Dinamiskās vārpstas balansēšanas instrukcija: Statiskā pret dinamisko, lauka procedūras un ISO 21940 pakāpes

Kas ir dinamiskā balansēšana?

Katrai rotējošai detaļai — sākot no 200 kg smaga mulčera rotora līdz 5 g zobārstniecības urbšanas vārpstai — ir zināms atlikušais disbalanss. Ražošanas pielaides, materiālu neatbilstības, korozija un uzkrātie nogulumi pārvieto masas centru prom no ģeometriskās rotācijas ass. Rezultāts ir centrbēdzes spēks, kas pieaug proporcionāli ātruma kvadrātam: divkāršojot apgriezienus minūtē, spēks četrkāršojas.

Rotors, kas griežas ar ātrumu 3000 apgr./min. ar tikai 10 g disbalansu 150 mm rādiusā, rada aptuveni 150 N rotācijas spēku — pietiekami, lai sabojātu gultņus dažu nedēļu laikā. Dinamiskā balansēšana samazina šo spēku līdz līmenim, kas noteikts starptautiskajos standartos (ISO 21940-11, agrāk ISO 1940), pagarinot gultņu kalpošanas laiku no mēnešiem līdz gadiem un samazinot vibrācijas izraisīto dīkstāvi.

Statiskais un dinamiskais līdzsvars

Viena plakne

Statiskais līdzsvars

Rotora smaguma centrs ir nobīdīts no rotācijas ass vienā plaknē. Novietojot uz naža asmens balstiem, smagā puse noripo apakšā — to var noteikt bez griešanās.

Labojums: pievienot vai noņemt masu vienā leņķa pozīcijā pretī smagajai vietai. Pietiek ar vienu korekcijas plakni.

Attiecas uz: šauras diska formas detaļas, kuru L/D ir mazāks par aptuveni 0.5 - spararati, slīpripas, viena diska lāpstiņriteņi, zāģu asmeņi, bremžu diski.

Divas plaknes

Dinamiskais līdzsvars

Divas (vai vairākas) masas kompensācijas ir spēkā. dažādas plaknes gar rotora garumu. Tie var viens otru statiski atcelt — rotors nekustīgi stāv uz naža asmeņiem —, bet radīt šūpojošs pāris griežoties. Šo pāri nevar noteikt vai labot bez rotācijas.

Labojums: divi kompensācijas atsvari divās atsevišķās plaknēs. Instruments aprēķina katras plaknes masu un leņķi no ietekmes koeficientu matricas.

Attiecas uz: pagarināti rotori — vārpstas, ventilatori ar platiem lāpstiņriteņiem, mulčēšanas rotori, veltņi, daudzpakāpju sūkņu lāpstiņriteņi, turbīnas.

Četri nelīdzsvarotības veidi

Standarts ISO 21940-11 izšķir četrus pamata nelīdzsvarotības modeļus. Izpratne par to, kurš no tiem dominē, palīdz izvēlēties pareizo balansēšanas stratēģiju.

Praksē gandrīz katram rotoram, ar kuru saskaraties uz lauka, ir dinamiskais disbalanss — spēka un pāra komponentu kombinācija. Tāpēc divu plakņu balansēšana ir noklusējuma procedūra jebkuram rotoram, kas nav plāns disks.

Kad izmantot vienas plaknes un divu plakņu balansēšanu

Izšķirošais faktors ir rotors ģeometrijas attiecība L/D (aksiālais garums attiecībā pret ārējo diametru) apvienojumā ar tā darbības ātrumu.

ISO 21940‑11 balansēšanas kvalitātes pakāpes

ISO 21940-11 (ISO 1940-1 pēctecis) katrai rotējošo mašīnu klasei piešķir a līdzsvara kvalitātes klase G, kas definēts kā rotora smaguma centra maksimāli pieļaujamais ātrums mm/s. Pieļaujamais atlikušais īpatnējais disbalanss e_{uz vienu} (g·mm/kg) tiek atvasināts no materiāla klases un darba ātruma:

Darbības piemērs: ventilatora rotors

Centrbēdzes ventilatora rotors sver 80 kg, darbojas ar ātrumu 1450 apgr./min, un korekcijas rādiuss ir 250 mm. Nepieciešamā klase: G 6.3.

Saistītie standarti: ISO 21940-11 (stingri rotori), ISO 21940-12 (elastīgi rotori), ISO 10816-3 (vibrācijas intensitātes robežas), ISO 1940 (mantotais priekštecis).

Septiņu soļu lauka balansēšanas procedūra

Šī ir ietekmes koeficienta metode divu plakņu lauka balansēšanai, ko pielieto ar pārnēsājamu instrumentu, piemēram, Balansets‑1A. Tā pati loģika darbojas ar jebkuru divkanālu balansēšanas analizatoru.

1

Rotora sagatavošana un sensoru uzstādīšana

Notīriet gultņu korpusus no netīrumiem un taukiem — sensoriem jāatrodas vienā līmenī ar metāla virsmu. Uzstādiet vibrācijas sensoru 1 uz gultņa korpusa, kas ir vistuvāk 1. plakne (parasti piedziņas galā). Uzstādiet 2. sensoru netālu no 2. plakne (bez piedziņas gala). Piestipriniet atstarojošo lenti pie lāzera tahometra vārpstas. Pievienojiet visus kabeļus mērierīcei.

2

Sākotnējās vibrācijas mērīšana (0. darbība)

In the software, open the balancing wizard — F3 - Two-plane (vai 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 bāzes līnija — rotora "slimība" pirms apstrādes. Pierakstiet vērtības un apturiet iekārtu.

Padoms darbam dabā: pirms ierakstīšanas nogaidiet vismaz 10–15 sekundes pēc apgriezienu skaita stabilizēšanās. Termiskās pārejas un gaisa plūsmas izzūd pirmajās sekundēs.

3

Izmēģinājuma svara uzstādīšana 1. plaknē (1. izpildījums)

Apturiet rotoru. Pievienojiet izmēģinājuma svars 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 un 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).

⚖

Cik lielam jābūt izmēģinājuma svaram? Izmantojiet empīrisko formulu: Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) kur M_r = rotor mass (g), K_support = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), K_vibrācija = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), R_t = uzstādīšanas rādiuss (cm), N = apgr./min. Vai arī izmantojiet mūsu Tiešsaistes izmēģinājuma svara kalkulators — ievadiet rotora parametrus un uzreiz saņemiet ieteicamo masu.

4

Pārvietot izmēģinājuma svaru uz 2. plakni (2. izpildījums)

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.

Lauka padoms: ja 2. plaknē izmantojat citu izmēģinājuma atsvara masu, ievadiet programmatūrā pareizo vērtību — matemātiskā apstrāde pielāgojas automātiski.

5

Korekcijas svaru aprēķināšana

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

Instalējiet korekcijas svarus

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

Pārbaudīt atlikumu (pārbaudes izpilde)

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

Padoms: parasti pietiek ar vienu regulēšanas reizi. Ja nepieciešamas vairāk nekā divas regulēšanas reizes, tas nozīmē, ka starp reizēm kaut kas ir mainījies — pārbaudiet, vai nav vaļīgu svaru, termiskās augšanas vai ātruma svārstību.

Izmēģinājuma svara aprēķins

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:

Nevēlaties veikt aprēķinus manuāli? Izmantojiet mūsu tiešsaistes izmēģinājuma svara kalkulators ↗ — ievadiet rotora parametrus, atbalsta veidu un vibrācijas līmeni un uzreiz saņemiet ieteicamo masu.

Worked Examples (K_support = 3, K_vibrācija = 1.0)

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

Korekcijas leņķa mērīšana

Balansēšanas instruments izvada divus skaitļus katrā plaknē: masa (cik liels svars) un leņķis (kur to novietot). Leņķis vienmēr tiek norādīts attiecībā pret izmēģinājuma svara pozīciju.

Kā izmērīt leņķi

• Atskaites punkts (0°): leņķisko pozīciju, kurā novietojāt izmēģinājuma svaru. Pirms izmēģinājuma darbības to skaidri atzīmējiet uz rotora.
• Mērīšanas virziens: vienmēr rotora griešanās virzienā.
• Leņķa nolasīšana: the result window shows the Correction mass un Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
• Ja tiek noņemta masa: 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.

Svara sadalīšana fiksētās pozīcijās

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: Bezmaksas pozīcijas, Fiksētās pozīcijas, Apļveida rievaun 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.

Korekcijas plaknes un sensoru izvietojums

Korekcijas plakne ir rotora aksiālā pozīcija, kur pievienojat vai noņemat masu. Sensors mēra vibrāciju tuvākajā gultnī. Daži galvenie noteikumi:

• Sensors atrodas uz gultņa korpusa — radiālā virzienā (vēlams horizontāli) pēc iespējas tuvāk gultņa centra līnijai.
• 1. plakne atbilst 1. sensoram, 2. plakne uz 2. sensoru. Saglabājiet numerāciju nemainīgu, pretējā gadījumā programmatūra apmainīs korekcijas plaknes.
• Maksimāli palielināt plakņu atdalīšanu: Jo tālāk viena no otras atrodas abas korekcijas plaknes, jo labāka ir pāra izšķirtspēja. Minimālā praktiskā atstarpe ir ⅓ no gultņu laiduma.
• Izvēlieties pieejamās pozīcijas: Korekcijas plaknei jābūt vietai, kur var fiziski piestiprināt svarus — atloka malu, skrūves apli, apmali vai metināšanas virsmu.

Iepriekš redzamajā fotoattēlā mulčera rotors ir sagatavots divu plakņu balansēšanai. Zilie marķieri 1 un 2 norāda sensoru pozīcijas uz gultņu korpusiem. Sarkanie marķieri 1 un 2 norāda korekcijas plaknes — šajā gadījumā rotora korpusa atloku galus, kur tiks metināti atsvari.

Konsoles (pārkarināts) rotors

Konsoles rotoriem — ventilatora lāpstiņriteņiem, spararatiem, kas uzstādīti ārpus gultņu laiduma, sūkņa lāpstiņriteņiem — ir nepieciešams atšķirīgs sensoru un plaknes izkārtojums. Abas korekcijas plaknes atrodas vienā gultņu pusē, un sensoru izvietojumam jāņem vērā pārkares masas pastiprinātāja pāra disbalanss.

Lietojumi pēc mašīnas tipa

Svara piestiprināšanas metodes

Bieži pieļautās kļūdas lauka balansēšanā

Lauka ziņojums: Mulčera rotoru balansēšana

Ventilatora divu plakņu dinamiskā balansēšana

Rūpnieciskie ventilatori — centrbēdzes, aksiālie un jauktas plūsmas — ir vieni no visbiežāk balansētajiem rotoriem. Tālāk sniegtā procedūra apraksta reālu divu plakņu balansēšanas darbu ar radiālo ventilatoru, izmantojot Balanset-1A.

Plakņu noteikšana un sensoru uzstādīšana

Notīriet sensoru uzstādīšanas virsmas no netīrumiem un eļļas. Sensoriem ir cieši jāpieguļ gultņa korpusa metāla virsmai — nekad neuzstādiet tos uz vākiem, aizsargiem vai neatbalstītiem lokšņu metāla paneļiem.

• 1. sensors (sarkans): Uzstādiet tuvāk ventilatora priekšpusei (1. plaknes pusē).
• 2. sensors (zaļš): Uzstādiet tuvāk ventilatora aizmugurei (2. plaknes pusē).
• 1. plakne (sarkanā zona): Korekcijas plakne uz lāpstiņriteņa diska, tuvāk priekšpusei.
• 2. plakne (zaļā zona): Korekcijas plakne tuvāk aizmugurējai plāksnei vai rumbai.

Pievienojiet abus vibrācijas sensorus un lāzera tahometru Balanset-1A. Piestipriniet atstarojošo lenti pie vārpstas vai rumbas, lai noteiktu apgriezienu skaitu minūtē.

Līdzsvarošanas process

Ieslēdziet ventilatoru un veiciet sākotnējos vibrācijas mērījumus (0. izpildījums). Novietojiet zināmas masas izmēģinājuma svaru 1. plaknē patvaļīgā punktā, iedarbiniet ventilatoru un reģistrējiet vibrācijas izmaiņas (1. izpildījums). Pārvietojiet izmēģinājuma svaru uz 2. plakni patvaļīgā punktā, vēlreiz iedarbiniet ventilatoru un reģistrējiet (2. izpildījums). Balanset‑1A programmatūra izmanto visus trīs mērījumus, lai aprēķinātu korekcijas masu un leņķi katrai plaknei.

Leņķa mērīšana ventilatora korekcijas atsvariem

Leņķis tiek mērīts no izmēģinājuma svara pozīcijas ventilatora griešanās virzienā — tieši tā, kā aprakstīts Korekcijas leņķa mērīšana sadaļu iepriekš. Atzīmējiet vietu, kur tika novietots izmēģinājuma svars (0° atskaites punkts), pēc tam saskaitiet norādīto leņķi rotācijas virzienā, lai atrastu korekcijas svara pozīciju.

Pamatojoties uz programmatūras aprēķinātajiem leņķiem un masām, uzstādiet korekcijas atsvarus 1. un 2. plaknē. Vēlreiz iedarbiniet ventilatoru un pārbaudiet, vai vibrācija ir samazinājusies līdz pieņemamam līmenim. ISO 21940-11 (parasti G 6,3 universālajiem ventilatoriem). Ja atlikušā vibrācija joprojām pārsniedz mērķa vērtību, veiciet vienu regulēšanas ciklu.

Bieži uzdotie jautājumi

Lauka balansēšanas aprīkojums

Balansets‑1A ir divu kanālu pārnēsājama ierīce, kas apstrādā vienas plaknes un divu plakņu dinamisko balansēšanu, kā arī vibrācijas analīzi (kopējais ātrums, spektri, viļņu forma). Tā tiek piegādāta kā pilns komplekts:

• 2x MEMS vibrāciju sensori (uz ADXL335 bāzēti akselerometri) ar magnētiskajiem stiprinājumiem
• Lāzera tahometrs (bezkontakta RPM sensors) ar atstarojošu lenti
• USB mērvienība (pievienojama jebkuram Windows klēpjdatoram)
• Programmatūra: balansēšanas vednis, vibrācijas mērītājs, spektra analizators
• Pārnēsāšanas soma ar visiem kabeļiem un piederumiem

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.