ISO 1940-1 - Вимоги до якості балансування для жорстких роторів
Фундаментальний міжнародний стандарт, що визначає систему якості балансування класу G — від G 0.4 (гіроскопи) до G 4000 (суднові дизелі). Тепер включено до ISO 21940-11 з ідентичними значеннями та методологією класу G.
Допустимий залишковий дисбаланс
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 — введіть дані ротора, отримайте Uза
Результати — ISO 1940-1
Допустимий залишковий дисбаланс
розрахувати допуск
Класи якості балансування G
Логарифмічна шкала з коефіцієнтом 2,5 між сусідніми градаціями — від надточних G 0,4 до морських G 4000
| G-клас | e·ω (мм/с) | Типові типи роторів | Примітки |
|---|---|---|---|
| G 0.4 | 0.4 | Гіроскопи, прецизійні шпинделі, оптичні дисководи | Близька до межі звичайного балансування |
| Г 1.0 | 1.0 | Приводи шліфувальних шпинделів, магнітофони, малі прецизійні якорі | Вимагає надчистих умов |
| G 2.5 | 2.5 | Газові та парові турбіни, турбогенератори, турбокомпресори, високошвидкісні двигуни | Запобігає передчасному пошкодженню підшипників |
| G 6.3 | 6.3 | Вентилятори, насоси, маховики, електродвигуни, верстати, рулони паперу | Найпоширеніший — типовий клас |
| G 16 | 16 | Карданні вали (спеціальні), сільськогосподарська техніка, дробарки, шахтні вентилятори | Важкі умови експлуатації, важкі умови |
| G 40 | 40 | Автомобільні колеса та диски, карданні вали (стандартні), повільні вентилятори | Варіація шин домінує |
| G 100 | 100 | Комплектні двигуни автомобілів, вантажівок, локомотивів | Двигуни внутрішнього згоряння у зборі |
| G 250 | 250 | Колінчасті вали високошвидкісних дизельних двигунів | На рівні компонентів |
| G 630 | 630 | Колінчасті вали великих 4-тактних двигунів, суднових дизельних двигунів на еластичних опорах | Великі тихохідні поршневі двигуни |
| G 1600 | 1600 | Колінчасті вали великих двотактних двигунів | Дуже повільні, масивні фундаменти |
| G 4000 | 4000 | Колінчасті вали тихохідних суднових дизелів на жорстких фундаментах | Найменш жорсткі вимоги |
| Тип ротора | Маса (кг) | Обороти на хвилину | G | Uза (г·мм) | На площину | eза (мкм) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Малий двигун | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| Вентилятор опалення, вентиляції та кондиціонування повітря | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Робоче колесо насоса | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Турбокомпресор | 120 | 8 000 | G 2.5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Рулон паперу | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Вентилятор силової установки | 350 | 990 | G 2.5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Шліфувальний шпиндель | 2 | 24 000 | Г 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Колесо автомобіля | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
| Тип ротора | Розподіл | Формула | Примітки |
|---|---|---|---|
| Симетричний | Порівну | UL=UР=Uза/2 | Найпростіший випадок. Двигуни, кілька вентиляторів. |
| Асиметричний міжпідшипниковий | Пропорційний | UL=Uза·(b/L) | Найпоширеніший метод. |
| Консольний | Моментний | Статичні рівняння | Більш жорсткі допуски на консольній площині. |
| Вузький (площини близько одна до одної) | Окремо: статичний + парний дисбаланс | Згідно з ISO 21940-12 | Різні вібраційні ефекти. |
Що таке ISO 1940-1?
ISO 1940-1 (Механічна вібрація — Вимоги до якості балансування роторів у постійному (жорсткому) стані) визначає Система класів якості балансування G для жорстких роторів. Формула Uза = (9 549 × G × M) / n розраховує допустимий залишковий дисбаланс дисбаланс. Замінено на ISO 21940-11:2016 з ідентичними значеннями. Клас за замовчуванням для промислового обладнання: G 6.3.
ISO 1940-1 є основоположним документом для балансування роторів у всьому світі. Його система класу G є фактичною мовою балансування: "балансування за G 6.3" розуміється кожним спеціалістом у всьому світі. Стандарт охоплює жорсткі ротори від крихітних прецизійних шпинделів до масивних колінчастих валів, забезпечуючи універсальну основу для визначення, розрахунку та перевірки якості балансування.
Стандарт застосовується лише до жорсткий ротори — ті, пружні деформації яких під дією відцентрових сил незначні в усьому робочому діапазоні швидкостей. Гнучкі ротори (що працюють вище першої критичної швидкості згину) охоплюються ISO 21940-12.
Концепція жорсткого ротора
Ротор класифікується як жорсткий, якщо розподіл його маси суттєво не змінюється при зміні швидкості від нуля до максимальної робочої швидкості. Ключовий наслідок: Ротор, збалансований на низькій швидкості на балансувальному верстаті, залишається збалансованим на своїй робочій швидкості. Це дозволяє балансувати на верстаті для майстерні при 300–600 об/хв, дотримуючись допусків при 3000+ об/хв в умовах експлуатації.
Якщо ротор працює в надкритичній області (вище першого вигину критична швидкість) або поблизу резонанс, прогини змінюють ефективний розподіл маси, а балансування на низькій швидкості може бути неефективним на високій швидкості. Такі ротори класифікуються як гнучкі.
Ротори зі змінною геометрією (шаруваті вали, лопаті гелікоптера). Резонанс у системах ротор-опора-фундамент. Аеродинамічні та гідродинамічні сили, не пов'язані з розподілом маси. Щодо вентиляторів, див. ISO 14694 (специфічні для вентиляторів категорії BV та межі вібрації).
Типи дисбалансу
Дисбаланс = вісь інерції ротора ≠ вісь обертання. У векторній формі: U = m × r (г·мм). ISO 1940-1 класифікує три типи:
- Статичний дисбаланс: Вісь інерції паралельна осі обертання, але зміщена. Еквівалентна одинична незбалансована маса. Можна виправити в одній площині. Типові: шківи, вузькі шестерні, крильчатки вентиляторів (L/D < 0,5).
- Дисбаланс у парі: Вісь інерції проходить через центр мас, але нахилена. Результуюча сила дорівнює нулю, але пара сил гойдає ротор. Потрібно два літаки.
- Динамічний дисбаланс: Загальний випадок — поєднання статичного та парного дисбалансу. Вісь інерції не паралельна і не перетинається з віссю обертання. Потрібно два літаки. Більшість реальних роторів мають динамічний дисбаланс.
Питомий дисбаланс (ексцентриситет)
G-клас визначається як добуток e × ω (мм/с) — лінійна швидкість центру мас ротора, що обертається навколо осі обертання. Це єдине число характеризує якість балансування незалежно від розміру ротора та його швидкості.
Система G-Grade — фізична основа
Масова подібність
Для геометрично подібних роторів: Uза ∝ M → питомий дисбаланс eза має бути постійним. Один стандарт застосовується для всіх розмірів.
Схожість швидкості
Відцентрова сила F = M·e·ω². Для підтримки прийнятних навантажень на підшипник за різних швидкостей, eза має зменшуватися зі збільшенням ω:
Розрахунок допустимого залишкового дисбалансу
Дано: Робоче колесо відцентрового вентилятора, M = 200 кг, n = 1500 об/хв, G 6,3.
Всього: Uза = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 г·мм
Ексцентриситет: eза = 8 021 / 200 = 40,1 мкм
На площину (симетричну, 2): 8 021 / 2 = 4 011 г·мм
При R = 400 мм: 4 011 / 400 = 10,0 г на площину
Швидкість у формулі має бути найвищою робочою швидкістю обертання, а не швидкістю балансувального верстата. Багато роторів балансують при 300–600 об/хв, але для допуску слід використовувати фактичну робочу швидкість (наприклад, 1480 об/хв). Використання швидкості балансувального верстата призводить до небезпечно завеликих допусків.
Розподіл по площинах корекції
Uза застосовується до центру мас ротора. На практиці балансування у двох площинах (біля підшипників). Правила розділу 7:
Симетричні ротори
CoM у середині → дорівнює: UL = UР = Uза / 2.
Асиметричний міжпідшипниковий
Консольні ротори
Консольна маса створює згинальний момент, що навантажує обидва підшипники. Потрібен перерахунок на основі моменту → зазвичай набагато жорсткіший допуск на консольній площині. Типово для насосів, одноступеневих компресорів, консольних робочих коліс вентиляторів.
Помилки та перевірка
Джерела помилок
- Систематичні: Дрейф калібрування машини, ексцентрикові оправки, вплив шпонкової канавки (ISO 8821), теплова деформація.
- Випадкове: Шум датчика, люфт опори, варіація посадки ротора.
Загальна похибка не повинна перевищувати 10–15% допуску. Якщо вона більша, відповідно зменште робочий допуск.
Ефекти складання
Балансування компонентів ≠ балансування вузла. Ексцентриситет муфти, радіальне биття, нещільне прилягання можуть звести нанівець роботу компонентів. Виконайте балансування зібраного ротора підлаштуванням.
Методи перевірки
- Індексний тест: Поверніть ротор на 180° на оправці, повторіть вимірювання. Зміна = помилка кріплення.
- Пробне випробування ваги: Додайте відому масу, перевірте, чи виміряна зміна вектора відповідає очікуванню.
- Польова перевірка: Вимірюйте вібрацію підшипників за ISO 10816.
The Balanset-1A автоматизує ISO 1940-1: введіть масу, швидкість, клас G → миттєво отримайте Uза з автоматичним розподілом по площинах. Після балансування порівнює залишковий дисбаланс із граничним значенням. Функція F6 Reports генерує офіційний протокол, що документує досягнутий клас G. Точність ±5% за швидкістю, ±1° за фазою — достатня для G 16–G 2.5. Balanset-4 поширюється на чотири канали для складних роторів з кількома підшипниками.
Приклади виконаних робіт
Ротор: 15 кВт, 1460 об/хв, 35 кг, симетричний міжпідшипниковий.
Толерантність: Uза = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 г·мм → 721/площину.
При R = 80 мм: 721 / 80 = 9,0 г/площину. Збалансовано в цеху: залишок 180 г·мм. ✅
Ротор: Вал + робоче колесо 18 кг, 2950 об/хв. Робоче колесо 6 кг, виліт 120 мм. Міжпідшипниковий проміжок 250 мм.
Всього: Uза = 367 г·мм. Розподіл моменту: спереду ≈ 202, ззаду ≈ 165 г·мм.
Збалансовано в польових умовах з Balanset-1A одноплощинне: 8,5 г при 230°. Кінцевий залишковий дисбаланс: 95 г·мм. ✅
Ротор: 3-ступеневий, 65 кг, 12 000 об/хв. Злегка асиметричний.
Толерантність: Uза = 129 г·мм → 65/площина → при R = 95 мм: 0,68 г/площину.
Точність менше грама → лише цеховий високошвидкісний верстат. Індексний тест: похибка оправки < 5 г·мм. Кінцевий залишковий дисбаланс: 28 г·мм/площину. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- Значення, формули, таблиці застосування для оцінки G — ідентичні. Без технічних змін.
- Серія ISO 21940: Частина 11 (якість), Частина 12 (гнучкість), Частина 14 (процедури), Частина 21 (описи), Частина 31 (вразливість), Частина 32 (ключі).
- Обидва позначення використовуються на практиці як взаємозамінні.
- ISO 14694 Категорії BV безпосередньо посилаються на класи G.
Пов'язані стандарти
- ISO 21940-11: Цей стандарт — система класу G.
- ISO 21940-12: Балансування гнучких роторів.
- ISO 10816 / ISO 20816: Оцінка вібрації — експлуатаційний результат якості балансування.
- ISO 14694: Специфічні для вентиляторів категорії BV, класи балансування та межі вібрації.
- ISO 8821: Вплив шпонкової канавки (правило напівшпонки).
- API 610 / API 617: Нафтові насоси/компресори згідно з ISO 1940.
Офіційний стандарт: ISO 1940-1 у магазині ISO →
Часті запитання — ISO 1940-1
Система якості балансування класу G для жорстких роторів
Пов'язані статті глосарію
Баланс згідно з ISO 1940-1 — У польових умовах
Портативні балансувальники Vibromera оснащені вбудованими калькуляторами допусків ISO 1940, автоматичним розподілом площин та формальними звітами про балансування, що документують досягнутий клас G.
Переглянути балансувальне обладнання →
