ISO 1940-1 — Kwaliteitseisen voor balancering voor starre rotoren
De fundamentele internationale norm die het G-klasse balanskwaliteitssysteem definieert — van G 0,4 (gyroscopen) tot G 4000 (scheepsdiesels). Nu opgenomen in ISO 21940-11, met identieke G-klassewaarden en methodologie.
Toelaatbare resterende onbalans
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 - rotorgegevens invoeren, U verkrijgenper
Resultaten — ISO 1940-1
Toelaatbare resterende onbalans
om tolerantie te berekenen
G-Grade Balans Kwaliteitsrangen
Logaritmische schaal met factor 2,5 tussen aangrenzende gradaties — van ultraprecisie G 0,4 tot marine G 4000
| G-Klasse | e·ω (mm/s) | Typische rotortypen | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| G 0,4 | 0.4 | Gyroscopen, precisiespindels, optische schijven | Dichtbij de limiet van conventioneel balanceren |
| G 1.0 | 1.0 | Spindelaandrijvingen voor slijpen, bandrecorders, kleine precisie-armaturen | Vereist ultra-schone omstandigheden |
| G 2,5 | 2.5 | Gas- & stoomturbines, turbogeneratoren, turbocompressoren, hogesnelheidsmotoren | Voorkomt voortijdige lagerschade |
| G 6.3 | 6.3 | Ventilatoren, pompen, vliegwielen, elektromotoren, gereedschapsmachines, papierrollen | Meest voorkomend - standaardgraad |
| G 16 | 16 | Cardanassen (speciaal), landbouwmachines, brekers, mijnventilatoren | Zwaar gebruik, zware omstandigheden |
| G 40 | 40 | Autowielen en -velgen, cardanassen (standaard), langzame ventilatoren | Variatie in banden domineert |
| G 100 | 100 | Complete motoren van auto's, vrachtwagens, locomotieven | IC-motoren als samenstellingen |
| G 250 | 250 | Krukassen van dieselmotoren met hoge snelheid | Componentniveau |
| G 630 | 630 | Krukassen van grote 4-taktmotoren, scheepsdiesels op elastische steunen | Grote langzaam draaiende wederkerige machines |
| G 1600 | 1600 | Krukassen van grote 2-taktmotoren | Zeer traag, massieve funderingen |
| G 4000 | 4000 | Krukassen van laagtoerige scheepsdiesels op stijve fundaties | Lichtste vereisten |
| Rotortype | Massa (kg) | RPM | G | Uper (g·mm) | Per correctievlak | eper (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Kleine motor | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| HVAC-ventilator | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Pompwaaier | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Turbocompressor | 120 | 8 000 | G 2,5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Papierrol | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Ventilator van energiecentrale | 350 | 990 | G 2,5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Slijpspindel | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Autowiel | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
| Rotortype | Toewijzing | Formule | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Symmetrisch | Gelijke verdeling | UL=UR=Uper/2 | Eenvoudigste geval. Motoren, enkele ventilatoren. |
| Asymmetrisch tussenlager | Evenredig | UL=Uper·(b/L) | Meest gebruikte methode. |
| Overhangend (cantilever) | Op moment | Statica-vergelijkingen | Strengere toleranties op overhangend vlak. |
| Smal (vlakken dicht bijeen) | Gescheiden statisch+koppel | Volgens ISO 21940-12 | Verschillende trillingseffecten. |
Wat is ISO 1940-1?
ISO 1940-1 (Mechanische trillingen - Balanskwaliteitseisen van rotoren in een constante (stijve) toestand) definieert de G-klasse balanskwaliteitssysteem voor starre rotoren. De formule Uper = (9 549 × G × M) / n berekent toelaatbare residuele onbalans onbalans. Vervangen door ISO 21940-11:2016 met identieke waarden. Standaardklasse voor industriële machines: G 6.3.
ISO 1940-1 is wereldwijd het basisdocument voor het balanceren van rotoren. Het G-kwaliteitssysteem is de facto de taal van het balanceren: "balanceren naar G 6.3" wordt wereldwijd door elke specialist begrepen. De standaard omvat starre rotoren van kleine precisiespindels tot massieve krukassen en biedt een universeel kader voor het specificeren, berekenen en verifiëren van de balanceerkwaliteit.
De standaard is alleen van toepassing op stijf rotoren - rotoren waarvan de elastische vervormingen onder centrifugale krachten verwaarloosbaar zijn over het hele bedrijfssnelheidsbereik. Flexibele rotors (die werken boven de eerste buigkritische snelheid) vallen onder ISO 21940-12.
Het concept van de starre rotor
Een rotor wordt als star geclassificeerd als de massaverdeling niet significant verandert als de snelheid varieert van nul tot de maximale werksnelheid. Het belangrijkste gevolg: een rotor die op lage snelheid gebalanceerd is op een balanceermachine blijft gebalanceerd op zijn werksnelheid. Dit maakt balanceren bij 300-600 tpm op een werkplaatsmachine mogelijk, terwijl de toleranties bij 3 000+ tpm in bedrijf worden gehaald.
Als een rotor in het superkritische gebied werkt (boven de eerste buiging kritische snelheid) of in de buurt van resonantiedoorbuigingen veranderen de effectieve massaverdeling en balanceren bij lage snelheid kan ineffectief zijn bij hoge snelheid. Dergelijke rotoren worden geclassificeerd als flexibel.
Rotoren met veranderende geometrie (gelede assen, helikopterbladen). Resonantie in rotor-steun-fundatiesystemen. Aerodynamische en hydrodynamische krachten die niet gerelateerd zijn aan de massaverdeling. Specifiek voor ventilatoren, zie ISO 14694 (ventilatorspecifieke BV-categorieën en trillingsgrenzen).
Soorten onbalans
Onbalans = traagheidsas van de rotor ≠ rotatieas. In vectorvorm: U = m × r (g-mm). ISO 1940-1 deelt drie types in:
- Statische onbalans: Traagheidsas parallel aan rotatieas maar verplaatst. Equivalent van enkele ongebalanceerde massa. Corrigeerbaar in één correctievlak. Typisch: riemschijven, smalle tandwielen, ventilatorwaaiers (L/D < 0,5).
- Koppelonbalans: Traagheidsas door massamiddelpunt maar gekanteld. Nettokracht nul, maar een paar schommelt de rotor. Vereist twee vlakken.
- Dynamische onbalans: Algemeen geval - statisch + koppel gecombineerd. Traagheidsas noch parallel noch snijdend met rotatieas. Vereist twee vlakken. De meeste echte rotoren hebben dynamische onbalans.
Specifieke onbalans (excentriciteit)
De G-klasse wordt gedefinieerd als het product e × ω (mm/s) - de lineaire snelheid van het massamiddelpunt van de rotor rond de rotatieas. Dit enkele getal karakteriseert de balanskwaliteit onafhankelijk van de rotorgrootte en -snelheid.
Het G-klassesysteem — Fysieke basis
Massagelijkvormigheid
Voor geometrisch vergelijkbare rotoren: Uper ∝ M → specifieke onbalans eper moet constant zijn. Er geldt één standaard voor alle maten.
Snelheidsgelijkvormigheid
Centrifugaalkracht F = M·e·ω². Om aanvaardbare lagerbelastingen te handhaven bij verschillende snelheden, moet eper moet afnemen als ω toeneemt:
Berekening van de toegestane resterende onbalans
Gegeven: Centrifugaalwaaier, M = 200 kg, n = 1 500 tpm, G 6.3.
Totaal: Uper = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 g·mm
Excentriciteit: eper = 8 021 / 200 = 40,1 µm
Per vlak (symmetrisch, 2): 8 021 / 2 = 4 011 g·mm
Bij R = 400 mm: 4 011 / 400 = 10,0 g per vlak
Het toerental in de formule moet het hoogste toerental in bedrijf zijn — niet het toerental van de balanceermachine. Veel rotoren worden gebalanceerd op 300–600 tpm, maar de tolerantie moet worden berekend met de werkelijke bedrijfssnelheid (bijv. 1 480 tpm). Het gebruik van het toerental van de balanceermachine levert gevaarlijk losse toleranties op.
Toewijzing aan correctievlakken
Uper geldt voor het massamiddelpunt van de rotor. Balanceer in de praktijk in twee vlakken (in de buurt van lagers). Hoofdstuk 7 regels:
Symmetrische rotoren
CoM op middelpunt → gelijk: UL = UR = Uper / 2.
Asymmetrische tussen-lagering
Overhangende rotors
Overhangende massa creëert buigmoment dat beide lagers belast. Herberekening op basis van moment nodig → meestal veel nauwere tolerantie op overhangend vlak. Vaak voor pompen, eentrapscompressoren, vrijdragende ventilatorwaaiers.
Fouten en verificatie
Foutbronnen
- Systematisch: Afwijking van machinekalibratie, excentrische opspandoorns, spiebaaneffecten (ISO 8821), thermische vervorming.
- Willekeurig: Sensorgeluid, speling in de steun, variatie in rotorzitting.
De totale fout mag niet groter zijn dan 10-15% van de tolerantie. Als deze groter is, moet de werktolerantie dienovereenkomstig worden aangescherpt.
Montage-effecten
Balanceren van componenten ≠ assemblagebalans. Excentriciteit van de koppeling, radiale uitloop, losse passingen kunnen het werk aan componenten tenietdoen. Trim balanceer de geassembleerde rotor.
Verificatiemethoden
- Index-test: Rotor 180° draaien op doorn, opnieuw meten. Verandering = opspanfout.
- Proefgewichttest: Voeg bekende massa toe, controleer of de gemeten vectorverandering overeenkomt met de verwachting.
- Veldcontrole: Meet trillingen op lagers per ISO 10816.
De Balanset-1A automatiseert ISO 1940-1: voer massa, snelheid, G-waarde → onmiddellijke Uper met automatische correctievlaktoewijzing. Vergelijkt na het balanceren de resterende onbalans met de limiet. De F6 rapportagefunctie genereert een formeel protocol dat de behaalde G-klasse documenteert. Nauwkeurigheid ±5% snelheid, ±1° fase — voldoende voor G 16 t/m G 2,5. De Balanset-4 breidt uit tot vier kanalen voor complexe rotoren met meerdere lagers.
Voorbeelden
Rotor: 15 kW, 1 460 tpm, 35 kg, symmetrisch tussenlager.
Tolerantie: Uper = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 g·mm → 721/vlak.
Bij R = 80 mm: 721 / 80 = 9,0 g/vlak. Werkplaats uitgebalanceerd: 180 g·mm resterend. ✅
Rotor: As + waaier 18 kg, 2 950 tpm. Waaier 6 kg, overhang 120 mm. Lager spanwijdte 250 mm.
Totaal: Uper = 367 g·mm. Momentverdeling: voor ≈ 202, achter ≈ 165 g·mm.
Ter plaatse uitgebalanceerd met Balanset-1A enkelvoudig vlak: 8,5 g bij 230°. Uiteindelijk: 95 g·mm. ✅
Rotor: 3-traps, 65 kg, 12 000 tpm. Licht asymmetrisch.
Tolerantie: Uper = 129 g·mm → 65/vlak → bij R = 95 mm: 0,68 g/vlak.
Subgramprecisie → uitsluitend hogesnelheids-werkplaatsmachine. Indextest: doornfout < 5 g·mm. Uiteindelijk: 28 g·mm/vlak. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- G-kwaliteitswaarden, formules, applicatietabellen — identiek. Geen technische wijzigingen.
- ISO 21940-serie: Deel 11 (kwaliteit), Deel 12 (flexibel), Deel 14 (procedures), Deel 21 (beschrijvingen), Deel 31 (gevoeligheid), Deel 32 (sleutels).
- Beide benamingen worden in de praktijk door elkaar gebruikt.
- ISO 14694 BV-categorieën verwijzen rechtstreeks naar G-klassen.
Verwante normen
- ISO 21940-11: Deze standaard – G-klasseysteem.
- ISO 21940-12: Flexibele rotoruitbalancering.
- ISO 10816 / ISO 20816: Trillingsevaluatie — operationeel resultaat van balanskwaliteit.
- ISO 14694: Ventilatorspecifieke BV-categorieën, balanceerkwaliteiten en trillingsgrenzen.
- ISO 8821: Invloed van de spiebaanuitsparing (halve-spie-conventie).
- API 610 / API 617: Aardoliepompen/-compressoren met verwijzing naar ISO 1940.
Officiële standaard: ISO 1940-1 op ISO Store →
Veelgestelde vragen - ISO 1940-1
G-klasse balanssysteem voor stijve rotoren
Gerelateerde woordenlijstartikelen
Balanceren volgens ISO 1940-1 — In het veld
De draagbare balanceerapparaten van Vibromera hebben ingebouwde ISO 1940 tolerantieberekeningen, automatische vlakverdeling en formele balanceerrapporten die de behaalde G-graad documenteren.
Balanceerapparatuur bekijken →
