ISO 1940-1 — Требования к качеству балансировки для жестких роторов
Основной международный стандарт, определяющий систему классификации качества балансировки по классам G — от G 0,4 (гироскопы) до G 4000 (судовые дизельные двигатели). В настоящее время он включен в стандарт ISO 21940-11 с сохранением прежних значений классов G и методологии.
Vibromera встроила в Balanset-1A полную таблицу классов точности от G 0.4 до G 4000, поэтому прибор сразу после пробного пуска с грузом показывает достигнутое качество балансировки по ISO 1940-1.
Допустимый остаточный дисбаланс
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 — введите данные о роторе, получите Uза
Результаты — ISO 1940-1
Допустимый остаточный дисбаланс
для расчета допуска
Классы качества балансировки G
Логарифмическая шкала с коэффициентом 2,5 между соседними классами — от сверхточной G 0,4 до морской G 4000
📋 Полная таблица классов G — ISO 1940-1 / ISO 21940-11
| Класс G | е·ω (мм/с) | Типичные типы роторов | Примечания |
|---|---|---|---|
| G 0.4 | 0.4 | Гироскопы, прецизионные шпиндели, приводы оптических дисков | Предельное значение традиционной балансировки |
| G 1.0 | 1.0 | Приводы шлифовальных шпинделей, магнитофоны, мелкие прецизионные якоря | Требуются условия с высоким уровнем чистоты |
| G 2.5 | 2.5 | Газовые и паровые турбины, турбогенераторы, турбокомпрессоры, высокооборотистые двигатели | Предотвращает преждевременный износ подшипников |
| G 6.3 | 6.3 | Вентиляторы, насосы, маховики, электродвигатели, станки, рулоны бумаги | Наиболее распространённый — стандартный класс |
| G 16 | 16 | Карданные валы (специальные), сельскохозяйственная техника, дробилки, шахтные вентиляторы | Тяжёлые условия эксплуатации |
| G 40 | 40 | Автомобильные колеса и диски, карданные валы (стандартные), вентиляторы с низкой скоростью вращения | Преобладают различные типы шин |
| G 100 | 100 | Комплектные двигатели легковых автомобилей, грузовиков и локомотивов | Двигатели внутреннего сгорания в сборе |
| G 250 | 250 | Коленчатые валы высокооборотистых дизельных двигателей | На уровне компонентов |
| G 630 | 630 | Коленчатые валы крупных 4-тактных двигателей, судовые дизельные двигатели на эластичных опорах | Большой низкоскоростной поршневой |
| G 1600 | 1600 | Коленчатые валы крупных двухтактных двигателей | Очень низкая скорость, массивные фундаменты |
| G 4000 | 4000 | Коленчатые валы низкооборотистых судовых дизельных двигателей на жестких опорах | Наименее строгие требования |
? Заранее рассчитанные допуски для типовых промышленных роторов
| Тип ротора | Масса (кг) | об/мин | G | Uза (г·мм) | На плоскость | eза (мкм) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Малый двигатель | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| Вентилятор системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Рабочее колесо насоса | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Турбокомпрессор | 120 | 8 000 | G 2.5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Рулон бумаги | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Вентилятор электростанции | 350 | 990 | G 2.5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Шлифовальный шпиндель | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Автомобильное колесо | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
? Методы распределения допусков — ISO 1940-1, глава 7
| Тип ротора | Распределение | Формула | Примечания |
|---|---|---|---|
| Симметричный | Равное разделение | UL=UR=Uза/2 | Самый простой случай. Двигатели, несколько вентиляторов. |
| Асимметричное расположение подшипников | Пропорциональный | UL=Uза·(b/L) | Наиболее распространенный метод. |
| Консольный | На основе моментов | Уравнения статики | Более жесткие допуски на консольную плоскость. |
| Узкий (плоскости коррекции близко расположены) | Отделить статическую нагрузку и момент | В соответствии с ISO 21940-12 | Различные вибрационные эффекты. |
Что такое ISO 1940-1?
Быстрый ответ
ISO 1940-1 (Механические колебания — Требования к качеству балансировки роторов в постоянном (жестком) состоянии) определяет систему обеспечения качества класса G для жестких роторов. Формула Uза = (9 549 × G × M) / n вычисляет допустимый остаточный дисбаланс. Заменено ISO 21940-11:2016 с одинаковыми значениями. Стандартный класс для промышленного оборудования: G 6.3.
Стандарт ISO 1940-1 является основополагающим документом в области балансировки роторов во всем мире. Используемая в нем система классов G является де-факто универсальным языком в области балансировки: формулировка «балансировка до класса G 6.3» понятна любому специалисту в любой точке мира. Стандарт охватывает жесткие роторы — от крошечных прецизионных шпинделей до массивных коленчатых валов — и обеспечивает универсальную основу для определения требований, расчета и проверки качества балансировки.
Данный стандарт применяется только к жесткий роторы — те, у которых упругие деформации под действием центробежных сил в диапазоне рабочих скоростей являются незначительными. Гибкие роторы (работающие на скоростях выше первой критической скорости изгиба) подпадают под действие стандарта ISO 21940-12.
Концепция жесткого ротора
Ротор считается жестким, если распределение его массы не изменяется существенно при изменении скорости от нуля до максимальной рабочей скорости. Основное следствие: Ротор, отбалансированный на низких оборотах на балансировочной машине, сохраняет баланс и на рабочих оборотах. Это позволяет выполнять балансировку на мастерской на скорости 300–600 об/мин, обеспечивая при этом соблюдение допусков при эксплуатации на скорости более 3 000 об/мин.
Если ротор работает в сверхкритической области (когда уже пройдена первая изгибная критическая скорость) или наступает резонанс, отклонения изменяют распределение эффективной массы, а балансировка, выполненная на низких оборотах, может оказаться неэффективной на высоких оборотах. Такие роторы относятся к категории гибких.
Что НЕ охватывает стандарт ISO 1940-1
Роторы с изменяемой геометрией (шарнирные валы, лопасти вертолетов). Резонанс в системах «ротор–опора–фундамент». Аэродинамические и гидродинамические силы, не связанные с распределением массы. Что касается конкретно вентиляторов, см. ISO 14694 (специальные для вентиляторов категории BV и пределы вибрации).
Типы дисбаланса
Несбалансированность = ось инерции ротора ≠ ось вращения. В векторном виде: U = m × r (г·мм). Стандарт ISO 1940-1 выделяет три типа:
- Статический дисбаланс: Ось инерции параллельна оси вращения, но смещена. Эквивалент одной небалансированной массы. Корректируется в одной плоскости. Типичные примеры: шкивы, узкие зубчатые колеса, рабочие колеса вентиляторов (L/D < 0,5).
- Дисбаланс в паре: Ось инерции проходит через центр масс, но наклонена. Результирующая сила равна нулю, но момент силы (пара сил) приводит к колебаниям ротора. Требуется две плоскости.
- Динамический дисбаланс: Общий случай — сочетание статической нагрузки и момента силы. Ось инерции не параллельна оси вращения и не пересекает её. Требуется две плоскости. У большинства реальных роторов наблюдается динамический дисбаланс.
Специфический дисбаланс (эксцентриситет)
Класс G определяется как продукт e × ω (мм/с) — линейная скорость центра масс ротора, вращающегося вокруг оси вращения. Это единственное число характеризует качество балансировки независимо от размера и скорости ротора.
Система классификации G — физические основы
Массовое сходство
Для геометрически подобных роторов: Uза ∝ M → удельный дисбаланс eза должна быть постоянной. Для всех размеров применяется один стандарт.
Схожесть скоростей
Центробежная сила F = M·e·ω². Чтобы обеспечить допустимую нагрузку на подшипники при различных скоростях, eза должно уменьшаться с увеличением ω:
Расчет допустимого остаточного дисбаланса
Пример расчёта: ротор вентилятора, G 6.3
Дано: Рабочее колесо центробежного вентилятора, M = 200 кг, n = 1 500 об/мин, G 6,3.
Итого: Uза = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 г·мм
Эксцентриситет: eза = 8 021 / 200 = 40,1 мкм
На плоскость (симметричная, 2): 8 021 / 2 = 4 011 г·мм
При R = 400 мм: 4 011 / 400 = 10,0 г на плоскость
Всегда используйте максимальную скорость обслуживания
Скорость в формуле должна соответствовать максимальной рабочей частоте вращения, а не скорости балансировочной машины. Многие роторы балансируются при скорости 300–600 об/мин, однако при расчете допусков необходимо использовать фактическую рабочую скорость (например, 1 480 об/мин). Использование скорости балансировочной машины приводит к установлению опасно широких допусков.
Распределение по плоскостям коррекции
Uза применяется к центру масс ротора. На практике — балансировка в двух плоскостях (вблизи подшипников). Правила главы 7:
Симметричные роторы
CoM в середине → равенство: UL = UR = Uза / 2.
Асимметричное расположение подшипников
Роторы с выступом
Вылет ротора создает изгибающий момент, действующий на оба подшипника. Требуется перерасчет с учетом изгибающего момента → как правило, допуска на плоскости вылета значительно уже. Часто встречается в насосах, одноступенчатых компрессорах и консольных рабочих колесах вентиляторов.
Ошибки и проверка
Источники ошибок
- Систематический: Дрейф при калибровке станка, эксцентричность оправок, влияние шпоночного паза (ISO 8821), тепловые деформации.
- Случайный: Шум датчика, зазор в опоре, отклонения в посадке ротора.
Общая погрешность не должна превышать 10–15 % от допуска. Если она превышает это значение, необходимо соответствующим образом уменьшить рабочий допуск.
Эффекты сборки
Балансировка отдельных деталей ≠ балансировка в сборе. Эксцентриситет муфты, радиальное биение и свободные посадки могут свести на нет результаты балансировки отдельных деталей. Необходимо выполнить точную балансировку собранного ротора.
Методы проверки
- Тест на индекс: Поверните ротор на 180° на оправке и повторите измерение. Отклонение = погрешность приспособления.
- Испытание на удельный вес: Добавьте известную массу и проверьте, соответствует ли измеренное изменение вектора ожидаемому.
- Проверка на месте: Измерять вибрацию подшипников в соответствии с ISO 10816.
«Балансет-1А»: встроенная поддержка стандарта ISO 1940-1
Balanset-1A автоматически рассчитывает значение по стандарту ISO 1940-1: введите массу, скорость, коэффициент G → мгновенное значение Uза с автоматическим распределением плоскостей. После балансировки производится сравнение остаточных значений с предельными. Функция «Отчеты» (F6) формирует официальный протокол, фиксирующий достигнутый класс G. Точность: ±5 % по скорости, ±1° по фазе — достаточно для классов от G 16 до G 2,5. Балансет-4 расширяется до четырёх каналов для сложных роторов с несколькими опорами.
Примеры решения задач
Пример 1: Электродвигатель — G 6.3
Ротор: 15 кВт, 1 460 об/мин, 35 кг, симметричная конструкция с промежуточными подшипниками.
Допуск: Uза = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 г·мм → 721/плоскость.
При R = 80 мм: 721 / 80 = 9,0 г/плоскость. Результаты проверки: остаточный зазор 180 г·мм. ✅
Пример 2: Насос — рабочее колесо с выступом, G 6.3
Ротор: Вал + рабочее колесо — 18 кг, 2 950 об/мин. Рабочее колесо — 6 кг, вылет — 120 мм. Размах подшипников — 250 мм.
Итого: Uза = 367 г·мм. Распределение момента: передняя ось ≈ 202, задняя ось ≈ 165 г·мм.
Сбалансированный по полю с Balanset-1A одноплоскостная: 8,5 г при 230°. Итого: 95 г·мм. ✅
Пример 3: Турбокомпрессор — G 2.5
Ротор: 3-ступенчатый, 65 кг, 12 000 об/мин. Слегка асимметричный.
Допуск: Uза = 129 г·мм → 65/плоскость → при R = 95 мм: 0,68 г/плоскость.
Точность в пределах доли грамма → только на высокоскоростных станках. Проверка на шпинделе: погрешность < 5 г·мм. Итого: 28 г·мм/плоскость. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- Значения класса G, формулы, таблицы применения — идентичный. Технических изменений нет.
- Серия стандартов ISO 21940: Часть 11 (качество), Часть 12 (гибкость), Часть 14 (процедуры), Часть 21 (описания), Часть 31 (восприимчивость), Часть 32 (ключи).
- На практике оба этих термина используются как синонимы.
- ISO 14694 Категории BV напрямую соотносятся с классами G.
Соответствующие стандарты
- ISO 21940-11: Данный стандарт — система классификации G.
- ISO 21940-12: Балансировка гибких роторов.
- ISO 10816 / ISO 20816: Оценка вибрации — показатель качества балансировки в эксплуатационных условиях.
- ISO 14694: Специальные для вентиляторов категории BV, классы балансировки и пределы вибрации.
- ISO 8821: Влияние шпоночного паза (правило «половины шпонки»).
- API 610 / API 617: Нефтяные насосы/компрессоры в соответствии с ISO 1940.
Официальный стандарт: ISO 1940-1 в магазине ISO Store →
На этой странице
Калькулятор допусков Таблица классов G Что такое ISO 1940-1? Концепция жесткого ротора Типы дисбаланса Статические / Момент силы / Динамические Удельный дисбаланс Система оценок G Законы сходства Формула толерантности Распределение плоскостей коррекции Симметричный / Асимметричный Роторы с выступом Ошибки и проверка Примеры из практики (3) Переход на стандарт ISO 21940-11 Часто задаваемые вопросы (8 вопросов)Балансировочное оборудование
Портативная система балансировки в полевых условиях со встроенным калькулятором допусков по стандарту ISO 1940 и проверкой класса G.
Balanset-1A → Balanset-4 →Часто задаваемые вопросы — ISO 1940-1
Система контроля качества балансировки класса G для жестких роторов
▸ В чём разница между ISO 1940-1 и ISO 21940-11?
▸ Как рассчитать допустимый остаточный дисбаланс?
▸ Что такое жесткий ротор?
▸ Какой класс G подходит для насосов, вентиляторов или двигателей?
▸ Как распределить допуски между плоскостями?
▸ Какие существуют три типа дисбаланса?
▸ Почему оценки по шкале G выражены в логарифмической шкале?
▸ Можно ли проверить соответствие с помощью портативного балансировочного прибора?
Балансировка по ISO 1940-1 — в полевых условиях
Портативные балансировочные станки Vibromera оснащены встроенными калькуляторами допусков по стандарту ISO 1940, функцией автоматического распределения плоскостей и возможностью формирования официальных отчетов о балансировке с указанием достигнутого класса G.
Просмотреть балансировочное оборудование →
