Instructies voor het dynamisch balanceren van de as: Statisch versus dynamisch, Veldprocedure & ISO 21940 classificaties
Alles wat een field engineer nodig heeft om rotoren op locatie te balanceren — van de fysica van onbalans tot de laatste verificatierun. Zevenstappenprocedure, formules voor proefgewichten, meting van de correctiehoek en ISO-tolerantietabellen. Gebaseerd op praktijkwerk van Vibromera aan ventilatoren, mulchers, crushers en assen.
Wat is dynamisch balanceren?
Dynamisch balanceren Dynamisch balanceren is het proces van het meten en corrigeren van de ongelijke massaverdeling van een roterend lichaam (rotor) terwijl deze op bedrijfssnelheid draait. In tegenstelling tot statisch balanceren, dat de massa-offset in één vlak corrigeert, pakt dynamisch balanceren de onbalans in meerdere vlakken aan. twee of meer vlakken tegelijk, waardoor zowel de centrifugale kracht als het kantelmoment, die lagertrillingen veroorzaken, worden geëlimineerd.
Elk roterend onderdeel – van een 200 kg zware hakselaarrotor tot een 5 gram zware boorspindel – heeft een zekere mate van onbalans. Productietoleranties, materiaalonregelmatigheden, corrosie en opgehoopte afzettingen verschuiven het zwaartepunt weg van de geometrische rotatieas. Het resultaat is een centrifugale kracht die kwadratisch toeneemt: verdubbel het toerental en de kracht verviervoudigt.
Een rotor die met 3000 toeren per minuut draait met slechts 10 gram onbalans bij een straal van 150 mm genereert een rotatiekracht van ongeveer 150 N – genoeg om lagers binnen enkele weken te vernielen. Dynamisch balanceren reduceert deze kracht tot een niveau dat is vastgelegd in internationale normen (ISO 21940-11, voorheen ISO 1940), waardoor de levensduur van lagers wordt verlengd van maanden tot jaren en de stilstandtijd als gevolg van trillingen wordt verminderd.
Statische versus dynamische balans
Het zwaartepunt van de rotor is verschoven ten opzichte van de rotatieas in één correctievlak. Wanneer het object op messcherpe steunen wordt geplaatst, rolt de zware kant naar beneden – dit is te merken zonder dat het object hoeft te draaien.
Correctie: Voeg massa toe of verwijder massa op één enkele hoekpositie tegenover de zwaarteplek. Eén correctievlak is voldoende.
Geldt voor: smalle schijfvormige onderdelen waarbij L/D lager is dan ongeveer 0.5 - vliegwielen, slijpschijven, enkelvoudige schijfwaaiers, zaagbladen, remschijven.
Twee (of meer) massa-offsets bevinden zich in verschillende vlakken langs de lengte van de rotor. Ze kunnen elkaar statisch opheffen — de rotor staat stil op mesranden — maar creëren een rockend stel tijdens het draaien. Dit koppel kan niet worden gedetecteerd of gecorrigeerd zonder rotatie.
Correctie: Twee compenserende gewichten in twee afzonderlijke vlakken. Het instrument berekent de massa en de hoek voor elk vlak aan de hand van de invloedscoëfficiëntenmatrix.
Geldt voor: langwerpige rotoren — assen, ventilatoren met brede waaiers, hakselaarrotoren, rollen, waaiers van meertrapspompen, turbines.
Vier soorten onbalans
ISO 21940-11 onderscheidt vier fundamentele onbalanspatronen. Inzicht in welk patroon dominant is, helpt bij het kiezen van de juiste balanceringsstrategie.
In de praktijk heeft vrijwel elke rotor die je in het veld tegenkomt een dynamische onbalans – een combinatie van kracht- en koppelcomponenten. Daarom is balanceren in twee vlakken de standaardprocedure voor elke rotor die geen dunne schijf is.
Wanneer één vlak gebruiken versus twee vlakken bij balancering?
De doorslaggevende factor is de rotor. geometrische verhouding L/D (axiale lengte ten opzichte van de buitendiameter) in combinatie met de bedrijfssnelheid.
| Criterium | Eenvlaaks (1 sensor) | Tweevlaaks (2 sensoren) |
|---|---|---|
| L/D-verhouding | L/D < 0.5 (smalle schijfvormige rotor) | L/D >= 0.5, of significante axiale massaverdeling |
| Typische onderdelen | Slijpschijf, vliegwiel, enkelvoudige waaier, poelie, remschijf, zaagblad | Ventilatorrotor, hakselaar, as, rol, meertrapspomp, turbine, breker |
| Onbalanstypen gecorrigeerd | Alleen statisch (kracht) | Statisch + koppel + dynamisch (kracht + moment) |
| Correctievlakken | 1 | 2 |
| Meetcycli | 2 (initiële + 1 proef) | 3 (initiële + 2 proeven, één per vlak) |
| Tijd doorgebracht op locatie | 15-20 min | 30-45 minuten |
ISO 21940-11 Kwaliteitsklassen voor balancering
ISO 21940-11 (de opvolger van ISO 1940-1) kent aan elke klasse van roterende machines een balanceringskwaliteit klasse G, gedefinieerd als de maximaal toelaatbare snelheid van het zwaartepunt van de rotor in mm/s. De toelaatbare resterende specifieke onbalans eper (in g·mm/kg) wordt afgeleid van de kwaliteit en de bedrijfssnelheid:
G — balanseringsklasse (bijv. 6.3 betekent 6,3 mm/s)
ω — hoeksnelheid, rad/s
RPM — bedrijfssnelheid, omw/min
| Rang | e-ω, mm/s | Typen machines |
|---|---|---|
G 0,4 |
0.4 | Gyroscopen, spindels van precisieslijpmachines |
G 1.0 |
1.0 | Turbochargers, small electric armatures with special requirements |
G 2,5 |
2.5 | Electric motors and generators with special requirements (ordinary industrial motors are G 6.3), medium/large turbines, pumps |
G 6.3 |
6.3 | Ventilatoren, pompen, procesmachines, vliegwielen, centrifuges, algemene industriële machines |
G 16 |
16 | Landbouwmachines, breekinstallaties, aandrijfassen (cardanassen), onderdelen van breekinstallaties |
G 40 |
40 | Wielen voor personenauto's, krukasassemblages (serieproductie) |
G 100 |
100 | Snelle dieselmotor-krukasassemblages met zes of meer cilinders |
Uitgewerkt voorbeeld: Ventilatorrotor
Een centrifugaalventilatorrotor weegt 80 kg, draait met 1.450 toeren per minuut en de correctiestraal is 250 mm. Vereiste klasse: G 6,3.
Bij een correctieradius van 250 mm: maximale restmassa = 3320 / 250 = 13,3 g totale restmassa
Voor een taak in twee vlakken verdeelt u die totale tolerantie over de vlakken; een eenvoudige gelijke verdeling geeft ongeveer 6.6 g per vlak.
Gerelateerde normen: ISO 21940-11 (stijve rotors), ISO 21940-12 (flexibele rotors), ISO 10816‑3 (grenzen voor de trillingsintensiteit), ISO 1940 (oude voorganger).
Zevenstappenprocedure voor veldbalancering
Dit is de invloedscoëfficiëntmethode voor het balanceren van twee vlakkenvelden, toegepast met een draagbaar instrument zoals de Balanset-1A. Diezelfde logica werkt met elke tweekanaals balanceringsanalysator.
Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) waarbij Mr = rotor mass (g), Ksupport = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), Ktrillingen = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), Rt = installatieradius (cm), N = toerental. Of gebruik onze online proefgewichtcalculator — Voer uw rotorparameters in en ontvang direct de aanbevolen massa.
Proefgewichtberekening
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:
Mr — rotormassa, gram
Ksupport — support stiffness coefficient (0.5–5.0: 1 = soft rubber mounts, 2–3 = standard bearing pedestals, 4–5 = massive rigid foundation)
Ktrillingen — vibration level coefficient (0.5–3.0: 0.5 = up to 5 mm/s, 1.0 = 5–10 mm/s, 1.5 = 10–20 mm/s, 2.0 = 20–40 mm/s, 2.5–3.0 = above 40 mm/s)
Rt — installatieradius van het proefgewicht, cm
N — bedrijfssnelheid, toerental
Geen zin om de berekeningen handmatig uit te voeren? Gebruik onze tool. online calculator voor proefgewichten ↗ — Voer uw rotorparameters, ondersteuningstype en trillingsniveau in en ontvang direct de aanbevolen massa.
Worked Examples (Ksupport = 3, Ktrillingen = 1.0)
| Machine | Rotormassa | RPM | Straal | Trial weight (Ksupp = 3, Kvib = 1) |
|---|---|---|---|---|
| Versnipperaarrotor | 120 kg | 2,200 | 30 cm | 360.000 / (30 × 484) ≈ 25 g |
| Industriële ventilator | 80 kg | 1,450 | 40 cm | 240.000 / (40 × 210,25) ≈ 29 g |
| Centrifugetrommel | 45 kg | 3,000 | 15 cm | 135.000 / (15 × 900) = 10 g |
| Brekerschacht | 250 kg | 900 | 25 cm | 750.000 / (25 × 81) ≈ 370 g |
Values shown assume Ksupport = 3 (standard bearing pedestals) and Ktrillingen = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.
Correctiehoekmeting
Het balanceerinstrument geeft per vlak twee getallen weer: massa (hoeveel gewicht) en hoek (waar te plaatsen). De hoek wordt altijd gerelateerd aan de positie van het proefgewicht.
Hoe meet je de hoek?
- Referentiepunt (0°): De hoekpositie waar u het proefgewicht hebt geplaatst. Markeer deze duidelijk op de rotor vóór de proefdraai.
- Meetrichting: altijd in de draairichting van de rotor.
- De hoek aflezen: the result window shows the Correction mass en Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
- Bij het verwijderen van massa: 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.
Gewichtsverdeling naar vaste posities
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: Vrije posities, Vaste posities, Ronde groef, en 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.
Correctievlakken en sensorplaatsing
Het correctievlak is de axiale positie op de rotor waar je massa toevoegt of verwijdert. De sensor meet de trilling bij het dichtstbijzijnde lager. Enkele belangrijke regels:
- De sensor wordt op het lagerhuis gemonteerd. — zo dicht mogelijk bij de hartlijn van het lager, in radiale richting (horizontaal heeft de voorkeur).
- Vlak 1 komt overeen met sensor 1, Vlak 2 komt overeen met sensor 2. Houd de nummering consistent, anders verwisselt de software de correctievlakken.
- Maximaliseer de afstand tussen de vlakken: Hoe verder de twee correctievlakken van elkaar verwijderd zijn, hoe beter de koppelresolutie. De minimaal haalbare afstand is ⅓ van de lagerspanwijdte.
- Kies toegankelijke locaties: Het correctievlak moet een locatie zijn waar je fysiek gewichten kunt bevestigen — een flensrand, boutcirkel, velg of lasoppervlak.
Op de bovenstaande foto is een hakselaarrotor te zien die is voorbereid voor tweevlakbalancering. Blauwe markeringen 1 en 2 geven de sensorposities op de lagerhuizen aan. Rode markeringen 1 en 2 tonen de correctievlakken – in dit geval de flensuiteinden van het rotorlichaam waar gewichten worden gelast.
Vrijdragende (overhangende) rotor
Vrijdragende rotoren — ventilatorwaaiers, vliegwielen die buiten het lagerbereik zijn gemonteerd, pompwaaiers — vereisen een andere sensor- en vlakopstelling. Beide correctievlakken bevinden zich aan dezelfde kant van de lagers en bij de plaatsing van de sensoren moet rekening worden gehouden met de overhangende massa die de koppelonbalans versterkt.
Toepassingen per machinetype
Methoden voor het bevestigen van gewichten
| Methode | Bijlage | Het beste voor | Grenzen |
|---|---|---|---|
| Lassen | Stalen ringen of platen vastgelast aan de rotorrand | Versnipperaars, vergruizers, zware industriële rotoren | Permanent. Niet te gebruiken op aluminium of roestvrij staal zonder speciale staaf. |
| Bouten en moeren | Bouten door voorgeboorde gaten met borgmoeren | Ventilatorwaaiers, vliegwielen, koppelingsflenzen | Vereist bestaande gaten of nieuw boren. |
| Slangklemmen | Roestvrijstalen slangklem met ingeklemd gewicht | Assen, rollen, cilindrische rotoren in het veld | Tijdelijk of semi-permanent. Controleer het aanhaalmoment van de klem. |
| clip met stelschroef | Voorgefabriceerde aanzetgewichten (zoals bandengewichten) | Ventilatorbladen, dunne randen, lichte rotors | Beperkt massabereik. Kan slippen bij hoge toerentallen. |
| Lijm (epoxy) | Gewicht vastgelijmd aan het oppervlak | Precisierotoren, schone omgevingen | Vereist een schoon en droog oppervlak. Maximale temperatuur: circa 120 °C. |
| Materiaalverwijdering | Het wegboren of -slijpen van materiaal van de zware kant | Turboladers, hogesnelheidsspindels, waaiers | Permanent en nauwkeurig, maar onomkeerbaar. Gebruik dit wanneer het niet veilig is om gewicht toe te voegen. |
Veelvoorkomende fouten bij het veld-balanceren
| # | Fout | Gevolg | Repareren |
|---|---|---|---|
| 1 | Sensor gemonteerd op een beschermkap of afdekking. | Resonantie van de behuizing verstoort amplitude- en fasemetingen → onjuiste correctie | Monteer de sensor altijd op het metalen oppervlak van de lagerbehuizing. |
| 2 | Proefgewicht te licht | Fase- en amplitudeverandering vallen binnen de ruis → invloedscoëfficiënten zijn onbetrouwbaar | Zorg voor 20-30% amplitudeverandering of 20-30 graden faseverschuiving op ten minste één sensor |
| 3 | Snelheidsvariatie tussen runs | De trillingen bij 1× veranderen met het toerental² — zelfs een snelheidsverandering van 5% verstoort de gegevens. | Gebruik een toerenteller voor nauwkeurige toerentalmeting. Wacht tot de snelheid stabiel is. |
| 4 | Leaving the trial weight on without telling the software | Correction calculation is skewed by the unaccounted trial weight → result is meaningless | Remove the trial weight before installing correction weights — or tick Leave on rotor in the Trial weight group so the software accounts for it |
| 5 | Vlak 1 en Vlak 2 door elkaar halen | Correctiegewichten komen in de verkeerde vlakken terecht → trillingen nemen toe | Label de sensoren en vlakken duidelijk. Sensor 1 → Vlak 1, Sensor 2 → Vlak 2 |
| 6 | Het meten van de hoek tegengesteld aan de rotatie | Correction goes 360° − f instead of f → the weight lands mirrored about the reference mark — up to 180° away from the correct position | Controleer de draairichting voordat u begint. Meet altijd in de draairichting. |
| 7 | Thermische uitzetting tijdens runs | Lagerspeling verandert tussen koude startpogingen → afwijkende metingen | Ofwel warm je op tot een stabiel niveau voordat je aan run 0 begint, ofwel voltooi je alle runs snel (<5 min tussenpoos). |
| 8 | Het gebruik van een enkel vlak op een lange rotor | De tweevlaksunbalans blijft onopgelost → de trillingen bij het verste lager kunnen zelfs toenemen. | Gebruik balanceren in twee vlakken voor elke rotor waarbij L/D >= 0.5, de afstand tussen de vlakken aanzienlijk is, of een correctie in één vlak effect heeft op het andere lager |
Veldrapport: Balancering van de hakselaar-rotor
Machine: Maschio Bisonte 280 klepelmulcher, rotor van 165 kg, aftakastoerental van 2100 rpm. De klant meldde hevige trillingen na het vervangen van 8 klepels.
Installatie: Twee accelerometers op lagerhuizen, lasertoerenteller op aftakas. Balanset-1A twee-vlak-modus.
Voer 0 uit: Sensor 1 = 12,4 mm/s @ 47°, Sensor 2 = 8,9 mm/s @ 213°. ISO 10816-3 zone D (gevaar).
Proefdraaien: Een proefgewicht van 500 g werd in beide vlakken gebruikt. Duidelijke respons — amplitudeverandering >60% bij beide sensoren.
Trial mass note: with Ksupport = 3 and Ktrillingen = 1 the trial weight formula suggests only ≈ 37 g for this rotor — the formula result is a minimum, and higher Ksupport/Ktrillingen factors call for heavier weights. The 500 g weight used on this job was well above that minimum; the >60% amplitude response confirmed a valid trial, which is the criterion that actually matters.
Correctie: Vlak 1: 340 g gelast onder een hoek van 128°. Vlak 2: 215 g gelast onder een hoek van 276°.
Verificatie: Sensor 1 = 0,8 mm/s, Sensor 2 = 0,6 mm/s. ISO-zone A (goed). Geen afstelling nodig.
Dynamische balancering van een ventilator in twee vlakken
Industriële ventilatoren — centrifugaal-, axiale en gemengde-stroomventilatoren — behoren tot de meest voorkomende rotoren die in de praktijk worden gebalanceerd. De onderstaande procedure beschrijft een daadwerkelijke tweevlaksbalancering van een radiale ventilator met behulp van de Balanset-1A.
Vlakken bepalen en sensoren installeren
Reinig de oppervlakken voor de sensorinstallatie van vuil en olie. Sensoren moeten nauwsluitend op het metalen oppervlak van de lagerbehuizing passen; monteer ze nooit op afdekkingen, beschermkappen of onondersteunde plaatstalen panelen.
- Sensor 1 (rood): Installeer het dichter bij de voorkant van de ventilator (zijde van vlak 1).
- Sensor 2 (groen): Installeer het dichter bij de achterkant van de ventilator (zijde van vlak 2).
- Vlak 1 (rode zone): Correctievlak op de waaierplaat, dichter bij de voorkant.
- Vlak 2 (groene zone): Correctievlak dichter bij de achterplaat of naaf.
Sluit zowel de trillingssensoren als de lasertoerenteller aan op de Balanset-1A. Bevestig reflecterende tape op de as of naaf voor toerentalreferentie.
Balanceringsproces
Start de ventilator en neem de eerste trillingsmetingen (Run 0). Plaats een proefgewicht met een bekende massa op vlak 1 op een willekeurig punt, laat de ventilator draaien en registreer de verandering in trillingen (Run 1). Verplaats het proefgewicht naar vlak 2 op een willekeurig punt, laat de ventilator opnieuw draaien en registreer de resultaten (Run 2). De Balanset-1A-software gebruikt alle drie de metingen om de correctiemassa en -hoek voor elk vlak te berekenen.
Hoekmeting voor ventilatorcorrectiegewichten
De hoek wordt gemeten vanaf de positie van het proefgewicht in de draairichting van de ventilator — precies zoals beschreven in de Correctiehoekmeting Zie het bovenstaande gedeelte. Markeer de plaats waar het proefgewicht was geplaatst (referentiepunt 0° ), tel vervolgens de aangegeven hoek langs de draairichting om de positie van het correctiegewicht te vinden.
Installeer, op basis van de door de software berekende hoeken en massa's, de correctiegewichten op vlak 1 en vlak 2. Start de ventilator nogmaals en controleer of de trillingen tot een aanvaardbaar niveau zijn gedaald. ISO 21940-11 (doorgaans G 6.3 voor algemene ventilatoren). Als de resterende trillingen nog steeds boven het streefniveau liggen, voer dan een afstelronde uit.
Veelgestelde vragen
Apparatuur voor veldbalancering
Balanset-1A Het is een draagbaar tweekanaals instrument dat dynamische balancering in één en twee vlakken mogelijk maakt, evenals trillingsanalyse (totale snelheid, spectra, golfvorm). Het wordt geleverd als een complete set:
- 2x MEMS-trillingssensoren (op ADXL335 gebaseerde versnellingsmeters) met magnetische bevestigingen
- Lasertoerenteller (contactloze toerentalsensor) met reflecterende tape
- USB-meetunit (aan te sluiten op elke Windows-laptop)
- Software: balanceringswizard, trillingsmeter, spectrumanalysator
- Draagtas met alle kabels en accessoires
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.
0 Comments