ISO 1940-1 Krav på balanseringskvalitet för styva rotorer
Den grundläggande internationella standarden som definierar G-klasssystemet för balanskvalitet — från G 0,4 (gyroskop) till G 4000 (marindieslar). Nu införlivad i ISO 21940-11, med identiska G-klassvärden och metodik.
Tillåten kvarvarande obalans
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 — ange rotordata, få Uper
Resultat — ISO 1940-1
Tillåten kvarvarande obalans
att beräkna tolerans
G-gradens balanseringskvalitetsgrader
Logaritmisk skala med faktor 2,5 mellan angränsande grader — från ultraprecision G 0,4 till marin G 4000
| G-klass | e·ω (mm/s) | Typiska rotortyper | Anteckningar |
|---|---|---|---|
| G 0,4 | 0.4 | Gyroskop, precisionsspindlar, optiska skivenheter | Nära gränsen för konventionell balansering |
| G 1.0 | 1.0 | Slipspindeldrivningar, bandspelare, små precisionsarmaturer | Kräver ultrarena förhållanden |
| G 2,5 | 2.5 | Gas- och ångturbiner, turbogeneratorer, turbokompressorer, högvarvsmotorer | Förhindrar förtida lagerskador |
| G 6.3 | 6.3 | Fläktar, pumpar, svänghjul, elmotorer, verktygsmaskiner, pappersrullar | Vanligast — standardgrad |
| G 16 | 16 | Kardanaxlar (special), jordbruksmaskiner, krossar, gruvfläktar | Tunga, svåra förhållanden |
| G 40 | 40 | Bilhjul och fälgar, kardanaxlar (standard), långsamma fläktar | Däckvariationen dominerar |
| G 100 | 100 | Kompletta motorer för bilar, lastbilar, lok | Förbränningsmotorer som enheter |
| G 250 | 250 | Vevaxlar i högvarviga dieselmotorer | Komponentnivå |
| G 630 | 630 | Vevaxlar för stora fyrtaktsmotorer, marindieslar på elastiska fästen | Stor låghastighets fram- och återgående |
| G 1600 | 1600 | Vevaxlar i stora tvåtaktsmotorer | Mycket långsamma, massiva fundament |
| G 4000 | 4000 | Vevaxlar för lågvarviga marindieslar på styva fundament | Minst stränga krav |
| Rotortyp | Massa (kg) | varvtal | G | Uper (g·mm) | Per plan | eper (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Liten motor | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| HVAC-fläkt | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Pumphjul | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Turbokompressor | 120 | 8 000 | G 2,5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Pappersrulle | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Kraftverksfläkt | 350 | 990 | G 2,5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Slipspindel | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Bilhjul | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
| Rotortyp | Fördelning | Formel | Anteckningar |
|---|---|---|---|
| Symmetrisk | Jämn fördelning | UL=UR=Uper/2 | Enklaste fallet. Motorer, vissa fläktar. |
| Asymmetrisk mellan lagren | Proportionell | UL=Uper-(b/L) | Vanligaste metoden. |
| Överhäng (utkragande) | Momentbaserad | Statiska ekvationer | Snävare toleranser på överhängande plan. |
| Smal (planen nära varandra) | Separera statisk obalans + parobalans | Enligt ISO 21940-12 | Olika vibrationseffekter. |
Vad är ISO 1940-1?
ISO 1940-1 (Mekanisk vibration — krav på balanseringskvalitet för rotorer i konstant (styvt) tillstånd) definierar G-gradens system för balanseringskvalitet för styva rotorer. Formeln Uper = (9549 × G × M) / n beräknar tillåten kvarvarande obalans obalans. Ersatt av ISO 21940-11:2016 med identiska värden. Standardklass för industrimaskiner: G 6.3.
ISO 1940-1 är det grundläggande dokumentet för rotorbalansering världen över. Dess G-gradssystem är de facto-språket för balansering: "balansera till G 6.3" förstås av alla specialister världen över. Standarden täcker styva rotorer från små precisionsspindlar till massiva vevaxlar och ger ett universellt ramverk för att specificera, beräkna och verifiera balanseringskvalitet.
Standarden gäller endast för stel rotorer — de vars elastiska deformationer under centrifugalkrafter är försumbara över hela driftshastighetsområdet. Flexibla rotorer (som arbetar över den första kritiska böjningshastigheten) omfattas av ISO 21940-12.
Konceptet styv rotor
En rotor klassificeras som styv om dess massfördelning inte förändras signifikant när hastigheten varierar från noll till maximal driftshastighet. Den viktigaste konsekvensen: En rotor som balanseras vid låg hastighet på en balanseringsmaskin förblir balanserad vid sin driftshastighet. Detta möjliggör balansering vid 300–600 varv/min på en verkstadsmaskin samtidigt som toleranser uppfylls vid 3 000+ varv/min i drift.
Om en rotor arbetar i det superkritiska området (ovanför den första böjningen kritisk hastighet) eller nära resonans, avböjningar förändrar den effektiva massfördelningen, och balansering vid låg hastighet kan vara ineffektiv vid hög hastighet. Sådana rotorer klassificeras som flexibla.
Rotorer med föränderlig geometri (ledade axlar, helikopterblad). Resonans i rotor-stöd-fundamentsystem. Aerodynamiska och hydrodynamiska krafter som inte är relaterade till massfördelning. För fläktar specifikt, se ISO 14694 (fläktspecifika BV-kategorier och vibrationsgränser).
Typer av obalans
Obalans = rotorns tröghetsaxel ≠ rotationsaxel. I vektorform: U = m × r (g·mm). ISO 1940-1 klassificerar tre typer:
- Statisk obalans: Tröghetsaxel parallell med rotationsaxeln men förskjuten. En enda obalanserad massaekvivalent. Korrigerbar i ett plan. Typiskt: remskivor, smala kugghjul, fläkthjul (L/D < 0,5).
- Parets obalans: Tröghetsaxeln genom masscentrum men lutad. Nettokraften är noll, men ett kraftpar får rotorn att gunga. Kräver två plan.
- Dynamisk obalans: Generellt fall — statisk obalans + parobalans kombinerade. Tröghetsaxeln är varken parallell med eller skär rotationsaxeln. Kräver två plan. De flesta riktiga rotorer har dynamisk obalans.
Specifik obalans (excentricitet)
G-kvaliteten definieras som produkten e × ω (mm/s) — den linjära hastigheten för rotorns masscentrum i omloppsbana runt rotationsaxeln. Detta enda tal karakteriserar balanskvaliteten oberoende av rotorstorlek och hastighet.
G-gradsystemet — Fysisk grund
Masslikhet
För geometriskt lika rotorer: Uper ∝ M → specifik obalans eper bör vara konstant. En standard gäller för alla storlekar.
Hastighetslikhet
Centrifugalkraften F = M·e·ω². För att bibehålla acceptabla lagerbelastningar vid olika hastigheter, eper måste minska när ω ökar:
Beräkning av tillåten kvarvarande obalans
Givetvis: Centrifugalfläkthjul, M = 200 kg, n = 1 500 varv/min, G 6,3.
Totalt: Uper = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 g-mm
Excentricitet: eper = 8 021 / 200 = 40,1 µm
Per plan (symmetrisk, 2): 8 021 / 2 = 4 011 g-mm
Vid R = 400 mm: 4 011 / 400 = 10,0 g per plan
Varvtalet i formeln måste vara det högsta varvtalet i drift – inte balanseringsmaskinens hastighet. Många rotorer är balanserade vid 300–600 varv/min, men toleransen måste använda den faktiska drifthastigheten (t.ex. 1 480 varv/min). Att använda balanseringsmaskinens hastighet ger farligt lösa toleranser.
Tilldelning till korrigeringsplaner
Uper gäller rotorns masscentrum. I praktiken balans i två plan (nära lagren). Kapitel 7 reglerar:
Symmetriska rotorer
CoM vid mittpunkten → lika med: UL = UR = Uper / 2.
Asymmetrisk mellan lagren
Överhängande rotorer
Den överhängande massan skapar böjmoment som belastar båda lagren. Momentbaserad omräkning behövs → vanligtvis mycket snävare tolerans i överhängsplanet. Vanligt för pumpar, enstegskompressorer och utskjutande fläkthjul.
Fel och verifiering
Felkällor
- Systematisk: Maskinkalibreringsdrift, excentriska dorn, kilspårseffekter (ISO 8821), termisk distorsion.
- Slumpmässig: Sensorbrus, stödspel, variation i rotorsäte.
Det totala felet får inte överstiga 10–15% av toleransen. Om det är större, skärp arbetstoleransen därefter.
Monteringseffekter
Komponentbalansering ≠ monteringsbalans. Kopplingens excentricitet, radiellt kast, lösa passningar kan omintetgöra komponentarbetet. Slutbalansera den monterade rotorn.
Verifieringsmetoder
- Indextest: Rotera rotorn 180° på dornen, mät om. Skillnad = fixturfel.
- Provviktstest: Lägg till känd massa, verifiera att den uppmätta vektorförändringen stämmer överens med förväntan.
- Fältkontroll: Mät vibrationer på lager per ISO 10816.
Den Balanset-1A automatiserar ISO 1940-1: ange massa, hastighet, G-klass → omedelbar Uper med automatisk planfördelning. Efter balansering jämförs kvarvarande obalans med gränsvärdet. F6-rapportfunktionen genererar ett formellt protokoll som dokumenterar den uppnådda G-klassen. Noggrannhet ±5% hastighet, ±1° fas — tillräcklig för G 16 till G 2.5. Den Balanset-4 sträcker sig till fyra kanaler för komplexa rotorer med flera lager.
Räkneexempel
Rotor: 15 kW, 1 460 RPM, 35 kg, symmetrisk mellan lagren.
Tolerans: Uper = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 g-mm → 721/plan.
Vid R = 80 mm: 721 / 80 = 9,0 g/plan. Verkstadsbalanserad: 180 g·mm kvarvarande obalans. ✅
Rotor: Axel + pumphjul 18 kg, 2 950 RPM. Pumphjul 6 kg, överhäng 120 mm. Lageravstånd 250 mm.
Totalt: Uper = 367 g-mm. Momentfördelning: fram ≈ 202, bak ≈ 165 g·mm.
Fältbalanserat med Balanset-1A enkelplan: 8,5 g vid 230°. Slutvikt: 95 g·mm. ✅
Rotor: 3-stegs, 65 kg, 12 000 varv/min. Något asymmetrisk.
Tolerans: Uper = 129 g-mm → 65/plan → vid R = 95 mm: 0,68 g/plan.
Precision på under ett gram → endast verkstadsmaskin med hög hastighet. Indextest: dornfel < 5 g·mm. Slutgiltigt: 28 g·mm/plan. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- G-klassvärden, formler, tillämpningstabeller — identisk. Inga tekniska ändringar.
- ISO 21940-serien: Del 11 (kvalitet), Del 12 (flexibel), Del 14 (förfaranden), Del 21 (beskrivningar), Del 31 (känslighet), Del 32 (kilar).
- Båda beteckningarna används omväxlande i praktiken.
- ISO 14694 BV-kategorier refererar direkt till G-klasser.
Relaterade standarder
- ISO 21940-11: Denna standard — G-klasssystem.
- ISO 21940-12: Flexibel rotorbalansering.
- ISO 10816 / ISO 20816: Vibrationsutvärdering — operativt resultat av balanseringskvalitet.
- ISO 14694: Fläktspecifika BV-kategorier, balansgrader och vibrationsgränser.
- ISO 8821: Kilspårsinflytande (halvnyckelkonvention).
- API 610 / API 617: Petroleumpumpar/kompressorer enligt ISO 1940.
Officiell standard: ISO 1940-1 på ISO Store →
Vanliga frågor — ISO 1940-1
G-klassat balanseringssystem för styva rotorer
Relaterade artiklar i ordlistan
Balansering enligt ISO 1940-1 — i fält
Vibromeras bärbara balanserare inkluderar inbyggda ISO 1940-toleransberäknare, automatisk planfördelning och formella balansrapporter som dokumenterar den uppnådda G-klassen.
Bläddra bland balanseringsutrustning →
