ISO 1940-1: Mechanische trillingen – Eisen aan de balanskwaliteit voor rotoren in een constante (stijve) toestand

Samenvatting

ISO 1940-1 is een van de belangrijkste en meest gebruikte normen op het gebied van rotorbalancering. De norm biedt een systematische methode voor het classificeren van rotoren per type, het bepalen van een geschikt balanceerkwaliteitsniveau en het berekenen van een specifieke balanceertolerantie. De kern van de norm is het concept van Kwaliteitsklassen van de balans (G-klassen), waarmee fabrikanten en onderhoudspersoneel de nauwkeurigheid van een balansklus op een gestandaardiseerde manier kunnen specificeren en verifiëren. Deze norm is specifiek van toepassing op stijve rotoren—die niet buigen of plooien bij hun bedrijfssnelheid.

Let op: Deze norm is formeel vervangen door ISO 21940-11, maar de principes en het G-Grade-systeem vormen nog steeds de fundamentele basis voor het balanceren van starre rotoren wereldwijd.

Inhoudsopgave (Conceptuele structuur)

De norm is bedoeld om de gebruiker te begeleiden bij het bepalen van een toegestane restonbalans:

1. 1. Toepassingsgebied en reikwijdte:

   In dit eerste deel worden de grenzen en het doel van de norm vastgelegd. Er wordt expliciet gesteld dat de regels en richtlijnen van toepassing zijn op rotoren die zich stijf gedragen over hun gehele toerentalbereik. Dit is de fundamentele aanname van de gehele norm; het betekent dat de rotor geen significante buiging of vervorming ondergaat als gevolg van onbalanskrachten. De reikwijdte is breed en bedoeld om een breed scala aan roterende machines in alle sectoren te bestrijken. Er wordt echter ook verduidelijkt dat dit een algemene norm is en dat voor bepaalde specifieke soorten machines (bijvoorbeeld gasturbines in de lucht- en ruimtevaart) andere, strengere normen voorrang kunnen hebben. Het doel is om een systematische methode te bieden voor het specificeren van balanstoleranties, die essentieel zijn voor kwaliteitscontrole bij productie en reparatie.

2. 2. Kwaliteitsklassen in evenwicht (G-klassen):

   Dit gedeelte vormt de kern van de norm. Het introduceert het concept van Kwaliteitsklassen van de balans (G-klassen) als een manier om de balansvereisten voor verschillende soorten machines te classificeren. De G-klasse wordt gedefinieerd als het product van de specifieke onbalans (excentriciteit, e) en de maximale servicehoeksnelheid (Ω), waarbij G = e × ΩDeze waarde vertegenwoordigt een constante trillingssnelheid en biedt een gestandaardiseerde maatstaf voor kwaliteit. De norm bevat een uitgebreide tabel met een breed scala aan rotortypen (bijv. elektromotoren, pompwaaiers, ventilatoren, gasturbines, krukassen) en kent voor elk een aanbevolen G-klasse toe. Deze klassen zijn gebaseerd op tientallen jaren aan empirische gegevens en praktische ervaring. Zo kan een G6.3 worden aanbevolen voor een standaard industriële motor, terwijl een precisieslijpspindel een veel strengere G1.0 of G0.4 vereist. Een lager G-getal duidt altijd op een nauwere, nauwkeurigere balanstolerantie, wat betekent dat er minder restonbalans is toegestaan.

3. 3. Berekening van de toegestane resterende onbalans:

   Dit gedeelte biedt de essentiële wiskundige brug van de theoretische G-Grade naar een praktische, meetbare tolerantie. Het beschrijft de formule voor het berekenen van de toegestane specifieke onbalans (e_per), wat de toegestane verplaatsing van het zwaartepunt ten opzichte van de rotatieas is. De formule is rechtstreeks afgeleid van de definitie van de G-Grade:

   e_per = G / Ω

   Voor praktisch gebruik met gangbare technische eenheden biedt de norm de volgende formule:

   e_per [g·mm/kg] = (G [mm/s] × 9549) / n [RPM]

   Zodra de toegestane specifieke onbalans (e_per) wordt berekend, wordt deze vermenigvuldigd met de massa van de rotor (M) om de totale toegestane resterende onbalans te vinden (U_per) voor de gehele rotor: U_per = e_per × MDeze eindwaarde, uitgedrukt in eenheden zoals gram-millimeter (g·mm), is de doelstelling die de operator van de balanceermachine moet behalen. De rotor wordt als gebalanceerd beschouwd zodra de gemeten restonbalans onder deze berekende waarde ligt.

4. 4. Toewijzing van resterende onbalans aan correctievlakken:

   In dit gedeelte wordt de cruciale stap van het verdelen van de berekende totale toegestane onbalans (U_per) in specifieke toleranties voor elk van de twee correctievlakken. Een tweevlaksbalans is nodig om beide te corrigeren statisch en paar onevenwichtDe norm bevat formules voor deze toewijzing, die afhankelijk is van de geometrie van de rotor. Voor een eenvoudige, symmetrische rotor wordt de totale onbalans vaak gelijk verdeeld over de twee vlakken. Voor complexere geometrieën, zoals overhangende rotoren of rotoren met het zwaartepunt niet gecentreerd tussen de lagers, bevat de norm echter specifieke formules. Deze formules houden rekening met de afstanden van de correctievlakken en het zwaartepunt tot de lagers, waardoor de tolerantie voor elk vlak correct wordt verdeeld. Deze stap is essentieel omdat een balanceermachine de onbalans in elk vlak onafhankelijk meet; daarom heeft de operator een specifieke streefwaarde nodig voor elk vlak (bijv. "Toelaatbare onbalans in vlak I is 15 g·mm en in vlak II is 20 g·mm").

5. 5. Bronnen van fouten bij het balanceren:

   Dit laatste deel dient als praktische gids voor de factoren die de nauwkeurigheid van een balanceerklus in de praktijk kunnen beïnvloeden, zelfs wanneer een nauwkeurige tolerantie is berekend. Het benadrukt dat het bereiken van een perfecte balans onmogelijk is en dat het doel is om de resterende onbalans te reduceren tot een niveau onder de berekende tolerantie. De norm bespreekt verschillende belangrijke foutbronnen die beheerd moeten worden, waaronder: fouten in de kalibratie van de balanceermachine zelf; geometrische imperfecties van de lagers of montagevlakken van de rotor (uitloop); fouten veroorzaakt door het gereedschap dat gebruikt wordt om de rotor op de machine te monteren (bijv. een ongebalanceerde as); en operationele effecten die niet aanwezig zijn tijdens balanceren op lage snelheid, zoals thermische uitzetting of aerodynamische krachten. Dit hoofdstuk dient als een cruciale checklist voor kwaliteitscontrole en herinnert de professional eraan om rekening te houden met het gehele balanceerproces, niet alleen met de uiteindelijke waarde op het display van de machine.

Kernconcepten

• Standaardisatie: Het G-Grade-systeem biedt een universele taal voor balanskwaliteit. Een klant kan "balans tot G6.3" specificeren en elke balanceerwinkel ter wereld weet precies welke tolerantie vereist is.
• Snelheidsafhankelijkheid: De norm maakt duidelijk dat de balanstolerantie cruciaal afhankelijk is van de werksnelheid van de machine. Een snellere rotor vereist een strakkere balans (een kleinere toegestane restonbalans) om hetzelfde trillingsniveau te produceren als een langzamere rotor.
• Praktisch: De norm biedt een beproefd, praktisch kader, gebaseerd op tientallen jaren aan empirische gegevens, en helpt zowel onderbalancering (wat leidt tot hoge trillingen) als overbalancering (wat onnodig duur is) te voorkomen.

← Terug naar hoofdindex