターボチャージャー・ローター（高速回転）

与えられた： ターボチャージャー・ローター、質量＝0.8kg、最高回転数＝90,000rpm、用途：自動車用ターボ→G2.5。.

計算：

あなたあたり = (9549 × 2.5 × 0.8) / 90000 = 0.212g・mm

eあたり = 0.212 / 0.8 = 0.265 µm

注： 超高速では、公差は驚くほど小さくなります。これが、ターボチャージャーのバランシングに高精度の専用機器が必要な理由であり、小さな汚れ（指紋、ほこり）でも公差を超えてアンバランスを引き起こす可能性がある理由です。.

単位間の変換

バランシング作業における一般的な単位変換：

1 g・mm = 1 mg・m = 0.001 kg・mm = 1000 µg・m

1オンス・インチ＝720g・mm（帝国式、米国の一部の産業ではまだ使用されている）

eあたり μm = eあたり 単位：g・mm/kg（数値的には同一-重心オフセット＝比アンバランス）

2プレーンバランシング-公差の配分

Gグレードの計算式 合計 ローター全体の許容残留アンバランス。長さ対直径比が約0.5を超えるほとんどの産業用ローターである、2プレーン（動的）バランシングを必要とするローターの場合、この合計許容誤差は2つの補正プレーン間で分配されなければなりません。.

公差配分に関するISOガイドライン

ISO 21940-11では、ローターの形状に基づく面間の合計公差の分割方法についてガイダンスを提供している：

  • 対称ローター (平面の中間に重心を置く）：2つの補正平面の間で半々。.
  • 非対称ローター (重心が1つの平面に近い）：比例配分：重心に近い面ほど大きな公差を受ける。規格はこの計算式を提供している。.
  • 一般的なルール： あなたA / UB = LB / LA, ここで、LA とLB はそれぞれ重心から平面A、Bまでの距離。.
静的アンバランスとカップルのアンバランス

全残留アンバランスが2つのプレーンで分割される場合 ベクトル和 を超えてはならない。あたり. .それぞれの平面を合計の半分に対して独立してチェックするだけでは、両方の平面が個々のアンバランスは許容範囲内であるが、組み合わせ（特にカップルのアンバランス）が制限を超えるような状態を見逃す可能性がある。最新のバランシングマシンは、通常、個々の平面の許容誤差と合計の残差の両方をチェックします。.

シングル・プレーン・バランシングで十分な場合とは？

シングル・プレーン（静的）バランシングは、以下の場合に適切である：

  • ローターは薄い円板（L/D比は約0.5以下）。
  • 運転速度は第一限界速度よりかなり低い
  • 極端な精度を必要としないアプリケーション（G6.3またはそれ以上）
  • 例：ファンブレード、砥石、プーリー、ブレーキディスク、フライホイール

2面バランシングは、ローターの軸方向の長さが大きい場合、カップルのアンバランスが予想される場合（例えば、複数の部品から組み立てた後）、または高精度が必要な場合に必要となります。.

よくある間違いと誤解

1.サービス・スピードの代わりにバランシング・スピードを使う

Gグレードの計算で最も重大なエラー。公差の計算式では 最高サービス速度 - は、ローターが実際の運転で到達する最高RPMです。低速バランシングマシンは、300-600 RPMで動作することがありますが、公差は動作速度（例えば、3600 RPM）で計算されなければなりません。バランシング速度を使用すると、公差が6～12倍も緩くなります。.

2.Gグレードと振動レベルの混同

G 2.5 は、マシンが 2.5 mm/s で振動するという意味ではありません。G等級は重心の周速を表すものであり、機械のハウジング上で測定される振動を表すものではありません。実際の振動は、ベアリングの剛性、支持構造、減衰、その他の振動源など、多くの追加要因に左右されます。G 2.5にバランスされたマシンは、これらの要因によって、ハウジング上で0.5mm/sまたは5mm/sを測定することがあります。.

3.精度の過剰指定

G 6.3で十分なのにG 1.0を指定することは、時間と費用の無駄です。Gグレードが1段階厳しくなるごとに、バランシングの労力とコストはおよそ2倍になります。G 6.3の代わりにG 1.0にバランスされた遠心ポンプのインペラは、バランスをとるのにかなりコストがかかりますが、他の振動源（ミスアライメント、油圧力、ベアリングノイズ）が支配的であるため、ポンプはおそらくスムーズには動きません。.

4.現実世界の制約を無視する

計算された公差は、バランシングマシンの感度や達成可能な補正精度よりも小さい場合があります。もしUあたり は0.5 g-mmまで計算しますが、バランシングマシンは1 g-mmまでしか解決できません。利用可能なバランシング機器が実際に指定された公差を達成できることを常に確認してください。.

5.はめあい公差を考慮しない

バランシングマシンで完璧にバランスされたローターは、キー溝のクリアランス、カップリングの偏心、熱成長、取り付け公差のために、取り付けたときにアンバランスを示すことがあります。クリティカルなアプリケーションでは、ISO規格は、取り付けに関連したアンバランスシフトのために全公差の20-30%を確保することを推奨しています。.

6.フレキシブルローターへのリジッドローター規格の適用

ISO 21940-11 Gグレードは、以下のものに適用される。 剛性ローター - 第一臨界速度よりかなり低い速度で運転されるローター。臨界速度を通過するか、臨界速度付近で運転するローター（フレキシブルローター）は、ISO 21940-12に従ってバランシングする必要があり、これは根本的に異なるアプローチを使用している。フレキシブルローターにGグレードを適用することは、危険なほど不十分である可能性があります。.

G グレードはなぜ重要なのでしょうか?

標準化とコミュニケーション

Gグレードは、バランスの品質に関する世界共通の言語を提供します。メーカーは、ポンプのインペラが「ISO 21940-11に従ってG 6.3にバランスされなければならない」と指定することができ、世界中のどのバランシング施設も、要求される精度を正確に理解することができます。これはあいまいさを排除し、サプライヤーと顧客間の紛争を防ぎ、グローバルなサプライチェーンで一貫した品質を可能にします。.

オーバーバランスを防ぐ

必要以上に厳しい公差でローターのバランシングを行うことは、コストと時間がかかる。Gグレードを1段階厳しくするごとに、バランシングコストはおよそ2倍になります。なぜなら、より多くの補正の繰り返し、より細かい測定能力、より長い機械時間が必要になるからです。Gグレードは、エンジニアが不必要な精度にリソースを浪費することなく、アプリケーションに「十分な」経済的な精度レベルを選択するのに役立ちます。.

信頼性とベアリング寿命の確保

適切なGグレードを選択することで、機械が許容可能な振動レベルで運転され、ベアリング、シール、カップリング、および支持構造物にかかる動的荷重が直接低減されます。アンバランス力とベアリング寿命の関係は劇的で、アンバランスを50%減らすと、ベアリングのL10寿命は8倍になります（ベアリング寿命計算の3乗関係による）。適切なバランス品質は、最も費用対効果の高い信頼性向上の一つです。.

規制および契約の遵守

多くの業界標準や機器仕様が、ISO Gグレードを必須要件として参照している。石油産業機器向けのAPI規格、電気モーター向けのIEC規格、防衛機器向けの軍用規格はすべて、ISO Gグレード・システムを参照または採用している。これらの要求事項への準拠は、しばしば契約上の拘束力を持ち、監査や検証の対象となる場合があります。.

予知保全ベースライン

ローターが既知のGグレードにバランスされ、最初の振動レベルが記録されると、その後の振動測定はこのベースラインと比較することができます。1×RPMの振動が増加した場合、直ちにアンバランスが進行していることを示し（侵食、蓄積、部品の損失、または熱反りによる）、ダメージが発生する前に予防的なメンテナンスが可能になります。.

バイブロメーラのバランセット装置とGグレード

について バランセット-1A そして バランセット-4 ポータブルバランシングデバイスは、ソフトウェアで直接Gグレードの仕様をサポートしています。オペレーターは希望のGグレード、ローター質量、動作速度を入力し、デバイスは自動的に許容公差を計算し、バランシングプロセス中に合格/不合格のステータスを表示します。これにより、手動での計算エラーがなくなり、ISO規格への一貫したコンプライアンスが保証されます。.

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