ISO 1940-2 — Błędy wyważenia (obecnie ISO 21940-14)
Historyczna norma do oceny błędów wyważenia wirników sztywnych — systematycznych, losowo zmiennych i skalarnych źródeł błędów w procesie wyważania. Wycofana i zastąpiona przez ISO 21940-14:2012. Samo słownictwo wyważania jest zdefiniowane w ISO 21940-2 (dawniej ISO 1925) i zostało podsumowane poniżej.
Inżynierowie Vibromera nadal odwołują się do taksonomii błędów ISO 1940-2 podczas rozwiązywania problemów z niewyważeniem resztkowym, które utrzymuje się po korekcji za pomocą przenośnych przyrządów, takich jak Balanset-1A.
Kluczowe terminy równoważenia w skrócie
Najważniejsze definicje ze słownictwa ISO dotyczącego wyważania — ISO 21940-2 (dawniej ISO 1925) — terminy, które musi znać każdy praktyk wyważania
Kompletny wykaz terminów
Wszystkie główne terminy ze słownictwa wyważania, ISO 21940-2 (dawniej ISO 1925), uporządkowane według kategorii
| Termin | Definicja | Znaczenie |
|---|---|---|
| Wirnik Wirnik | Ciało zdolne do obrotu wokół określonej osi. W kontekście wyważania obejmuje każdy element obrotowy: wały, wirniki, tworniki, bębny, wrzeciona. | Podstawowy cel wyważania. Wszystkie inne terminy opisują właściwości wirnika lub działania na wirnik. |
| Wirnik Sztywny wirnik | Wirnik, którego niewyważenie można skorygować w dwóch dowolnych płaszczyznach, a po skorygowaniu resztkowe niewyważenie nie zmienia się znacząco przy żadnej prędkości aż do maksymalnej prędkości roboczej. | Określa, że ISO 1940-1 (System klasy G) ma zastosowanie. Wyważanie przy niskiej prędkości na maszynie warsztatowej jest prawidłowe. Zdecydowana większość wirników przemysłowych jest sztywna. |
| Wirnik Wirnik podatny | Wirnik, który odkształca się sprężyście przy prędkości roboczej w taki sposób, że zmienia się jego stan niewyważenia. Należy go korygować przy prędkości roboczej lub zbliżonej do niej w więcej niż dwóch płaszczyznach. | Wymagana norma ISO 21940-12. Turbiny wysokoobrotowe, duże generatory, sprężarki wielostopniowe. Wymagany specjalistyczny sprzęt do wyważania wysokoobrotowego. |
| Wirnik Oś wału | Linia prosta łącząca środki czopów łożyskowych. Geometryczna oś obrotu. | Oś odniesienia dla wszystkich pomiarów niewyważenia. Bicie czopów wpływa na dokładność pomiaru. |
| Wirnik Główna oś bezwładności | Oś, wokół której wirnik obracałby się swobodnie, nie wytwarzając siły odśrodkowej ani momentu obrotowego. Pokrywa się z osią wału dla idealnie wyważonego wirnika. | Niedopasowanie osi głównej i osi wału jest niewyważenie. Wszelka korekta ma na celu sprowadzenie tych dwóch osi do zgodności. |
| Wirnik Środek masy (ciężkości) | Punkt, w którym cała masa wirnika może być uznana za skoncentrowaną. W przypadku wirnika wyważonego, leży on dokładnie na osi wału. | Niewyważenie statyczne = przesunięcie środka masy względem osi wału. Niewyważenie właściwe (e) = odległość przemieszczenia. |
| Wirnik Prędkość robocza | Maksymalna prędkość obrotowa, z jaką pracuje wirnik w zamierzonym zastosowaniu. | Krytyczne dla obliczenia tolerancji: Uper = (9 549 × G × M) / n. Zawsze należy używać prędkości serwisowej, a nie prędkości równoważącej. |
| Wirnik Prędkość krytyczna | Prędkość obrotowa, przy której układ łożysk wirnika wpada w rezonans, powodując znaczne wzmocnienie wibracji. | Określa klasyfikację sztywności/elastyczności. Wirnik sztywny pracuje znacznie poniżej prędkości krytycznej pierwszego zgięcia. |
| Termin | Definicja | Wzór / Jednostki |
|---|---|---|
| Niewyważenie Niewyważenie | Stan, w którym główna oś bezwładności nie pokrywa się z osią obrotu. Powoduje to powstanie siły odśrodkowej proporcjonalnej do masy, mimośrodu i kwadratu prędkości. | U = m × r (g·mm lub kg·m) |
| Niewyważenie Niewyważenie statyczne | Oś główna równoległa do osi obrotu, ale przesunięta. Odpowiednik pojedynczej masy o jednym promieniu. Wykrywalny bez obrotu (ostrza noża). Drgania łożyska w fazie. | Korygowane w 1 płaszczyznę |
| Niewyważenie Niewyważenie pary | Oś główna przecina oś obrotu w środku masy, ale jest przechylona. Dwa równe, przeciwległe punkty ciężkości w różnych płaszczyznach tworzą moment kołyszący. Wykrywalny tylko podczas wirowania. | Korygowane w 2 płaszczyzny |
| Niewyważenie Dynamiczne niewyważenie | Przypadek ogólny: oś główna nie jest równoległa do osi obrotu ani jej nie przecina. Połączenie niezrównoważenia statycznego i dynamicznego. Najczęstszy przypadek w świecie rzeczywistym. | Korygowane w 2 płaszczyzny |
| Niewyważenie Niewyważenie właściwe | Stosunek niewyważenia do masy wirnika. Reprezentuje mimośród – przesunięcie środka masy względem osi wału. Umożliwia porównanie jakości wirników o różnych rozmiarach. | e = U / M (µm lub g·mm/kg) |
| Niewyważenie Niewyważenie resztkowe | Niewyważenie pozostające w wirniku po procesie wyważania. Nie może przekraczać wartości dopuszczalnej (Uper) dla określonego Klasa G. | Ures ≤ Uper |
| Niewyważenie Początkowe niewyważenie | Niewyważenie wirnika w momencie odbioru, przed jakąkolwiek korektą wyważenia. Zmierzone podczas pierwszego rozruchu. | Punkt odniesienia dla procedury wyważania |
| Niewyważenie Wektor niewyważenia | Wielkość i położenie kątowe niewyważenia w danej płaszczyźnie. Przedstawiane jako wektor biegunowy o amplitudzie (g·mm) i kącie fazowym (°). | U∠θ (g·mm przy ° od odniesienia) |
| Termin | Definicja | Notatki praktyczne |
|---|---|---|
| Proces Wyważanie | Proces sprawdzania i regulacji rozkładu masy wirnika w taki sposób, aby resztkowe niewyważenie mieściło się w określonym zakresie tolerancji. | Iteracyjne: pomiar → obliczenie → korekta → weryfikacja. |
| Proces Płaszczyzna korekcyjna | Płaszczyzna prostopadła do osi wirnika, w której masa jest dodawana lub usuwana. Fizycznie dostępne miejsce do umieszczenia ciężarka. | Mogą różnić się od płaszczyzn tolerancji (łożysk) — wymagają przekształcenia geometrycznego. |
| Proces Płaszczyzna tolerancji | Płaszczyzna, w której określono dopuszczalne niewyważenie – zazwyczaj płaszczyzna łożyska. Niewyważenie w tym przypadku bezpośrednio wpływa na obciążenia łożyska. | Uper jest określony dla płaszczyzn tolerancji; musi zostać przekonwertowany na płaszczyzny korekcji. |
| Proces Masa Korekcyjna | Masa fizyczna (ciężar) dodawana do wirnika lub usuwana z niego pod określonym promieniem i kątem w obrębie płaszczyzny korekcji. | Dodano: mocowanie zatrzaskowe, mocowanie śrubowe, spawanie, żywicę epoksydową. Usunięto: wiercenie, frezowanie, szlifowanie. |
| Proces Ciężarek próbny | Znana masa tymczasowo przymocowana do wirnika pod znanym promieniem i kątem podczas procedury wyważania. Służy do określenia reakcji wirnika (współczynnik wpływu). | Metoda ciężarka próbnego Balanset-1A: uruchom → zamocuj ciężarek próbny → uruchom → oprogramowanie oblicza poprawkę. |
| Proces Współczynnik wpływu | Zmiana odpowiedzi na drgania (amplitudy i fazy) w punkcie pomiarowym spowodowana niewyważeniem jednostki w określonym miejscu. Charakteryzuje wrażliwość wirnika i łożyska. | Obliczono na podstawie próbnych przebiegów. Wyważanie dwupłaszczyznowe wymaga macierzy wpływów 2×2. |
| Proces Wyważanie jednopłaszczyznowe | Procedura korygująca niewyważenie statyczne w jednej płaszczyźnie korekcji. Odpowiednia dla krótkich (dyskowych) wirników o współczynniku L/D < 0,5. | Balanset-1A Tryb F2. Jeden czujnik, jedna płaszczyzna. |
| Proces Wyważanie dwupłaszczyznowe | Procedura korygująca niewyważenie statyczne i momentowe w dwóch płaszczyznach korekcji. Wymagana w przypadku wydłużonych wirników lub gdy niewyważenie momentowe jest znaczne. | Balanset-1A Tryb F3. Dwa czujniki, dwie płaszczyzny. |
| Proces Doważanie | Ostateczna, precyzyjna regulacja wyważenia wykonywana na zmontowanym wirniku w celu skompensowania niewyważenia powstałego podczas montażu (bicia sprzęgła, tolerancji pasowania). | Często wykonywane w terenie, na zainstalowanej maszynie. |
| Proces Podział ciężaru | Rozdzielenie obliczonej masy korekcyjnej pomiędzy dwa sąsiadujące, dostępne miejsca (np. dwa otwory na śruby lub pozycje łopatek), gdy dokładna pozycja kątowa nie jest dostępna. | Balanset-1A umożliwia automatyczne obliczenie podziału ciężaru. |
| Termin | Definicja | Porównanie |
|---|---|---|
| Maszyna Maszyna do wyważania | Urządzenie mierzące niewyważenie wirnika (wartość i położenie kątowe), dzięki czemu można skorygować rozkład masy. | W warsztacie (stacjonarny) lub w terenie (przenośny, np. Balanset-1A). |
| Maszyna Maszyna z elastycznym zawieszeniem | Zawieszenie jest bardzo elastyczne. Wirnik pracuje z częstotliwością wyższą niż częstotliwość drgań własnych zawieszenia. Mierzy przemieszczenie fizyczne. Wymaga kalibracji dla każdej geometrii wirnika. | Obecnie mniej powszechne. Niższy koszt, ale operator musi kalibrować każdy wirnik. Pomiar przemieszczenia. |
| Maszyna Maszyna ze sztywnym zawieszeniem | Zawieszenie jest bardzo sztywne. Wirnik pracuje poniżej częstotliwości drgań własnych zawieszenia. Czujniki mierzą bezpośrednio siłę odśrodkową. Trwale skalibrowany — obsługuje szeroką gamę wirników bez konieczności konfiguracji konkretnego wirnika. | Typ dominujący we współczesnym przemyśle. Większa wszechstronność, szybsza konfiguracja. Wykrywanie siły. |
| Maszyna Wyważarka polowa | Przenośny przyrząd do wyważania wirników in-situ (zamontowany w maszynie) bez demontażu. Wykorzystuje czujniki drgań i tachometr. Metoda ciężarka próbnego. | Balanset-1A (2-kanałowy) i Balanset-4 (4-kanałowy). Wbudowany kalkulator tolerancji ISO 1940. |
| Maszyna Trzpień (wrzeciono) | Wał lub adapter, na którym wirnik jest montowany w celu wyważenia na maszynie. Musi być dokładnie współosiowy i mieć pomijalne bicie. | Mimośrodowość trzpienia jest głównym źródłem systematycznego błędu wyważania. Potwierdzane testem wskaźnikowym. |
| Termin | Definicja | Wzór / Norma |
|---|---|---|
| Jakość Klasa jakości wyważenia (G) | Klasyfikacja określająca maksymalną dopuszczalną prędkość środka masy wirnika. G = eper × ω. Oceny tworzą skalę logarytmiczną z czynnikiem 2,5. | G 0,4 … G 4000 Zdefiniowano w ISO 1940-1 |
| Jakość Dopuszczalne niewyważenie resztkowe (Uper) | Maksymalne niewyważenie resztkowe dopuszczalne dla określonej klasy G, masy wirnika i prędkości roboczej. Kryterium akceptacji. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Jakość Tolerancja równowagi | Zakres, w którym musi mieścić się niewyważenie resztkowe, aby spełnić określone wymagania jakościowe. Równe Uper. | Określone dla każdej płaszczyzny po przydzieleniu |
| Jakość Współczynnik redukcji niewyważenia (URR) | Stosunek niewyważenia początkowego do niewyważenia resztkowego po jednym cyklu korekcji. Wskazuje na wydajność maszyny/procedury wyważania. | URR = Uwstępny / Upozostały Typowe: 5–50× |
| Pomiar Kąt fazowy | Położenie kątowe wektora niewyważenia względem punktu odniesienia na wirniku (mierzone tachometrem). W połączeniu z amplitudą definiuje całkowity wektor niewyważenia. | ° (stopnie, 0–360) |
| Pomiar Prędkość wibracji (RMS) | Wartość średniokwadratowa prędkości drgań w obudowie łożyska. Standardowy parametr pomiarowy do oceny stanu maszyny wg ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Pomiar Test indeksowy | Procedura weryfikacji: obróć wirnik o zdefiniowany kąt (np. 180°) względem podpór maszyny i dokonaj ponownego pomiaru. Wykrywa błędy trzpienia i mocowania. | Wymagane do formalnej weryfikacji zgodnie z normą ISO 1940-1 rozdz. 10 |
| Pomiar Minimalne osiągalne niewyważenie resztkowe (Umar) | Najniższe niewyważenie resztkowe możliwe do osiągnięcia na danej wyważarce dla konkretnego wirnika. Określane na podstawie czułości maszyny, poziomu hałasu i stanu łożysk. | Umar musi być ≤ Uper aby maszyna nadawała się do wymaganej klasy G. |
Czym jest ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Drgania mechaniczne — Wymagania jakości wyważenia wirników sztywnych — Część 2: Błędy wyważenia) była międzynarodową normą służącą do identyfikacji, oceny i uwzględniania błędów powstających podczas wyważania wirników sztywnych — od niewyważenia trzpienia i wału napędowego po bicie elementów i rozrzut aparatury. Została wycofana i zastąpiona przez ISO 21940-14:2012 (Drgania mechaniczne — Wyważanie wirników — Część 14: Procedury oceny błędów wyważenia), która rozszerza te same procedury na wirniki o zachowaniu podatnym. Uwaga: norma ta jest często mylona ze słownictwem wyważania vocabulary — to inna norma, ISO 21940-2 (dawniej ISO 1925), której terminologię ta strona podsumowuje poniżej.
Gdy inżynier w Niemczech określa "dynamiczną korekcję niewyważenia do G 6.3 w dwóch płaszczyznach", technik w Japonii musi dokładnie rozumieć, czego się wymaga — tego samego stanu wirnika, tej samej procedury wyważania i tego samego kryterium odbioru. Słownictwo ISO dotyczące wyważania — ISO 21940-2 (dawniej ISO 1925) — umożliwia to, zapewniając jednolite, uzgodnione międzynarodowo słownictwo dla całej dziedziny.
Samo ISO 1940-2 natomiast nie było ani słownikiem, ani specyfikacją tolerancji — dotyczyło błędów wyważenia. Klasyfikowało źródła błędów procesu wyważania jako systematyczne (wielkość i kąt można ocenić — np. niewyważenie trzpienia lub wału napędowego, bicie promieniowe i osiowe, wpusty i rowki wpustowe, magnetyzm szczątkowy, błędy ponownego montażu i aparatury), losowo zmienne (luźne części, uwięzione ciecze, odkształcenie cieplne, opór powietrza) oraz skalarne (można oszacować jedynie maksymalną wielkość, kąt jest nieokreślony — np. luzy pasowania i tolerancje wykonania), oraz podawało procedury ich oceny i uwzględniania, tak aby niewyważenie resztkowe rzeczywiście pozostawało w dopuszczalnej wartości Uper z ISO 1940-1 (obecnie ISO 21940-11). Jego następca, ISO 21940-14, zachowuje dokładnie tę rolę w serii ISO 21940.
Szczegółowa analiza terminów
Rozróżnienie: wirnik sztywny / elastyczny
To najważniejsza klasyfikacja w procesie wyważania. To rozróżnienie determinuje wszystko: która norma ma zastosowanie, jaki sprzęt jest potrzebny, ile płaszczyzn jest wymaganych i przy jakiej prędkości wyważanie musi zostać przeprowadzone.
Wirnik, którego niewyważenie można skorygować w dwóch dowolnych płaszczyznach, a po skorygowaniu resztkowe niewyważenie nie zmienia się znacząco przy żadnej prędkości aż do maksymalnej prędkości roboczej. Test praktyczny: jeśli pierwsza częstotliwość giętna prędkość krytyczna jest znacznie wyższa od maksymalnej prędkości roboczej (zwykle > 1,5× lub więcej), wirnik jest sztywny.
Wirnik, który odkształca się sprężyście przy prędkości roboczej w taki sposób, że zmienia się jego stan niewyważenia. Musi być wyważony przy prędkości roboczej lub zbliżonej do niej w więcej niż dwóch płaszczyznach korekcji. Dotyczy: Duże turbogeneratory, wielostopniowe sprężarki wysokoobrotowe, długie rolki maszyn papierniczych o dużej prędkości. Objęte normą ISO 21940-12.
Zdecydowana większość wirników przemysłowych — silników elektrycznych, wentylatorów, pomp, kół zamachowych i wałów — to wirniki sztywne. ISO 1940-1 System klasy G stosuje się bezpośrednio do wirników sztywnych.
Trzy rodzaje niewyważenia
Słownictwo (ISO 21940-2) definiuje trzy podstawowe typy na podstawie geometrycznej relacji między główną osią bezwładności a osią obrotu. Zrozumienie ich jest kluczowe dla wyboru właściwej procedury wyważania:
- Niewyważenie statyczne produkuje siła — oba łożyska drgają w fazie z prędkością 1× obr./min. Wirnik można wykryć jako niewyważony bez obrotu (grawitacja ujawnia to na ostrzu noża). Wystarczy jedna płaszczyzna korekcji. Typowe dla wąskich wirników o kształcie dysku (L/D < 0,5): wąskie koła pasowe, wirniki wentylatorów, cienkie koła zamachowe.
- Niewyważenie pary produkuje moment — łożyska drgają w fazie przesuniętej o 180° z prędkością 1× obr./min. Siła wypadkowa wynosi zero (środek masy znajduje się na osi), ale dwa równe i przeciwległe punkty ciężkości w różnych położeniach osiowych tworzą parę kołyszącą. Wykrywalne tylko podczas wirowania. Wymaga dwóch płaszczyzn korekcyjnych.
- Dynamiczne niewyważenie = statyka + para łącznie. Ogólny przypadek dla wszystkich rzeczywistych wirników, które nie są idealnie symetryczne. Występują zarówno siła, jak i moment. Łożyska drgają z częstotliwością 1× bez relacji w fazie ani dokładnie 180° przesuniętej w fazie. Wymaga wyważenia dwupłaszczyznowego.
Niewyważenie właściwe i połączenie klasy G
Niewyważenie właściwe (e = U/M) to kluczowa miara umożliwiająca uniwersalne porównywanie jakości wyważenia. Wirnik o masie 5 kg i niewyważeniu 50 g·mm ma e = 10 µm. Wirnik o masie 500 kg i niewyważeniu 5000 g·mm również ma e = 10 µm — identyczna jakość wyważenia pomimo 100-krotnej różnicy mas.
Klasa G rozszerza to, uwzględniając prędkość: G = e × ω, co daje pojedynczą liczbę (mm/s), która charakteryzuje jakość równowagi niezależnie od masy i prędkości. To jest podstawa ISO 1940-1 system tolerancji.
Płaszczyzny korekcyjne a płaszczyzny tolerancji
Słownictwo wprowadza krytyczne rozróżnienie, które w praktyce często bywa pomijane:
- Płaszczyzny tolerancji = płaszczyzny łożysk, w których drgania i obciążenia dynamiczne są najbardziej krytyczne. Dopuszczalne niewyważenie Uper jest tutaj określony.
- Płaszczyzny korekcyjne = fizycznie dostępne miejsca, w których można umieścić ciężarki (piasta wentylatora, pierścienie końcowe silnika, ramiona wału). Często w innych położeniach osiowych niż łożyska.
Konwersja Uper Przejście z płaszczyzn tolerancji do płaszczyzn korekcyjnych wymaga znajomości geometrii wirnika. W przypadku wirników asymetrycznych lub z wysięgiem, ta konwersja może znacząco zmienić tolerancje dla poszczególnych płaszczyzn. Balanset-1A obsługuje tę konwersję automatycznie po wprowadzeniu wymiarów wirnika.
Typy maszyn wyważających
Dwa podstawowe typy maszyn odzwierciedlają różne zasady pomiarów fizycznych:
- Maszyna miękkołożyskowa: Częstotliwość drgań własnych zawieszenia znacznie poniżej prędkości roboczej → pomiary maszynowe przemieszczenie. Wymaga kalibracji dla każdego nowego wirnika. Znaczenie historyczne; coraz rzadziej używane.
- Maszyna twardołożyskowa: Częstotliwość drgań własnych zawieszenia znacznie przekracza prędkość roboczą → pomiary maszynowe siła. Trwale skalibrowany — akceptuje różne wirniki bez konieczności indywidualnej kalibracji. Dominujący współczesny typ.
Przyrządy do równoważenia w terenie, takie jak Balanset-1A opierają się na innej zasadzie: nie są "maszyną" w rozumieniu ISO, ale wykorzystują łożyska i podporę wirnika jako układ pomiarowy, stosując metodę próby wagowej (współczynnik wpływu) w celu określenia korekty bez konieczności stosowania specjalnej wyważarki.
Odnośniki: gdzie użyto każdego terminu
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Używa wszystkich terminów tolerancji i jakości — klasa G, Uper, tolerancja równowagi, niewyważenie resztkowe. Główny użytkownik tego słownictwa.
Norma ISO 14694: Wykorzystuje terminologię wirników (sztywnych), terminologię niewyważenia oraz rozszerza ją o specyficzne dla wentylatorów kategorie zastosowań BV, klasy wyważenia i tabele limitów drgań.
ISO 10816 / ISO 20816: Posługuje się terminami pomiarowymi — prędkością drgań, wartością skuteczną, punktami pomiaru obudowy łożyska.
ISO 21940-12: Rozszerza elastyczną definicję wirnika o procedury wieloprędkościowe i wielopłaszczyznowe.
API 610 / API 617: Normy naftowe odnoszą się do klas G ISO 1940 i terminologii dotyczącej niewyważenia w specyfikacjach pomp i sprężarek.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: przejście
ISO 21940-14:2012 formalnie anuluje i zastępuje ISO 1940-2:1997, stanowiąc jego rewizję techniczną — główną zmianą jest rozszerzenie zakresu stosowania na wirniki o zachowaniu podatnym. Słownictwo wyważania podążyło odrębną ścieżką: ISO 1925 zostało zrewidowane jako ISO 21940-2. Numeracja ISO 21940 odzwierciedla integrację z kompleksową serią ISO 21940 obejmującą wszystkie aspekty wyważania wirników. Stare oznaczenia nadal są szeroko spotykane w literaturze branżowej.
Oficjalny standard: ISO 21940-14:2012 (zastępuje ISO 1940-2) w ISO Store →
Często zadawane pytania — ISO 1940-2
Błędy wyważenia, przejście do ISO 21940 i terminologia wyważania
▸ Czym jest ISO 1940-2?
▸ Jaka jest różnica między niewyważeniem statycznym i dynamicznym?
▸ Jaka jest różnica pomiędzy wirnikiem sztywnym i elastycznym?
▸ Czym jest niewyważenie resztkowe?
▸ Jaka jest różnica pomiędzy płaszczyzną korekcji a płaszczyzną tolerancji?
▸ Wyważarka do łożysk miękkich czy sztywnych?
▸ Czym jest niewyważenie właściwe (mimośrodowość)?
Powiązane artykuły glosariusza
Mów językiem — za pomocą odpowiednich narzędzi
Wyważarki Vibromera implementują bezpośrednio słownik ISO: wybór stopnia G, wektory niewyważenia, płaszczyzny korekcji, porównanie wartości resztkowych z dopuszczalnymi — wszystko w jednym przenośnym instrumencie.
Przeglądaj sprzęt do wyważania →
