Інструкція з динамічного балансування валів: Статичний проти динамічного, Польова процедура та сорти ISO 21940

Що таке динамічне балансування?

Кожна обертова деталь — від ротора мульчера вагою 200 кг до шпинделя стоматологічної бормашини вагою 5 г — має певний залишковий дисбаланс. Виробничі допуски, невідповідності матеріалів, корозія та накопичені відкладення зміщують центр маси від геометричної осі обертання. Результатом є відцентрова сила, яка зростає пропорційно квадрату швидкості: подвоюєш кількість обертів, і сила збільшується в чотири рази.

Ротор, що обертається зі швидкістю 3000 об/хв з дисбалансом лише 10 г на радіусі 150 мм, генерує обертову силу приблизно 150 Н — достатньо, щоб зруйнувати підшипники за тижні. Динамічне балансування зменшує цю силу до рівня, визначеного міжнародними стандартами (ISO 21940‑11, раніше ISO 1940), подовжуючи термін служби підшипників з місяців до років і скорочуючи час простоїв, пов’язаний з вібрацією.

Статичний проти динамічного балансу

Одна площина

Статичний баланс

Центр ваги ротора зміщений відносно осі обертання одній площині. Коли його розміщують на опорах з лезом ножа, важка сторона скочується донизу — це можна виявити, не обертаючись.

Виправлення: додавати або видаляти масу в одному кутовому положенні навпроти важкої точки. Достатньо однієї площини корекції.

Застосовується до: вузькі деталі дископодібної форми, де L/D становить менше приблизно 0.5 - маховики, шліфувальні круги, однодискові робочі колеса, пильні диски, гальмівні диски.

Дві площини

Динамічний баланс

Два (або більше) масових зміщення знаходяться різні літаки вздовж довжини ротора. Вони можуть статично компенсувати один одного — ротор нерухомо стоїть на лезах ножа — але створюють гойдалки пара під час обертання. Цю пару неможливо виявити або виправити без обертання.

Виправлення: два компенсуючі вантажі у двох окремих площинах. Прилад розраховує масу та кут для кожної площини з матриці коефіцієнтів впливу.

Застосовується до: видовжені ротори — вали, вентилятори з широкими крильчатками, ротори мульчерів, катки, крильчатки багатоступеневих насосів, турбіни.

Чотири типи дисбалансу

Стандарт ISO 21940‑11 розрізняє чотири основні моделі дисбалансу. Розуміння того, яка з них домінує, допомагає вибрати правильну стратегію балансування.

На практиці майже кожен ротор, з яким ви стикаєтеся в польових умовах, має динамічний дисбаланс — комбінацію сили та складових пари. Саме тому двоплощинне балансування є процедурою за замовчуванням для будь-якого ротора, який не є тонким диском.

Коли використовувати одноплощинне чи двоплощинне балансування

Вирішальним фактором є ротор співвідношення геометрії L/D (відношення осьової довжини до зовнішнього діаметра) у поєднанні з його робочою швидкістю.

ISO 21940‑11 Балансування класів якості

ISO 21940‑11 (наступник ISO 1940‑1) призначає кожному класу обертових машин клас якості балансу G, що визначається як максимально допустима швидкість центру ваги ротора в мм/с. Допустимий залишковий питомий дисбаланс e_за (у г·мм/кг) визначається залежно від сорту та робочої швидкості:

Розроблений приклад: Ротор вентилятора

Ротор відцентрового вентилятора важить 80 кг, працює зі швидкістю 1450 об/хв, а радіус корекції становить 250 мм. Необхідний клас: G 6.3.

Пов'язані стандарти: ISO 21940‑11 (жорсткі ротори), ISO 21940‑12 (гнучкі ротори), ISO 10816‑3 (граничні значення інтенсивності вібрації), ISO 1940 (попередник-засновник).

Семиетапна процедура балансування поля

Це метод коефіцієнта впливу для балансування поля у двох площинах, що застосовується за допомогою портативного приладу, такого як Балансет‑1А. Така ж логіка працює з будь-яким двоканальним балансувальним аналізатором.

1

Підготовка ротора та кріплення датчиків

Очистіть корпуси підшипників від бруду та мастила — датчики повинні бути врівень з металевою поверхнею. Встановіть датчик вібрації 1 на корпусі підшипника, найближчому до Літак 1 (зазвичай з боку приводу). Встановіть датчик 2 поруч Літак 2 (непривідний кінець). Прикріпіть світловідбивну стрічку до вала лазерного тахометра. Підключіть усі кабелі до вимірювального блоку.

2

Вимірювання початкової вібрації (випробування 0)

In the software, open the balancing wizard — F3 - Two-plane (або F7 - Balancing) — and start on the Run 0 - Initial tab. Start the rotor and bring it to stable operating speed. The instrument measures vibration amplitude (mm/s) and phase angle (°) at both sensors simultaneously. This is the базовий рівень — "хвороба" ротора перед обробкою. Запишіть значення та зупиніть машину.

Польова порада: зачекайте принаймні 10–15 секунд після стабілізації обертів, перш ніж записувати. Теплові перехідні процеси та повітряні потоки врегульовуються протягом перших кількох секунд.

3

Встановлення пробного вантажу в площині 1 (Виконання 1)

Зупиніть ротор. Прикріпіть пробний вантаж of known mass at an arbitrary angular position in Plane 1. Mark this position clearly — it becomes your 0° reference for angle measurement later. Enter the trial weight Mass, g і Radius, mm in the software's Trial weight group — without the mass entered, the program can only report the correction as a percentage of the trial weight. Switch to the Run 1 - Trial Pl.1 tab, restart the rotor and record vibration at both sensors. The instrument now knows how the rotor's vibration field changes when mass is added in Plane 1.

Field tip: Use a bolt with a washer clamped to the rotor rim, or a hose clamp with a nut for quick attachment. The trial weight should produce a measurable vibration change (20–30% amplitude change or 20–30° phase shift at either sensor).

⚖

Скільки має важити пробна гиря? Використайте емпіричну формулу: Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) де М_r = rotor mass (g), K_support = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), K_{вібрація} = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), R_t = радіус встановлення (см), N = об/хв. Або скористайтеся нашим онлайн-калькулятор пробної ваги — введіть параметри ротора та миттєво отримайте рекомендовану масу.

4

Переміщення пробної ваги до площини 2 (Виконання 2)

Stop the rotor. Remove the trial weight from Plane 1. Attach the same trial weight (or one of similar known mass) at an arbitrary position in Plane 2. Mark this second reference point. Switch to the Run 2 - Trial Pl.2 tab, restart and record vibration at both sensors. Now the instrument has the complete influence coefficient matrix — four complex coefficients linking unbalance in either plane to vibration at either sensor.

Підказка: Якщо ви використовуєте іншу масу пробного вантажу в площині 2, введіть правильне значення в програмне забезпечення — математичні розрахунки налаштуються автоматично.

5

Розрахунок коригувальних ваг

The instrument solves the influence coefficient equations and displays the Correction mass (g) і Angle (°) for Plane 1 and Plane 2. The angle is measured from the trial weight position in the direction of rotor rotation. In the Correction method group you choose Add mass (weld or bolt a counterweight) or Remove mass (drill or grind material). The displayed angle is always the angle you actually work at: with Remove mass selected the software has already added 180° to the computed angle, so drill or remove exactly where it indicates — do not add another 180°.

6

Встановити коригувальні ваги

Remove the trial weight from Plane 2. Fabricate or select correction weights matching the calculated masses. Install each correction weight at the same radius as the trial weight — the calculated mass is valid only at that radius. If you must use a different radius, enter both radii in the software so it recalculates the mass. Measure the angle from the trial weight reference mark in the direction of rotation. Attach the correction weights firmly — welding, hose clamps, set‑screw weights, or bolts depending on the machine type and speed.

Field tip: If you cannot place a weight at the exact angle (e.g. only bolt holes available), use the Weight Installing Method setting — Free positions, Fixed positions, Circular groove, or Drill. With Fixed positions the instrument decomposes the correction vector into two components at the nearest available positions.

7

Перевірка балансу (чек-біг)

Restart the rotor and record the final vibration. Compare against the initial baseline and against the ISO 21940‑11 tolerance for your machine class — enter the tolerance in the Balancing tolerance, g*mm field, or press the ISO 1940... button to calculate it from the G‑grade, rotor mass, and RPM (divide the g·mm result by the correction radius to get grams). If vibration is within specification, you are done. If not, the instrument can perform a контрольний прогін on the Run T - Trim tab — it uses the existing influence coefficients to calculate a small additional correction without new trial weights.

Польова порада: одного пробігу з підрізання зазвичай достатньо. Якщо вам потрібно більше двох підрізань, щось змінилося між пробігами — перевірте наявність вільних кілограмів, теплового росту або коливань швидкості.

Розрахунок пробної ваги

The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:

Не хочете робити розрахунки вручну? Скористайтеся нашим онлайн-калькулятор пробної ваги ↗ — введіть параметри ротора, тип опори та рівень вібрації, і миттєво отримайте рекомендовану масу.

Worked Examples (K_support = 3, K_{вібрація} = 1.0)

Values shown assume K_support = 3 (standard bearing pedestals) and K_{вібрація} = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.

Вимірювання кута корекції

Балансувальний прилад видає два числа на кожну площину: маса (скільки вага) та кут (де його розмістити). Кут завжди відноситься до положення пробного вантажу.

Як виміряти кут

• Опорна точка (0°): кутове положення, де ви розмістили пробну гирю. Чітко позначте його на роторі перед пробним запуском.
• Напрямок вимірювання: завжди у напрямку обертання ротора.
• Читання кута: the result window shows the Correction mass і Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
• Якщо видаляти масу: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.

Розподіл ваги на фіксовані позиції

When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Вільні позиції, Фіксовані позиції, Круговий паз, та Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.

Площини корекції та розміщення датчиків

Площина корекції — це осьове положення на роторі, де ви додаєте або видаляєте масу. Датчик вимірює вібрацію в найближчому підшипнику. Кілька ключових правил:

• Датчик встановлюється на корпус підшипника — якомога ближче до центральної лінії підшипника, у радіальному напрямку (бажано горизонтальному).
• Площина 1 відповідає Датчику 1, Площина 2 до Датчика 2. Дотримуйтесь послідовної нумерації, інакше програмне забезпечення поміняє місцями площини корекції.
• Максимізація розділення площин: Чим далі одна від одної розташовані дві площини корекції, тим краща роздільна здатність пари. Мінімальна практична відстань становить ⅓ прольоту підшипника.
• Оберіть доступні посади: Площина корекції має бути місцем, де можна фізично прикріпити вантажі — край фланця, отвір для болта, обідок або поверхня зварювання.

На фотографії вище ротор мульчера підготовлений до двоплощинного балансування. Синіми маркерами 1 та 2 позначено положення датчиків на корпусах підшипників. Червоними маркерами 1 та 2 позначено площини корекції — у цьому випадку фланцеві кінці корпусу ротора, куди будуть приварені вантажі.

Консольний (підвісний) ротор

Консольні ротори — крильчатки вентиляторів, маховики, встановлені поза межами прольоту підшипників, крильчатки насосів — потребують іншого розташування датчиків та площин. Обидві площини корекції знаходяться на одному боці підшипників, і розташування датчиків має враховувати дисбаланс пари підсилення консольної маси.

Застосування за типом машини

Методи кріплення ваги

Типові помилки під час балансування поля

Польовий звіт: Балансування ротора мульчера

Двоплощинне динамічне балансування вентилятора

Промислові вентилятори — відцентрові, осьові та змішаного потоку — є одними з найпоширеніших роторів, що балансуються в польових умовах. Наведена нижче процедура демонструє реальну роботу з балансуванням радіального вентилятора у двох площинах з використанням Balanset‑1A.

Визначення площин та встановлення датчиків

Очистіть поверхні для встановлення датчика від бруду та масла. Датчики повинні щільно прилягати до металевої поверхні корпусу підшипника — ніколи не встановлюйте їх на кришки, захисні кожухи або непідтримувані листові металеві панелі.

• Датчик 1 (червоний): Встановіть ближче до передньої частини вентилятора (сторона площини 1).
• Датчик 2 (зелений): Встановіть ближче до задньої частини вентилятора (сторона площини 2).
• Літак 1 (червона зона): Площина корекції на диску робочого колеса, ближче до передньої частини.
• Літак 2 (зелена зона): Площина корекції ближче до задньої пластини або маточини.

Підключіть обидва датчики вібрації та лазерний тахометр до Balanset‑1A. Прикріпіть світловідбиваючу стрічку до вала або маточини для відображення обертів.

Процес балансування

Запустіть вентилятор і проведіть початкові вимірювання вібрації (Виконання 0). Встановіть пробну вагу відомої маси на площині 1 у довільній точці, запустіть вентилятор і запишіть зміну вібрації (Виконання 1). Перемістіть пробну вагу на площину 2 у довільній точці, знову запустіть вентилятор і запишіть (Виконання 2). Програмне забезпечення Balanset‑1A використовує всі три вимірювання для розрахунку коригувальної маси та кута для кожної площини.

Вимірювання кута для коригувальних ваг вентилятора

Кут вимірюється від положення пробного вантажу в напрямку обертання вентилятора — точно так, як описано в Вимірювання кута корекції розділ вище. Позначте місце, де було розміщено пробну гирю (орієнтир 0°), потім порахуйте вказаний кут вздовж напрямку обертання, щоб знайти положення коригувальної гирі.

На основі кутів та мас, розрахованих програмним забезпеченням, встановіть коригувальні вантажі на площині 1 та площині 2. Знову запустіть вентилятор та перевірте, чи вібрація знизилася до прийнятного рівня. ISO 21940‑11 (зазвичай G 6.3 для вентиляторів загального призначення). Якщо залишкова вібрація все ще перевищує цільове значення, виконайте один підгонковий пробіг.

Часті запитання

Обладнання для балансування поля

Балансет‑1А — це двоканальний портативний прилад, який виконує одноплощинне та двоплощинне динамічне балансування, а також аналіз вібрації (загальна швидкість, спектри, форма хвилі). Він постачається у вигляді повного комплекту:

• 2x MEMS датчики вібрації (акселерометри на базі ADXL335) з магнітними кріпленнями
• Лазерний тахометр (безконтактний датчик обертів) зі світловідбиваючою стрічкою
• USB-вимірювальний блок (підключається до будь-якого ноутбука з Windows)
• Програмне забезпечення: майстер балансування, віброметр, аналізатор спектру
• Футляр для перенесення з усіма кабелями та аксесуарами

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.