ISO 1940-1 - Wymagania dotyczące jakości wyważenia dla sztywnych wirników
Podstawowy międzynarodowy standard definiujący system jakości wyważania klasy G - od G 0,4 (żyroskopy) do G 4000 (okrętowe silniki wysokoprężne). Obecnie włączona do normy ISO 21940-11, z identycznymi wartościami klasy G i metodologią.
Dopuszczalne niewyważenie resztkowe
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 - wprowadź dane wirnika, uzyskaj Uza
Wyniki - ISO 1940-1
Dopuszczalne niewyważenie resztkowe
aby obliczyć tolerancję
Klasy jakości wyważenia G-Grade
Skala logarytmiczna ze współczynnikiem 2,5 między sąsiednimi stopniami - od ultraprecyzyjnego G 0,4 do morskiego G 4000
| Klasa G | e·ω (mm/s) | Typowe rodzaje wirników | Uwagi |
|---|---|---|---|
| G 0.4 | 0.4 | Żyroskopy, precyzyjne wrzeciona, napędy dysków optycznych | Blisko granicy konwencjonalnego wyważania |
| G 1.0 | 1.0 | Napędy wrzecion szlifierskich, magnetofony, małe precyzyjne tworniki | Wymaga bardzo czystych warunków |
| G 2.5 | 2.5 | Turbiny gazowe & parowe, turbogeneratory, turbosprężarki, silniki wysokoobrotowe | Zapobiega przedwczesnemu uszkodzeniu łożysk |
| G 6.3 | 6.3 | Wentylatory, pompy, koła zamachowe, silniki elektryczne, obrabiarki, rolki papieru | Najpopularniejszy - domyślny stopień |
| G 16 | 16 | Wały kardana (specjalne), maszyny rolnicze, kruszarki, wentylatory kopalniane | Ciężkie, poważne warunki pracy |
| G 40 | 40 | Koła i felgi samochodowe, wały kardana (standardowe), wolnoobrotowe wentylatory | Dominuje zmienność opon |
| G 100 | 100 | Kompletne silniki samochodów osobowych, ciężarowych, lokomotyw | Silniki spalinowe jako zespoły |
| G 250 | 250 | Wały korbowe wysokoobrotowych silników wysokoprężnych | Poziom komponentu |
| G 630 | 630 | Wały korbowe dużych silników 4-suwowych, okrętowych silników wysokoprężnych na elastycznych mocowaniach | Duże silniki posuwisto-zwrotne o niskiej prędkości |
| G 1600 | 1600 | Wały korbowe dużych silników 2-suwowych | Bardzo powolne, masywne fundamenty |
| G 4000 | 4000 | Wały korbowe wolnoobrotowych silników okrętowych na sztywnych fundamentach | Najluźniejsze wymagania |
| Typ wirnika | Masa (kg) | obr./min | G | Uza (g·mm) | Na płaszczyznę | eza (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Mały silnik | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| Wentylator HVAC | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Wirnik pompy | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Turbosprężarka | 120 | 8 000 | G 2.5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Rolka papieru | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Wentylator elektrowni | 350 | 990 | G 2.5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Wrzeciono szlifierskie | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Koło samochodowe | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
| Typ wirnika | Przydział | Wzór | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Symetryczny | Równy podział | UL=UR=Uza/2 | Najprostszy przypadek. Silniki, niektóre wentylatory. |
| Asymetryczny międzyłożyskowy | Proporcjonalny | UL=Uza·(b/L) | Najpopularniejsza metoda. |
| Nawis (wspornik) | Oparte na momencie | Równania statyki | Węższe tolerancje na płaszczyźnie zawisu. |
| Wąski (płaszczyzny blisko siebie) | Oddzielny rozkład statyczny i dynamiczny | Zgodnie z normą ISO 21940-12 | Różne efekty wibracji. |
Co to jest ISO 1940-1?
ISO 1940-1 (Wibracje mechaniczne — wymagania dotyczące jakości wyważenia wirników w stanie stałym (sztywnym)) definiuje System klas jakości wyważenia G dla sztywnych wirników. Wzór Uza = (9 549 × G × M) / n oblicza dopuszczalne resztkowe niewyważenie niewyważenie. Zastąpiony przez ISO 21940-11:2016 o identycznych wartościach. Domyślna klasa dla maszyn przemysłowych: G 6.3.
ISO 1940-1 to podstawowy dokument dotyczący wyważania wirników na całym świecie. System klasy G jest de facto językiem wyważania: "wyważenie do G 6.3" jest rozumiane przez każdego specjalistę na całym świecie. Norma obejmuje sztywne wirniki, od małych precyzyjnych wrzecion po masywne wały korbowe, zapewniając uniwersalne ramy do określania, obliczania i weryfikacji jakości wyważania.
Norma ma zastosowanie wyłącznie do sztywny wirniki, których odkształcenia sprężyste pod wpływem sił odśrodkowych są pomijalne w całym zakresie prędkości roboczych. Wirniki elastyczne (pracujące powyżej pierwszej krytycznej prędkości zginania) są objęte normą ISO 21940-12.
Koncepcja sztywnego wirnika
Wirnik jest klasyfikowany jako sztywny, jeśli jego rozkład masy nie zmienia się znacząco, gdy prędkość zmienia się od zera do maksymalnej prędkości roboczej. Kluczowa konsekwencja: Wirnik wyważony przy niskiej prędkości na wyważarce pozostaje wyważony przy prędkości roboczej. Pozwala to na wyważanie przy 300–600 RPM na maszynie warsztatowej, przy jednoczesnym zachowaniu tolerancji przy 3 000+ RPM w serwisie.
Jeśli wirnik pracuje w obszarze nadkrytycznym (powyżej pierwszej częstotliwości giętnej prędkość krytyczna) lub w pobliżu rezonans, ugięcia zmieniają efektywny rozkład masy, a wyważanie przy niskich prędkościach może być nieskuteczne przy wysokich prędkościach. Takie wirniki są klasyfikowane jako elastyczne.
Wirniki o zmiennej geometrii (wały przegubowe, łopaty śmigłowców). Rezonans w układach wirnik–podpora–fundament. Siły aerodynamiczne i hydrodynamiczne niezwiązane z rozkładem masy. Dla wentylatorów, patrz Norma ISO 14694 (specyficzne dla wentylatorów kategorie BV i limity drgań).
Rodzaje niewyważenia
Niewyważenie = oś bezwładności wirnika ≠ oś obrotu. W postaci wektorowej: U = m × r (g·mm). ISO 1940-1 klasyfikuje trzy typy:
- Niewyważenie statyczne: Oś bezwładności równoległa do osi obrotu, ale przesunięta. Pojedynczy ekwiwalent masy niewyważonej. Możliwość korekty w jedna płaszczyzna. Typowe: koła pasowe, wąskie koła zębate, wirniki wentylatorów (L/D < 0,5).
- Brak równowagi momentu: Oś bezwładności przechodzi przez środek masy, ale jest przechylona. Siła netto zerowa, ale para kołysze wirnikiem. Wymaga dwie płaszczyzny.
- Niewyważenie dynamiczne: Przypadek ogólny - połączenie statyka + para. Oś bezwładności nie jest równoległa ani nie przecina osi obrotu. Wymaga dwie płaszczyzny. Większość rzeczywistych wirników ma niewyważenie dynamiczne.
Niewyważenie właściwe (ekscentryczność)
Klasa G jest definiowana jako iloczyn e × ω (mm/s) - prędkość liniowa środka masy wirnika okrążającego oś obrotu. Ta pojedyncza liczba charakteryzuje jakość wyważenia niezależnie od rozmiaru i prędkości wirnika.
System G-Grade - podstawy fizyczne
Podobieństwo masy
Dla wirników o podobnej geometrii: Uza ∝ M → niewyważenie właściwe eza powinna być stała. Jeden standard dotyczy wszystkich rozmiarów.
Podobieństwo prędkości
Siła odśrodkowa F = M·e·ω². Aby utrzymać dopuszczalne obciążenia łożysk przy różnych prędkościach, eza musi maleć wraz ze wzrostem ω:
Obliczanie dopuszczalnego niewyważenia resztkowego
Biorąc pod uwagę: Wirnik wentylatora odśrodkowego, M = 200 kg, n = 1 500 obr/min, G 6.3.
Łącznie: Uza = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 g-mm
Ekscentryczność: eza = 8 021 / 200 = 40,1 µm
Na płaszczyznę (symetryczna, 2): 8 021 / 2 = 4 011 g-mm
Przy R = 400 mm: 4 011 / 400 = 10,0 g na płaszczyznę
Prędkość we wzorze musi być najwyższą prędkością obrotową podczas pracy - nie prędkością wyważarki. Wiele wirników jest wyważanych przy 300-600 obr/min, ale tolerancja musi uwzględniać rzeczywistą prędkość roboczą (np. 1 480 obr/min). Użycie prędkości wyważarki powoduje niebezpiecznie luźne tolerancje.
Przydział do płaszczyzn korekcyjnych
Uza odnosi się do środka masy wirnika. W praktyce wyważenie odbywa się w dwóch płaszczyznach (w pobliżu łożysk). Zasady rozdziału 7:
Wirniki symetryczne
CoM w punkcie środkowym → równe: UL = UR = Uza / 2.
Asymetryczne między łożyskami
Wirniki wysunięte
Masa przewieszona tworzy moment zginający obciążający oba łożyska. Konieczne ponowne obliczenie na podstawie momentu → zazwyczaj znacznie mniejsza tolerancja na płaszczyźnie przewieszenia. Typowe dla pomp, sprężarek jednostopniowych, wspornikowych wirników wentylatorów.
Błędy i weryfikacja
Źródła błędów
- Systematyczne: Dryft kalibracji maszyny, trzpienie mimośrodowe, efekty rowków wpustowych (ISO 8821), odkształcenia termiczne.
- Losowy: Szum czujnika, luz wspornika, zmiana osadzenia wirnika.
Całkowity błąd nie może przekraczać 10-15% tolerancji. Jeśli jest większy, należy odpowiednio zmniejszyć tolerancję roboczą.
Efekty montażu
Wyważanie podzespołów ≠ wyważanie zespołów. Mimośrodowość sprzęgła, bicie promieniowe, luźne pasowania mogą zniweczyć pracę podzespołów. Wyważyć poprawką zmontowany wirnik.
Metody weryfikacji
- Test indeksu: Obrócić rotor o 180° na trzpieniu, ponownie zmierzyć. Zmiana = błąd mocowania.
- Próbny test wagi: Dodaj znaną masę, sprawdź, czy zmierzona zmiana wektora jest zgodna z oczekiwaniami.
- Kontrola w terenie: Pomiar wibracji na łożyskach na ISO 10816.
The Balanset-1A automatyzuje ISO 1940-1: wprowadź masę, prędkość, stopień G → natychmiastowe Uza z automatycznym przydzielaniem płaszczyzn. Po zbalansowaniu porównuje resztę z limitem. Funkcja F6 Reports generuje formalny protokół dokumentujący osiągniętą klasę G. Dokładność ±5% prędkości, ±1° fazy - wystarczająca dla G 16 do G 2.5. Funkcja Balanset-4 rozszerza się do czterech kanałów dla złożonych wirników wielołożyskowych.
Przykłady obliczeniowe
Wirnik: 15 kW, 1 460 obr/min, 35 kg, międzyłożyskowy symetryczny.
Tolerancja: Uza = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 g·mm → 721 g·mm/płaszczyznę.
Przy R = 80 mm: 721 / 80 = 9,0 g/płaszczyznę. Wyważenie sklepowe: 180 g-mm resztkowego niewyważenia. ✅
Wirnik: Wał + wirnik 18 kg, 2 950 obr./min, 35 kg, międzyłożyskowy symetryczny.
Łącznie: Uza = 367 g·mm. Przydział momentu: przód ≈ 202, tył ≈ 165 g·mm.
Wyważone w terenie z Balanset-1A jednopłaszczyznowo: 8,5 g przy 230°. Końcowy: 95 g·mm. ✅
Wirnik: 3-stopniowa, 65 kg, 12 000 obr./min. Lekko asymetryczny.
Tolerancja: Uza = 129 g·mm → 65 g·mm/płaszczyznę → przy R = 95 mm: 0,68 g/płaszczyznę.
Precyzja poniżej grama → tylko szybkoobrotowa maszyna warsztatowa. Test indeksowania: błąd trzpienia < 5 g·mm. Końcowy: 28 g·mm/płaszczyznę. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- Wartości klasy G, wzory, tabele zastosowań - identyczne. Brak zmian technicznych.
- Seria ISO 21940: Część 11 (jakość), Część 12 (elastyczność), Część 14 (procedury), Część 21 (opisy), Część 31 (podatność), Część 32 (klucze).
- Oba oznaczenia są w praktyce stosowane zamiennie.
- Norma ISO 14694 Kategorie BV odnoszą się bezpośrednio do klas G.
Powiązane normy
- ISO 21940-11: Ten standard - system klasy G.
- ISO 21940-12: Elastyczne wyważanie wirnika.
- ISO 10816 / ISO 20816: Ocena wibracji - wynik operacyjny jakości wyważenia.
- Norma ISO 14694: Kategorie BV, klasy wyważenia i limity drgań specyficzne dla wentylatorów.
- ISO 8821: Wpływ klucza (konwencja półklucza).
- API 610 / API 617: Pompy/kompresory do ropy naftowej odwołujące się do ISO 1940.
Oficjalny standard: ISO 1940-1 na ISO Store →
Często zadawane pytania — ISO 1940-1
System jakości wyważenia klasy G dla sztywnych rotorów
Powiązane artykuły glosariusza
Wyważenie do ISO 1940-1 — w terenie
Przenośne wyważarki Vibromera posiadają wbudowane kalkulatory tolerancji ISO 1940, automatyczne przydzielanie płaszczyzn i formalne raporty wyważania dokumentujące osiągniętą klasę G.
Przeglądaj sprzęt do wyważania →
