Instruksyon sa Dynamic na Balancing ng Shaft: Static vs Dynamic, Pamamaraan sa Field at ISO 21940 Grades
Everything a field engineer needs to balance rotors on-site — from the physics of unbalance to the final verification run. Seven-step procedure, trial weight formulas, correction angle measurement, and ISO tolerance tables. Based on Vibromera field work across fans, mulchers, crushers, and shafts.
Ano ang Dynamic Balancing?
Dynamic na pagbabalanse ay ang proseso ng pagsukat at pagwawasto ng hindi pantay na pamamahagi ng masa ng isang umiikot na katawan (rotor) habang ito ay umiikot sa operating speed. Hindi tulad ng static balancing, na nagwawasto ng offset ng masa sa isang plano lamang, inaayos ng dynamic balancing ang imbalance sa dalawa o higit pang mga correction plane nang sabay-sabay, na inaaalis ang centrifugal force at rocking couple na nagdudulot ng vibration sa bearing.
Bawat umiikot na bahagi — mula sa isang 200 kg na mulcher rotor hanggang sa isang 5 g na dental drill spindle — ay may natitirang residual unbalance. Ang mga toleransya sa pagmamanupaktura, mga pagkakaiba sa materyal, kalawang, at naipon na mga deposito ay nagpapalipat ng sentro ng masa mula sa geometric na axis ng pag-ikot. Ang resulta ay isang centrifugal force na lumalaki nang parisukat sa bilis: doblehin ang RPM at mapat-apat ang puwersa.
Ang isang rotor na umiikot sa 3,000 RPM na may 10 g lamang na unbalance sa 150 mm na radius ay bumubuo ng humigit-kumulang 150 N na rotating force — sapat upang sirain ang mga bearing sa loob ng ilang linggo. Binabawasan ng dynamic balancing ang puwersa na ito sa antas na tinukoy ng mga internasyonal na pamantayan (ISO 21940‑11, dating ISO 1940), na nagpapahaba ng buhay ng bearing mula sa mga buwan hanggang sa mga taon at nagbabawas ng downtime na dulot ng vibration.
Static kumpara sa Dynamic Balance
Ang sentro ng grabidad ng rotor ay naka-offset mula sa axis ng pag-ikot sa one plane. Kapag inilagay sa knife-edge na mga suporta, ang mabigat na bahagi ay gugulong pababa — maaari itong matuklas nang hindi umiikot.
Correction: magdagdag o mag-alis ng masa sa iisang angular na posisyon na katapat ng mabigat na bahagi. Sapat na ang isang correction plane.
Applies to: narrow disc-shaped parts where L/D is below about 0.5 - flywheels, grinding wheels, single-disc impellers, saw blades, brake discs.
Dalawa (o higit pa) na offset ng masa ang nasa iba't ibang correction planes sa kahabaan ng rotor. Maaari nilang kanselahin ang isa't isa nang statically — ang rotor ay nananatiling tahimik sa knife-edge — ngunit lumilikha ng rocking couple kapag umiikot. Hindi matutuklas o maiwawasto ang couple na ito nang walang pag-ikot.
Correction: dalawang compensating weight sa dalawang magkahiwalay na correction plane. Kinukwenta ng instrumento ang masa at anggulo para sa bawat plane mula sa influence coefficient matrix.
Applies to: mga elongated na rotor — mga shaft, fan na may malawak na impeller, mulcher rotor, roller, multi-stage pump impeller, at turbine.
Apat na Uri ng Unbalance
Tinutukoy ng ISO 21940‑11 ang apat na pangunahing uri ng kawalan ng balanse. Ang pag-unawa kung alin ang nangingibabaw ay nakatutulong sa pagpili ng tamang estratehiya sa pagbabalanse.
Sa katotohanan, halos bawat rotor na matatagpuan sa field ay may dynamic na kawalan ng balanse — isang kumbinasyon ng mga bahagi ng puwersa at pares. Kaya naman ang pagbabalanse sa dalawang eroplano ang default na pamamaraan para sa anumang rotor na hindi manipis na disc.
Kailan Gagamitin ang Pagbabalanse sa Isang Eroplano kumpara sa Dalawang Eroplano
Ang mapagpasyang salik ay ang ratio ng geometry na L/D (ratio ng axial na haba sa panlabas na diameter) kasama ang bilis ng operasyon nito.
| Criterion | Isang Eroplano (1 sensor) | Dalawang Eroplano (2 sensor) |
|---|---|---|
| L/D ratio | L/D < 0.5 (narrow disc-like rotor) | L/D >= 0.5, or significant axial mass distribution |
| Typical parts | Grinding wheel, flywheel, single-disc impeller, pulley, brake disc, saw blade | Fan rotor, mulcher, shaft, roller, multi-stage pump, turbine, crusher |
| Mga uri ng kawalan ng balanse na winawasto | Static lamang (force) | Static + pares + dynamic (puwersa + sandali) |
| Correction planes | 1 | 2 |
| Measurement runs | 2 (panimula + 1 pagsubok) | 3 (panimula + 2 pagsubok, isa bawat eroplano) |
| Time on site | 15–20 min | 30–45 min |
Mga Grade ng Kalidad ng Balanse ayon sa ISO 21940‑11
Ang ISO 21940‑11 (kahalili ng ISO 1940‑1) ay nagtatakda sa bawat klase ng umiikot na makinarya ng isang grade ng kalidad ng balanse G, na tinukoy bilang ang pinakamataas na pinahihintulutang bilis ng sentro ng grabidad ng rotor sa mm/s. Ang pinahihintulutang natitirang tiyak na unbalance eper (sa g·mm/kg) ay nakuha mula sa grade at bilis ng operasyon:
G — grade ng kalidad ng balanseo (hal. ang 6.3 ay nangangahulugang 6.3 mm/s)
ω — angular na bilis, rad/s
RPM — bilis ng operasyon, rev/min
| Grade | e·ω, mm/s | Machine types |
|---|---|---|
G 0.4 |
0.4 | Mga gyroscope, spindle ng mga espesyal na grinding machine |
G 1.0 |
1.0 | Mga turbocharger, turbinang panggas, maliliit na armatura ng electric motor na may espesyal na kinakailangan |
G 2.5 |
2.5 | Mga electric motor, generator, katamtaman/malalaking turbina, bomba na may espesyal na kinakailangan |
G 6.3 |
6.3 | Mga fan, bomba, makinarya sa proseso, flywheel, sentripugal, pangkalahatang pang-industriyang makinarya |
G 16 |
16 | Makinarya sa agrikultura, crusher, drive shaft (cardan), mga bahagi ng crushing machine |
G 40 |
40 | Mga gulong ng sasakyan, crankshaft assembly (serye ng produksyon) |
G 100 |
100 | Fast diesel engine crankshaft assemblies with six or more cylinders |
Halimbawa: Fan Rotor
Ang isang centrifugal fan rotor ay may timbang na 80 kg, gumagana sa 1,450 RPM, at ang correction radius ay 250 mm. Kinakailangang grade: G 6.3.
At correction radius 250 mm: max residual mass = 3320 / 250 = 13.3 g total residual mass
For a two-plane job, distribute that total tolerance between planes; a simple equal split gives about 6.6 g per plane.
Kaugnay na standards: ISO 21940‑11 (rigid rotors), ISO 21940‑12 (flexible rotors), ISO 10816‑3 (mga limitasyon ng vibration severity), ISO 1940 (naunang bersyon).
Pitong Hakbang na Pamamaraan ng Field Balancing
Ito ang paraan ng influence coefficient para sa two-plane field balancing, inilalapat gamit ang portable na instrumento tulad ng Balanset‑1A. Ang parehong lohika ay gumagana sa anumang two-channel balancing analyser.
Mt = Mr × K / (Rt × (N/100)²) where Mr = masa ng rotor (g), K = support stiffness coefficient (1–5, gumamit ng 3 para sa average), Rt = installation radius (cm), N = RPM. O gamitin ang aming online na calculator ng trial weight — ilagay ang inyong mga parameter ng rotor at makuha agad ang inirerekomendang masa.
Pagkalkula ng Trial Weight
Ang trial weight ay dapat sapat ang bigat upang makagawa ng kapansin-pansing pagbabago sa vibration, ngunit magaan din upang hindi ma-overload ang mga bearing o lumikha ng mapanganib na kondisyon. Isinasaalang-alang ng karaniwang empirical na pormula ang masa ng rotor, radius ng koreksyon, operating speed, at katigasan ng suporta:
Mr — rotor mass, grams
K — support stiffness coefficient (1 = soft mounts, 3 = average, 5 = rigid foundation)
Rt — radius ng pag-install ng trial weight, cm
N — operating speed, RPM
Ayaw na manual na kalkulahin? Gamitin ang aming online trial weight calculator ↗ — ilagay ang mga parameter ng iyong rotor, uri ng suporta, at antas ng vibration, at makuha agad ang inirerekomendang masa.
Mga Halimbawa ng Pagkalkula (K = 3, average na katigasan)
| Machine | Rotor mass | RPM | Radius | Trial weight (K = 3) |
|---|---|---|---|---|
| Mulcher rotor | 120 kg | 2,200 | 30 cm | 360,000 / (30 × 484) ≈ 25 g |
| Industrial fan | 80 kg | 1,450 | 40 cm | 240,000 / (40 × 210.25) ≈ 29 g |
| Centrifuge drum | 45 kg | 3,000 | 15 cm | 135,000 / (15 × 900) = 10 g |
| Crusher shaft | 250 kg | 900 | 25 cm | 750,000 / (25 × 81) ≈ 370 g |
Pagsukat ng Correction Angle
Ang balancing instrument ay nagla-output ng dalawang numero bawat plane: mass (gaano karaming bigat) at angle (kung saan ilalagay ito). Ang anggulo ay palaging nagsisimula sa posisyon ng trial weight.
Paano Sukatin ang Anggulo
- Reference point (0°): ang angular na posisyon kung saan inilagay ang trial weight. Markahan ito nang malinaw sa rotor bago ang trial run.
- Direksyon ng pagsukat: palagi sa direksyon ng pag-ikot ng rotor.
- Pagbabasa ng anggulo: ipinapakita ng instrument ang anggulo na f₁ para sa Plane 1 at f₂ para sa Plane 2. Mula sa marka ng trial weight, bilangin ang ganoon karaming degree sa direksyon ng pag-ikot — doon ilalagay ang correction weight.
- Kung tinatanggal ang mass: ilagay ang koreksyon sa 180° kabaligtaran ng ipinahiwatig na posisyon ng "add".
Paghahati ng Bigat sa mga Nakatakdang Posisyon
Kapag ang rotor ay may mga pre‑drilled na butas o nakatakdang posisyon ng pagkakabit (hal. mga bolt ng fan blade), maaaring hindi posibleng maglagay ng bigat sa eksaktong kinakalkula na anggulo. Ang Balanset‑1A ay may kasamang weight splitting function: ilalagay mo ang mga anggulo ng dalawang pinakamalapit na magagamit na posisyon, at ang software ay magde-decompose ng iisang correction vector sa dalawang mas maliit na bigat sa mga posisyong iyon. Ang pinagsama-samang epekto ay tumutugma sa orihinal na vector.
Mga Correction Plane at Paglalagay ng Sensor
Ang correction plane ay ang axial na posisyon sa rotor kung saan nagdadagdag o nag-aalis ng masa. Sinusukat ng sensor ang vibration sa pinakamalapit na bearing. Ilang mahahalagang alituntunin:
- Ang sensor ay nakalagay sa bearing housing — hangga't maaari, malapit sa sentro ng bearing, sa radyal na direksyon (mas mainam ang pahalang).
- Ang Plane 1 ay tumutugma sa Sensor 1, ang Plane 2 naman ay sa Sensor 2. Panatilihing pare-pareho ang pagkakabilang upang hindi mapalitan ng software ang mga correction plane.
- Palakihin ang agwat ng mga plane: habang mas malayo ang dalawang correction plane sa isa't isa, mas mahusay ang paglutas ng couple unbalance. Ang pinakamaliit na praktikal na agwat ay ⅓ ng bearing span.
- Pumili ng mga madaling mapuntahang posisyon: ang correction plane ay dapat isang lugar kung saan maaaring magkabit ng mga timbang nang pisikal — gilid ng flanhe, bilog ng bolts, rim, o ibabaw na pinaghinangang.
Sa larawan sa itaas, ang isang mulcher rotor ay inihahanda para sa two-plane balancing. Ang mga asul na marka 1 at 2 ay nagpapakita ng mga posisyon ng sensor sa mga housing ng bearing. Ang mga pulang marka 1 at 2 naman ay nagpapakita ng mga correction plane — sa kasong ito, ang mga flanged na dulo ng katawan ng rotor kung saan itatahi ang mga timbang.
Cantilever (Overhung) Rotor
Ang mga cantilever rotor — mga fan impeller, flywheel na naka-mount sa labas ng bearing span, mga pump impeller — ay nangangailangan ng iba't ibang layout ng sensor at plane. Ang parehong correction plane ay nasa iisang gilid ng mga bearing, at ang paglalagay ng sensor ay dapat isaalang-alang ang overhung na masa na nagpapalaki ng couple unbalance.
Mga Aplikasyon Ayon sa Uri ng Makina
Mga Paraan ng Pagkakabit ng Timbang
| Method | Attachment | Best for | Limits |
|---|---|---|---|
| Welding | Mga steel washer o plato na tack-welded sa rim ng rotor | Mga mulcher, crusher, at mabibigat na industrial rotor | Permanente. Hindi magagamit sa aluminyo o stainless nang walang espesyal na rod |
| Bolts & nuts | Mga bolt na isinaksak sa mga pre-drilled na butas na may locknut | Mga fan impeller, flywheel, at coupling flange | Nangangailangan ng mga kasalukuyang butas o bagong pagbubutas |
| Hose clamps | Stainless-steel hose clamp na may nakasingit na weight | Mga shaft, roller, at cylindrical rotor sa field | Pansamantala o semi-permanente. Suriin ang torque ng clamp |
| Set‑screw clip‑on | Mga gawang clip-on weight (tulad ng tyre weight) | Mga fan blade, manipis na rim, at magaang na rotor | Limitadong hanay ng masa. Maaaring lumuwag sa mataas na RPM |
| Adhesive (epoxy) | Timbang na nidikit sa ibabaw | Mga precision rotor at malinis na kapaligiran | Kailangan ng malinis at tuyong ibabaw. Limitasyon sa temperatura ~120°C |
| Pag-aalis ng materyal | Pagbabarena o paggrinding ng materyal mula sa mabigat na bahagi | Mga turbocharger, high-speed spindle, at impeller | Permanente at tumpak ngunit hindi na mababalik. Gamitin kapag hindi ligtas ang pagdaragdag ng timbang |
Mga Karaniwang Pagkakamali sa Field Balancing
| # | Mistake | Consequence | Fix |
|---|---|---|---|
| 1 | Sensor na nakalagay sa guard o cover | Ang resonance ng cover ay nakakabaluktot ng amplitude at phase na pagbabasa → maling koreksyon | Laging ilagay ang sensor sa metal na ibabaw ng bearing housing |
| 2 | Masyadong magaan ang trial weight | Ang pagbabago ng phase at amplitude ay nasa loob ng ingay → hindi mapagkakatiwalaan ang mga influence coefficient | Ensure 20-30% amplitude change or 20-30 degrees of phase shift at least one sensor |
| 3 | Pagbabago ng bilis sa pagitan ng mga takbo | Ang vibration sa 1× ay nagbabago ayon sa RPM² — kahit 5% na pagbabago ng bilis ay nakakasirang sa datos | Gumamit ng tachometer para sa tumpak na pagsubaybay ng RPM. Hintayin na maging stable ang bilis |
| 4 | Nakalimutang alisin ang trial weight | Kasama sa kalkulasyon ng koreksyon ang epekto ng trial weight → walang kabuluhan ang resulta | Sundin ang mahigpit na rutina: alisin ang trial weight bago mag-install ng mga correction weight |
| 5 | Pagkapalitan ng Plane 1 at Plane 2 | Napupunta ang mga correction weight sa maling correction plane → tumataas ang vibration | Malinaw na lagyan ng label ang mga sensor at correction plane. Sensor 1 → Plane 1, Sensor 2 → Plane 2 |
| 6 | Pagsukat ng anggulo na kabaligtaran ng direksyon ng pag-ikot | Napupunta ang koreksyon sa 360° − f sa halip na f → kabaligtarang bahagi ng rotor | Kumpirmahin ang direksyon ng pag-ikot bago magsimula. Laging sumukat sa direksyon ng pag-ikot |
| 7 | Thermal growth sa panahon ng mga run | Nagbabago ang bearing clearance sa pagitan ng mga cold start run → nagbabago-bago ang mga sukat | Magpainit hanggang sa maging stable ang estado bago ang run 0, o kumpletuhin ang lahat ng run nang mabilis (<5 min ang pagitan) |
| 8 | Paggamit ng single-plane balancing sa mahabang rotor | Nananatiling hindi naiwasto ang couple unbalance → maaaring lalong tumaas ang vibration sa malayong bearing | Use two-plane balancing for any rotor where L/D >= 0.5, plane separation is significant, or single-plane correction affects the far bearing |
Field Report: Balanseo ng Mulcher Rotor
Machine: Maschio Bisonte 280 flail mulcher, 165 kg na rotor, 2,100 RPM na bilis ng PTO. Nag-ulat ang kliyente ng matinding vibration pagkatapos palitan ang 8 flail.
Setup: Dalawang accelerometer sa mga bearing housing, laser tachometer sa PTO shaft. Two-plane mode ng Balanset-1A.
Run 0: Sensor 1 = 12.4 mm/s @ 47°, Sensor 2 = 8.9 mm/s @ 213°. ISO 10816-3 zone D (danger).
Trial runs: 500 g na trial weight ang ginamit sa parehong correction plane. Malinaw na tugon — pagbabago ng amplitude na >60% sa parehong sensor.
Correction: Correction Plane 1: 340 g na hinuran sa 128°. Correction Plane 2: 215 g na hinuran sa 276°.
Verification: Sensor 1 = 0.8 mm/s, Sensor 2 = 0.6 mm/s. ISO zone A (good). No trim run needed.
Two-Plane Dynamic Balancing ng Isang Fan
Ang mga industrial fan — centrifugal, axial, at mixed-flow — ay kabilang sa pinakakaraniwang rotor na binalanse sa field. Inilalahad ng pamamaraang ito ang isang tunay na two-plane na trabaho sa isang radial fan gamit ang Balanset-1A.
Pagtukoy ng mga Correction Plane at Pag-install ng mga Sensor
Linisin ang mga ibabaw ng bearing housing mula sa dumi at langis bago mag-install ng sensor. Ang mga sensor ay dapat na mahigpit na nakadikit sa metal na ibabaw ng bearing housing — huwag kailanman i-mount sa mga takip, guard, o mga panel na sheet-metal na walang sapat na suporta.
- Sensor 1 (pula): I-install nang mas malapit sa harapan ng fan (panig ng Correction Plane 1).
- Sensor 2 (berde): I-install nang mas malapit sa likod ng fan (panig ng Correction Plane 2).
- Corrective Plane 1 (pulang zone): Correction plane sa impeller disc, mas malapit sa harapan.
- Correction Plane 2 (berdeng zone): Correction plane na mas malapit sa back plate o hub.
Ikonekta ang parehong vibration sensor at ang laser tachometer sa Balanset-1A. Mag-attach ng reflective tape sa shaft o hub bilang sanggunian ng RPM.
Proseso ng Balancing
Simulan ang fan at kumuha ng mga paunang sukat ng vibration (Run 0). Mag-install ng trial weight na may kilalang masa sa Correction Plane 1 sa isang arbitrary na punto, patakbuhin ang fan, at itala ang pagbabago ng vibration (Run 1). Ilipat ang trial weight sa Correction Plane 2 sa isang arbitrary na punto, patakbuhin muli ang fan, at itala ang resulta (Run 2). Ginagamit ng software ng Balanset-1A ang lahat ng tatlong sukat upang kalkulahin ang correction mass at anggulo para sa bawat correction plane.
Pagsukat ng Anggulo para sa mga Correction Weight ng Fan
Ang anggulo ay sinusukat mula sa posisyon ng trial weight patungo sa direksyon ng pag-ikot ng fan — eksaktong tulad ng inilarawan sa Pagsukat ng Correction Angle seksyon sa itaas. Markahan kung saan inilagay ang trial weight (sangguniang 0° ), pagkatapos ay bilangin ang ipinahiwatig na anggulo sa direksyon ng pag-ikot upang mahanap ang posisyon ng correction weight.
Batay sa mga anggulo at masa na kinukuwenta ng software, i-install ang mga correction weight sa Plane 1 at Plane 2. Patakbuhin muli ang fan at i-verify na bumaba na ang vibration sa katanggap-tanggap na antas ayon sa ISO 21940‑11 (karaniwang G 6.3 para sa mga pangkalahatang fan). Kung ang residual vibration ay nananatiling higit sa target, magsagawa ng isang trim run.
Mga Madalas Itanong
Kagamitan para sa Field Balancing
The Balanset‑1A ay isang two-channel na portable na instrumento na humahawak ng single-plane at two-plane dynamic balancing, kasama ang vibration analysis (overall velocity, spectra, waveform). Ibinibigay ito bilang kumpletong kit:
- 2x MEMS vibration sensors (ADXL335-based accelerometers) with magnetic mounts
- Laser tachometer (non-contact RPM sensor) na may reflective tape
- USB measuring unit (kumokonekta sa anumang Windows laptop)
- Software: balancing wizard, vibration meter, spectrum analyser
- Carrying case na may lahat ng cable at accessories
RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ?1?. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.
0 Comments