ISO 1940-2 — Balance Errors (теперь ISO 21940-14)
Исторический стандарт для оценки ошибок балансировки жёстких роторов — систематических, случайно изменяющихся и скалярных источников ошибок в процессе балансировки. Отменён и заменён стандартом ISO 21940-14:2012. Сам словарь терминов балансировки определён в ISO 21940-2 (ранее ISO 1925) и кратко изложен ниже.
Инженеры Vibromera по-прежнему используют классификацию погрешностей по ISO 1940-2 при поиске причин остаточного дисбаланса, сохраняющегося после коррекции портативными приборами, такими как Balanset-1A.
Краткий обзор основных терминов в области балансировки
Наиболее важные определения из словаря терминов ISO по балансировке — ISO 21940-2 (ранее ISO 1925) — термины, которые должен знать каждый специалист по балансировке
Полный справочник терминов
Все основные термины из словаря балансировки ISO 21940-2 (ранее ISO 1925), организованные по категориям
| Термин | Определение | Значение |
|---|---|---|
| Ротор Ротор | Тело, способное вращаться вокруг заданной оси. В контексте балансировки под этим понимаются любые вращающиеся детали: валы, рабочие колеса, якоря, барабаны, шпиндели. | Основной объект балансировки. Все остальные термины описывают свойства ротора или действия, совершаемые над ним. |
| Ротор Жесткий ротор | Ротор, дисбаланс которого можно устранить в любых двух произвольных плоскостях, причем после устранения остаточный дисбаланс практически не изменяется при любой скорости вплоть до максимальной рабочей скорости. | Устанавливает, что ISO 1940-1 (применяется система классификации G). Допускается балансировка на низких оборотах на стационарном станке. Подавляющее большинство промышленных роторов являются жесткими. |
| Ротор Гибкий ротор | Ротор, который при рабочей скорости подвергается упругой деформации, в результате чего изменяется его состояние дисбаланса. Корректировка должна производиться на рабочей скорости или вблизи нее в более чем двух плоскостях. | Применяется ISO 21940-12. Высокооборотистые турбины, крупные генераторы, многоступенчатые компрессоры. Требуется специализированное оборудование для высокоскоростной балансировки. |
| Ротор Ось вала | Прямая линия, соединяющая центры подшипниковых шеек. Геометрическая ось вращения. | Базовая ось для всех измерений дисбаланса. Биение шеек влияет на точность измерений. |
| Ротор Главная ось инерции | Ось, вокруг которой ротор мог бы свободно вращаться без возникновения центробежной силы или момента. У идеально сбалансированного ротора она совпадает с осью вала. | Несовпадение между главной осью и осью вала является дисбаланс. Любая коррекция направлена на выравнивание этих двух осей. |
| Ротор Центр масс (центр тяжести) | Точка, в которой масса всего ротора может рассматриваться как сосредоточенная. У сбалансированного ротора она лежит точно на оси вала. | Статический дисбаланс = смещение центра масс относительно оси вала. Удельный дисбаланс (e) = величина смещения. |
| Ротор Эксплуатационная скорость | Максимальная скорость вращения, с которой ротор работает в условиях его предполагаемого применения. | Важно для расчета допусков: Uза = (9 549 × G × M) / n. Всегда используйте рабочую скорость, а не скорость балансировки. |
| Ротор Критическая частота вращения | Скорость вращения, при которой в системе «ротор-подшипник» возникает резонанс, приводящий к значительному усилению вибрации. | Определяет классификацию по типу ротора (жесткий/гибкий). Жесткий ротор работает значительно ниже первой критической скорости изгиба. |
| Термин | Определение | Формула / Единицы измерения |
|---|---|---|
| Несбалансированность Несбалансированность | Состояние, при котором главная ось инерции не совпадает с осью вращения. Это приводит к возникновению центробежной силы, пропорциональной массе, эксцентриситету и квадрату скорости. | U = m × r (г·мм или кг·м) |
| Несбалансированность Статический дисбаланс | Главная ось параллельна оси вращения, но смещена. Эквивалентно единичной массе на одном радиусе. Обнаруживается без вращения (ножевые кромки). Синхронная вибрация подшипника. | Исправлено: 1 плоскость коррекции |
| Несбалансированность Моментный дисбаланс | Главная ось пересекает ось вращения в центре масс, но при этом наклонена. Две равные и противоположно направленные тяжёлые точки в разных плоскостях создают момент качания. Это явление можно обнаружить только во время вращения. | Исправлено: 2 плоскости коррекции |
| Несбалансированность Динамический дисбаланс | Общий случай: главная ось не параллельна оси вращения и не пересекает её. Сочетание статического и моментного дисбаланса. Наиболее распространённая ситуация в реальных условиях. | Исправлено: 2 плоскости коррекции |
| Несбалансированность Удельный дисбаланс | Отношение дисбаланса к массе ротора. Отражает эксцентриситет — смещение центра масс относительно оси вала. Позволяет сравнивать качество роторов разных размеров. | e = U / M (мкм или г·мм/кг) |
| Несбалансированность Остаточный дисбаланс | Остаточный дисбаланс ротора после балансировки. Не должен превышать допустимое значение (Uза) для указанного G-класс. | Ures ≤ Uза |
| Несбалансированность Исходный дисбаланс | Дисбаланс ротора в исходном состоянии, до выполнения какой-либо коррекции балансировки. Измеряется при первом запуске. | Исходные данные для процедуры балансировки |
| Несбалансированность Вектор дисбаланса | Величина и угловое положение дисбаланса в заданной плоскости. Обозначается в виде полярного вектора с амплитудой (г·мм) и фазовым углом (°). | U∠θ (г·мм при ° от базовой метки) |
| Термин | Определение | Практические рекомендации |
|---|---|---|
| Процесс Балансировка | Процесс проверки и корректировки распределения массы ротора с целью обеспечения соответствия остаточного дисбаланса заданным допускам. | Итеративный подход: измерение → расчет → корректировка → проверка. |
| Процесс Плоскость коррекции | Плоскость, перпендикулярная оси ротора, в которой добавляется или удаляется масса. Физически доступное место для размещения грузов. | Может отличаться от плоскостей допусков (подшипниковых) — требуется геометрическое преобразование. |
| Процесс плоскость допусков | Плоскость, в которой определяется допустимый дисбаланс — как правило, плоскость подшипника. Дисбаланс в данном случае напрямую влияет на нагрузки на подшипник. | Uза указано для плоскостей допусков; необходимо преобразовать в плоскости коррекции. |
| Процесс Корректирующая масса | Масса (вес), добавляемая к ротору или удаляемая из него на определенном радиусе и под определенным углом в пределах плоскости коррекции. | Добавлено: защелкивающиеся крепления, болтовые крепления, сварка, эпоксидная смола. Удалено: сверление, фрезерование, шлифование. |
| Процесс Пробный груз | Известная масса, временно закрепленная на роторе на заданном радиусе и под заданным углом во время процедуры балансировки. Используется для определения реакции ротора (коэффициента влияния). | Метод пробного груза Balanset-1A: запуск → установка пробного груза → запуск → программа рассчитывает коррекцию. |
| Процесс Коэффициент влияния | Изменение вибрационного отклика (амплитуды и фазы) в точке измерения, вызванное единичным дисбалансом в определенном месте. Характеризует чувствительность системы «ротор-подшипник». | Рассчитано на основе пробных запусков. Для двухплоскостной балансировки требуется матрица влияния размером 2×2. |
| Процесс Одноплоскостная балансировка | Метод устранения статического дисбаланса в одной плоскости коррекции. Подходит для коротких (дискообразных) роторов с отношением L/D < 0,5. | Balanset-1A Режим F2. Один датчик, одна плоскость. |
| Процесс Двухплоскостная балансировка | Метод, позволяющий устранять как статический, так и моментный дисбаланс в двух плоскостях коррекции. Необходим для удлинённых роторов или в случаях, когда моментный дисбаланс значителен. | Balanset-1A Режим F3. Два датчика, две плоскости. |
| Процесс Доводочная балансировка | Заключительная точная регулировка балансировки, выполняемая на собранном роторе с целью компенсации дисбаланса, возникшего в процессе сборки (биение муфты, допуски на посадку). | Часто выполняется на месте, на установленном оборудовании. |
| Процесс Распределение веса | Распределение рассчитанной корректирующей массы между двумя соседними доступными точками (например, двумя отверстиями для болтов или положениями лопастей), когда точное угловое положение недоступно. | Balanset-1A обеспечивает автоматический расчет распределения веса. |
| Термин | Определение | Сравнение |
|---|---|---|
| Машина Балансировочный станок | Устройство, измеряющее дисбаланс ротора (величину и угловое положение), что позволяет скорректировать распределение массы. | В цехе (стационарные) или в полевых условиях (переносные, например Balanset-1A). |
| Машина Машина с мягкими подшипниками | Подвеска обладает высокой гибкостью. Ротор работает на частоте выше собственной частоты подвески. Измеряет физическое смещение. Требуется калибровка с учетом геометрии каждого ротора. | В настоящее время используется реже. Более низкая стоимость, но оператору необходимо проводить повторную калибровку для каждого ротора. Измерение смещения. |
| Машина Машина с твёрдым подшипником | Подвеска имеет очень жесткую конструкцию. Ротор вращается с частотой ниже собственной частоты подвески. Датчики непосредственно измеряют центробежную силу. Система имеет постоянную калибровку — поддерживает широкий диапазон роторов без необходимости отдельной настройки для каждого конкретного ротора. | Преобладающий тип в современной промышленности. Более универсальные, более быстрая настройка. Измерение силы. |
| Машина Полевой балансировщик | Портативный прибор, предназначенный для балансировки роторов на месте (в установленном в машине состоянии) без демонтажа. Работает с использованием датчиков вибрации и тахометра. Метод пробных грузов. | Balanset-1A (2-канальный) и Балансет-4 (4-канальный). Встроенный калькулятор допусков по стандарту ISO 1940. |
| Машина Оправка | Вал или переходник, на который устанавливается ротор для балансировки на станке. Должен быть точно соосен и иметь пренебрежимо малое биение. | Эксцентриситет оправки является основной причиной систематической погрешности балансировки. Проверяется с помощью индексного теста. |
| Термин | Определение | Формула / Стандарт |
|---|---|---|
| Качество Класс качества балансировки (G) | Классификация, определяющая максимально допустимую скорость центра масс ротора. G = eза × ω. Классы точности образуют логарифмическую шкалу с коэффициентом 2.5. | G 0.4 … G 4000 Определено в ISO 1940-1 |
| Качество Допустимый остаточный дисбаланс (Uза) | Максимально допустимый остаточный дисбаланс для указанного класса G, массы ротора и рабочей скорости. Критерий приемки. | Uза = (9549 × G × M) / n |
| Качество Допуск балансировки | Диапазон, в пределах которого должен находиться остаточный дисбаланс для соответствия заданному требованию к качеству. Равен Uза. | Указывается для каждой плоскости коррекции после распределения |
| Качество Коэффициент снижения дисбаланса (URR) | Отношение начального дисбаланса к остаточному дисбалансу после одного цикла балансировки. Показывает эффективность балансировочной машины/процедуры. | URR = Uисходный / Uостаточный Обычно: 5–50× |
| Измерение Фазовый угол | Угловое положение вектора дисбаланса относительно контрольной метки на роторе (измеряемое тахометром). В сочетании с амплитудой определяет полный вектор дисбаланса. | ° (градусы, 0–360) |
| Измерение Виброскорость (СКЗ) | Среднеквадратичное значение виброскорости на корпусе подшипника. Стандартный измерительный параметр для оценки состояния машины в соответствии с ISO 10816. | мм/с RMS (10–1000 Гц) |
| Измерение Индексный тест | Процедура проверки: ротор поворачивают на заданный угол (например, на 180°) относительно опор машины и повторно измеряют. Позволяет выявить погрешности оправки и приспособления. | Требуется для формальной верификации в соответствии с ISO 1940-1, гл. 10 |
| Измерение Минимальный достижимый остаточный дисбаланс (Umar) | Наименьший остаточный дисбаланс, достижимый на данной балансировочной машине для конкретного ротора. Определяется чувствительностью машины, уровнем шума и состоянием подшипников. | Umar должно быть ≤ Uза чтобы станок соответствовал требуемому классу точности G. |
Что такое ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 2: Balance errors) был международным стандартом для выявления, оценки и учёта ошибок, возникающих при балансировке жёстких роторов — от дисбаланса оправки и приводного вала до биения компонентов и разброса показаний приборов. Он был отменён и заменён ISO 21940-14:2012 (Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 14: Procedures for assessing balance errors), который распространяет те же процедуры на роторы с гибким поведением. Примечание: его часто путают со словарём терминов балансировки vocabulary — это другой стандарт, ISO 21940-2 (ранее ISO 1925), терминологию которого эта страница кратко излагает ниже.
Когда инженер в Германии указывает «динамическая коррекция дисбаланса до G 6.3 в двух плоскостях», техник в Японии должен точно понимать, что требуется — то же состояние ротора, та же процедура балансировки и тот же критерий приемки. Словарь терминов ISO по балансировке — ISO 21940-2 (ранее ISO 1925) — делает это возможным, предоставляя единый международно согласованный словарь для всей области.
Сам ISO 1940-2, напротив, не был ни словарём, ни спецификацией допусков — он рассматривал ошибки балансировки. Он классифицировал источники ошибок процесса балансировки как систематические (можно оценить величину и угол — например, дисбаланс оправки или приводного вала, радиальное и осевое биение, шпонки и шпоночные пазы, остаточный магнетизм, ошибки повторной сборки и приборные ошибки), случайно изменяющиеся (незакреплённые детали, захваченные жидкости, тепловая деформация, аэродинамическое сопротивление) и скалярные (можно оценить только максимальную величину, угол неопределим — например, монтажные зазоры и производственные допуски), а также давал процедуры их оценки и учёта, чтобы остаточный дисбаланс действительно оставался в пределах допустимого значения Uза из ISO 1940-1 (теперь ISO 21940-11). Его преемник, ISO 21940-14, сохраняет ровно эту роль в серии ISO 21940.
Подробный анализ терминов
Различие между жесткими и гибкими роторами
Это самая важная классификация в области балансировки. От этого зависит всё: какой стандарт применяется, какое оборудование необходимо, сколько плоскостей требуется и с какой скоростью должна выполняться балансировка.
Ротор, дисбаланс которого можно устранить в любых двух произвольных плоскостях, причем после устранения остаточный дисбаланс практически не изменяется при любой скорости вплоть до максимальной рабочей скорости. Практический тест: если первая изгибная критическая скорость значительно превышает максимальную рабочую скорость (как правило, > 1.5× или более), ротор является жестким.
Ротор, который при рабочей скорости подвергается упругой деформации, в результате чего изменяется его состояние дисбаланса. Такой ротор необходимо балансировать на рабочей скорости или вблизи нее в более чем двух плоскостях. Применимо к: крупные турбогенераторы, многоступенчатые высокооборотистые компрессоры, длинные валы бумагоделательных машин, работающие на высоких оборотах. Требования стандарта ISO 21940-12.
Подавляющее большинство промышленных роторов — электродвигатели, вентиляторы, насосы, маховики, валы — представляют собой жесткие роторы. ISO 1940-1 Система классификации G применяется непосредственно к жестким роторам.
Три типа дисбаланса
Словарь терминов (ISO 21940-2) определяет три фундаментальных типа на основе геометрического соотношения между главной осью инерции и осью вращения. Понимание этого необходимо для выбора правильной процедуры балансировки:
- Статический дисбаланс создает сила — оба подшипника вибрируют синхронно с частотой, равной 1× частоте вращения. Дисбаланс ротора можно обнаружить без его вращения (это видно по гравитационному эффекту на лезвиях). Достаточно одной плоскости корректировки. Типично для узких дискообразных роторов (L/D < 0,5): узкие шкивы, рабочие колеса вентиляторов, тонкие маховики.
- Моментный дисбаланс создает момент — Подшипники вибрируют с разницей фаз 180° при частоте вращения 1×. Суммарная сила равна нулю (центр масс находится на оси), но два одинаковых и противоположных по направлению очага тяжести, расположенных в разных точках оси, создают качающий момент. Это можно обнаружить только во время вращения. Требуется использование двух плоскостей коррекции.
- Динамический дисбаланс = статический + моментный дисбаланс. Общий случай для всех реальных роторов, которые не являются идеально симметричными. Присутствуют как сила, так и момент. Подшипники вибрируют с частотой 1×, при этом между ними отсутствует как синфазность, так и точное противофазное соотношение 180°. Требуется двухплоскостная балансировка.
Удельный дисбаланс и связь с классом G
Удельный дисбаланс (e = U/M) — это ключевой показатель, позволяющий проводить универсальное сравнение качества балансировки. Ротор массой 5 кг с дисбалансом 50 г·мм имеет e = 10 мкм. Ротор массой 500 кг с дисбалансом 5 000 г·мм также имеет e = 10 мкм — качество балансировки одинаковое, несмотря на 100-кратную разницу в массе.
G-класс расширяет эту формулу, включая в неё скорость: G = e × ω, что позволяет получить единую величину (мм/с), характеризующую качество баланса независимо как от массы, так и от скорости. Это лежит в основе ISO 1940-1 системы допусков.
Плоскости коррекции и плоскости допусков
Словарь проводит критически важное различие, которое на практике часто упускают:
- Плоскости допусков = плоскости подшипников, в которых вибрация и динамические нагрузки являются наиболее значимыми. Допустимый дисбаланс Uза задается здесь.
- Плоскости коррекции = физически доступные места, где можно разместить утяжелители (втулка вентилятора, торцевые кольца двигателя, буртики вала). Часто они находятся в иных осевых положениях, чем подшипники.
Преобразование Uза для пересчета из плоскостей допусков в плоскости коррекции необходимо знать геометрию ротора. Для асимметричных или консольных роторов такое преобразование может существенно изменить допуски для каждой плоскости. Balanset-1A осуществляет это преобразование автоматически при вводе размеров ротора.
Типы балансировочных станков
Эти два основных типа станков основаны на разных физических принципах измерения:
- С мягкими опорами: Собственная частота подвески значительно ниже рабочей скорости → станок измеряет перемещение. Требует калибровки для каждого нового ротора. Имеет историческое значение; все реже используется.
- С жесткими опорами: Собственная частота подвески значительно выше рабочей скорости → станок измеряет сила. Имеет постоянную калибровку — позволяет использовать различные роторы без необходимости их отдельной калибровки. Доминирующий современный тип.
Полевые балансировочные приборы, такие как Balanset-1A используют иной принцип: они не являются «машиной» в понимании ISO, а используют собственные подшипники и опору ротора в качестве измерительной системы, применяя метод пробных грузов (коэффициента влияния) для определения поправки, что позволяет обойтись без специальной балансировочной машины.
Ссылки: где используется каждый термин
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Использует все термины, относящиеся к допускам и качеству — класс G, Uза, допуск на балансировку, остаточный дисбаланс. Основной потребитель этой терминологии.
ISO 14694: Использует термины ротора (жёсткий), термины дисбаланса и дополняет их специальными для вентиляторов прикладными категориями BV, классами балансировки и таблицами пределов вибрации.
ISO 10816 / ISO 20816: Используются термины, относящиеся к измерениям: скорость колебаний, среднеквадратичное значение, точки измерения на корпусе подшипника.
ISO 21940-12: Расширяет возможности гибкого определения ротора за счет многоскоростных и многоплоскостных процедур.
API 610 / API 617: В стандартах по нефти используются обозначения классов G по ISO 1940 и терминология, связанная с дисбалансом, при определении технических характеристик насосов и компрессоров.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: переход
ISO 21940-14:2012 официально отменил и заменил ISO 1940-2:1997, являясь его техническим пересмотром — основное изменение состоит в расширении области применения на роторы с гибким поведением. Словарь терминов балансировки развивался отдельно: ISO 1925 был пересмотрен как ISO 21940-2. Нумерация ISO 21940 отражает интеграцию в комплексную серию ISO 21940, охватывающую все аспекты балансировки роторов. Старые обозначения по-прежнему широко встречаются в отраслевой литературе.
Официальный стандарт: ISO 21940-14:2012 (заменяет ISO 1940-2) в ISO Store →
Часто задаваемые вопросы — ISO 1940-2
Ошибки балансировки, переход на ISO 21940 и терминология балансировки
▸ Что такое ISO 1940-2?
▸ В чём заключается разница между статическим и динамическим дисбалансом?
▸ В чём заключается разница между жёстким и гибким ротором?
▸ Что такое остаточный дисбаланс?
▸ В чём заключается разница между плоскостью коррекции и плоскостью допуска?
▸ Мягкоопорная или жесткоопорная балансировочная машина?
▸ Что такое удельный дисбаланс (эксцентриситет)?
Похожие статьи глоссария
Говорите на языке — с помощью подходящих инструментов
Балансировочные приборы Vibromera напрямую реализуют терминологию ISO: выбор класса G, векторы дисбаланса, плоскости коррекции, сравнение остаточного и допустимого дисбаланса — все в одном портативном приборе.
Просмотреть балансировочное оборудование →
