ISO 1940-2 - Похибки балансування (тепер ISO 21940-14)
Історичний стандарт для оцінювання похибок балансування жорстких роторів — систематичних, випадково змінних і скалярних джерел похибок у процесі балансування. Скасований і замінений на ISO 21940-14:2012. Сама термінологія балансування визначена в ISO 21940-2 (раніше ISO 1925) і коротко викладена нижче.
Інженери Vibromera й досі звертаються до класифікації похибок ISO 1940-2 під час пошуку причин залишкового дисбалансу, який зберігається після коригування портативними приладами, такими як Balanset-1A.
Ключові терміни балансування з першого погляду
Найважливіші визначення зі словника термінів балансування ISO — ISO 21940-2 (раніше ISO 1925) — терміни, які повинен знати кожен фахівець із балансування
Повний термінологічний довідник
Усі основні терміни зі словника балансування, ISO 21940-2 (раніше ISO 1925), організовані за категоріями
| Термін | Визначення | Значення |
|---|---|---|
| Ротор Ротор | Тіло, здатне обертатися навколо визначеної осі. У контексті балансування включає будь-який обертовий компонент: вали, робочі колеса, якорі, барабани, шпинделі. | Основний об'єкт балансування. Усі інші терміни описують властивості ротора або дії щодо нього. |
| Ротор Жорсткий ротор | Ротор, дисбаланс якого можна виправити в будь-яких двох довільних площинах, і після виправлення залишковий дисбаланс суттєво не змінюється на будь-якій швидкості аж до максимальної робочої швидкості. | Визначає, що ISO 1940-1 (застосовується система класів G). Балансування на низькій швидкості на цеховому верстаті є коректним. Переважна більшість промислових роторів є жорсткими. |
| Ротор Гнучкий ротор | Ротор, який пружно деформується на своїй робочій швидкості таким чином, що змінюється стан його дисбалансу. Повинен бути виправлений на робочій швидкості або близькій до неї у більш ніж двох площинах. | Вимагає ISO 21940-12. Високошвидкісні турбіни, великі генератори, багатоступінчасті компресори. Потрібне спеціалізоване високошвидкісне балансувальне обладнання. |
| Ротор Вісь вала | Пряма лінія, що з'єднує центри опорних шийок. Геометрична вісь обертання. | Вісь відліку для всіх вимірювань дисбалансу. Биття шийок впливає на точність вимірювання. |
| Ротор Головна вісь інерції | Вісь, навколо якої ротор вільно обертатиметься, не створюючи відцентрової сили чи моменту. Збігається з віссю вала для ідеально збалансованого ротора. | Невідповідність між головною віссю та віссю вала є дисбаланс. Будь-яка корекція спрямована на вирівнювання цих двох осей. |
| Ротор Центр мас (гравітації) | Точка, де можна вважати зосередженою всю масу ротора. Для збалансованого ротора лежить точно на осі вала. | Статичний дисбаланс = зміщення центру мас від осі вала. Питомий дисбаланс (e) = відстань зміщення. |
| Ротор Робоча швидкість | Максимальна швидкість обертання, з якою ротор працює за призначенням. | Критично для розрахунку допуску: Uper = (9 549 × G × M) / n. Завжди використовуйте робочу швидкість, а не швидкість балансування. |
| Ротор Критична швидкість | Швидкість обертання, при якій система ротора та підшипників відчуває резонанс, що призводить до значно посиленої вібрації. | Визначає класифікацію жорсткого/гнучкого. Жорсткий ротор працює значно нижче першої критичної швидкості вигину. |
| Термін | Визначення | Формула / Одиниці вимірювання |
|---|---|---|
| Дисбаланс Дисбаланс | Умова, коли головна вісь інерції не збігається з віссю обертання. Виникає відцентрова сила, пропорційна масі, ексцентриситету та квадрату швидкості. | U = m × r (г·мм або кг·м) |
| Дисбаланс Статичний дисбаланс | Головна вісь паралельна осі обертання, але зміщена. Еквівалентна одній масі на одному радіусі. Виявляється без обертання (на ножових опорах). Синфазна вібрація підшипників. | Коригується у 1 площині |
| Дисбаланс Моментний дисбаланс | Головна вісь перетинає вісь обертання в центрі мас, але нахилена. Дві рівні, протилежні важкі точки в різних площинах створюють момент гойдання. Виявляється лише під час обертання. | Коригується у 2 площинах |
| Дисбаланс Динамічний дисбаланс | Загальний випадок: головна вісь не паралельна осі обертання і не перетинається з нею. Поєднання статичного та моментного дисбалансу. Найпоширеніша реальна умова. | Коригується у 2 площинах |
| Дисбаланс Питомий дисбаланс | Відношення дисбалансу до маси ротора. Показує ексцентриситет — зміщення центру мас відносно осі вала. Дозволяє порівнювати якість роторів різних розмірів. | e = U / M (мкм або г·мм/кг) |
| Дисбаланс Залишковий дисбаланс | Дисбаланс, що залишається в роторі після процесу балансування. Не повинен перевищувати допустиме значення (Uper) для зазначеного G-клас. | Ures ≤ Uper |
| Дисбаланс Початковий дисбаланс | Дисбаланс ротора у отриманому стані до будь-якої корекції балансування. Вимірюється під час першого запуску. | Вихідна точка для процедури балансування |
| Дисбаланс Вектор дисбалансу | Величина та кутове положення дисбалансу в заданій площині. Представляється як полярний вектор з амплітудою (г·мм) та фазовим кутом (°). | U∠θ (г·мм під кутом ° від опорної мітки) |
| Термін | Визначення | Практичні нотатки |
|---|---|---|
| Процес Балансування | Процес перевірки та регулювання розподілу маси ротора таким чином, щоб залишковий дисбаланс знаходився в межах заданого допуску. | Ітеративний: вимірювання → обчислення → виправлення → перевірка. |
| Процес Площина корекції | Площина, перпендикулярна до осі ротора, у якій масу додають або видаляють. Фізично доступне місце для розміщення вантажу. | Може відрізнятися від площин допусків (підшипників) — потрібне геометричне перетворення. |
| Процес Площина допуску | Площина, в якій задається допустимий дисбаланс — зазвичай площина підшипника. Дисбаланс тут безпосередньо впливає на навантаження на підшипник. | Uper вказано для площин допуску; має бути перетворено на площини корекції. |
| Процес Коригувальна маса | Фізична маса (вантаж), що додається до ротора або знімається з нього на певному радіусі та під певним кутом у площині корекції. | Додано: кріплення на кліпсах, болтах, зварювання, епоксидна смола. Видалено: свердління, фрезерування, шліфування. |
| Процес Пробний вантаж | Відома маса, тимчасово прикріплена до ротора під відомим радіусом та кутом під час процедури балансування. Використовується для визначення реакції ротора (коефіцієнта впливу). | Метод пробного вантажу Balanset-1A: прогін → прикріпити пробний вантаж → прогін → програмне забезпечення розраховує корекцію. |
| Процес Коефіцієнт впливу | Зміна вібраційного відгуку (амплітуди та фази) в точці вимірювання, спричинена одиничним дисбалансом у певному місці. Характеризує чутливість системи ротор-опори. | Розраховано на основі прогонів із пробним вантажем. Двоплощинне балансування вимагає матриці впливу 2×2. |
| Процес Балансування в одній площині | Процедура корекції статичного дисбалансу в одній площині корекції. Підходить для коротких (дископодібних) роторів з L/D < 0,5. | Balanset-1A Режим F2. Один датчик, одна площина. |
| Процес Двоплощинне балансування | Процедура корекції як статичного, так і моментного дисбалансу у двох площинах корекції. Необхідна для видовжених роторів або коли моментний дисбаланс є значним. | Balanset-1A Режим F3. Два сенсори, дві площини. |
| Процес Доводочне балансування | Остаточне точне балансування, що виконується на зібраному роторі для компенсації дисбалансу, спричиненого складанням (биття муфти, допуски посадки). | Часто виконується в польових умовах на встановленій машині. |
| Процес Розділення ваги | Розподіл розрахованої коригувальної маси між двома суміжними доступними місцями (наприклад, двома отворами для болтів або положеннями лопатей), коли точне кутове положення недоступне. | Balanset-1A забезпечує автоматичний розрахунок розподілу вантажу. |
| Термін | Визначення | Порівняння |
|---|---|---|
| Машина Балансувальна машина | Пристрій, який вимірює дисбаланс ротора (величину та кутове положення) для корекції розподілу маси. | Стаціонарні (майстерські) або польові (портативні, наприклад Balanset-1A). |
| Машина Машина з м'якими опорами | Підвіска дуже гнучка. Ротор обертається вище власної частоти підвіски. Вимірює фізичне переміщення. Повинно бути калібровано для кожної геометрії ротора. | Менш поширений сьогодні. Нижча вартість, але оператор повинен заново калібрувати машину для кожного ротора. Вимірювання переміщення. |
| Машина Машина з жорсткими опорами | Підвіска дуже жорстка. Ротор обертається нижче власної частоти підвіски. Датчики безпосередньо вимірюють відцентрову силу. Постійно калібрована — підходить для широкого спектру роторів без налаштування конкретного ротора. | Найпоширеніший тип у сучасній промисловості. Більш універсальна, швидше налаштовується. Вимірювання сили. |
| Машина Портативний балансувальний прилад | Портативний прилад, що використовується для балансування роторів на місці (встановлених у машині) без розбирання. Використовує датчики вібрації та тахометр. Метод пробного вантажу. | Balanset-1A (2-канальний) та Balanset-4 (4-канальний). Вбудований калькулятор допусків ISO 1940. |
| Машина Оправка (арбор) | Вал або адаптер, на якому встановлюється ротор для балансування на машині. Повинен бути точно концентричним та мати незначне биття. | Ексцентриситет оправки є основним джерелом систематичної похибки балансування. Перевіряється індексним випробуванням. |
| Термін | Визначення | Формула / Стандарт |
|---|---|---|
| Якість Клас якості балансу (G) | Класифікація, що визначає максимально допустиму швидкість центру мас ротора. G = eper × ω. Класи утворюють логарифмічну шкалу з коефіцієнтом 2,5. | G 0.4 … G 4000 Визначено в ISO 1940-1 |
| Якість Допустимий залишковий дисбаланс (Uper) | Максимальний залишковий дисбаланс, дозволений для заданого класу G, маси ротора та робочої швидкості. Критерій прийнятності. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Якість Допуск балансування | Діапазон, у якому має знаходитися залишковий дисбаланс, щоб відповідати заданим вимогам якості. Дорівнює Uper. | Визначається для кожної площини після розподілу |
| Якість Коефіцієнт зменшення дисбалансу (URR) | Співвідношення початкового дисбалансу до залишкового дисбалансу після одного циклу корекції. Вказує на ефективність балансувальної машини/процедури. | URR = Uпочатковий / Uзалишковий Типово: 5–50× |
| Вимірювання Фазовий кут | Кутове положення вектора дисбалансу відносно опорної позначки на роторі (вимірюється тахометром). У поєднанні з амплітудою визначає повний вектор дисбалансу. | ° (градуси, 0–360) |
| Вимірювання Швидкість вібрації (СКЗ) | Середньоквадратичне значення швидкості вібрації на корпусі підшипника. Стандартний параметр вимірювання для оцінки стану машини за ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Вимірювання Індексний тест | Процедура перевірки: повернути ротор на визначений кут (наприклад, 180°) відносно опор верстата та повторно виміряти. Виявляє помилки оправки та кріплення. | Необхідно для офіційної перевірки згідно з ISO 1940-1, розділ 10 |
| Вимірювання Мінімально досяжний залишковий дисбаланс (Umar) | Найнижчий залишковий дисбаланс, досяжний на даному балансувальному верстаті для конкретного ротора. Визначається чутливістю верстата, рівнем шуму та станом підшипників. | Umar має бути ≤ Uper щоб машина підходила для необхідного класу G. |
Що таке ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 2: Balance errors) був міжнародним стандартом для виявлення, оцінювання та врахування похибок, що виникають під час балансування жорстких роторів — від дисбалансу оправки та приводного вала до биття компонентів і розкиду показів приладів. Його скасовано та замінено на ISO 21940-14:2012 (Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 14: Procedures for assessing balance errors), який поширює ті самі процедури на ротори з гнучкою поведінкою. Примітка: його часто плутають із балансувальною термінологією — це інший стандарт, ISO 21940-2 (раніше ISO 1925), термінологію якого ця сторінка коротко викладає нижче.
Коли інженер у Німеччині задає "корекцію динамічного дисбалансу до G 6.3 у двох площинах", технік у Японії повинен точно розуміти, що саме вимагається — той самий стан ротора, та сама процедура балансування і той самий критерій приймання. Словник термінів балансування ISO — ISO 21940-2 (раніше ISO 1925) — робить це можливим, надаючи єдину міжнародно узгоджену термінологію для всієї галузі.
Сам ISO 1940-2, на відміну від цього, не був ані словником, ані специфікацією допусків — він стосувався balance errors. Він класифікував джерела похибок процесу балансування як systematic (можна оцінити величину й кут — наприклад, дисбаланс оправки або приводного вала, радіальне та осьове биття, шпонки та шпонкові пази, залишковий магнетизм, похибки повторного складання та інструментальні похибки), випадково змінні (незакріплені деталі, захоплені рідини, теплові деформації, аеродинамічний опір) та scalar (можна оцінити лише максимальну величину, кут невизначений — наприклад, монтажні зазори та виробничі допуски), і задавав процедури їх оцінювання та врахування, щоб залишковий дисбаланс справді залишався в межах допустимого значення Uper з ISO 1940-1 (тепер ISO 21940-11). Його наступник, ISO 21940-14, зберігає саме цю роль у серії ISO 21940.
Детальний аналіз термінів
Розмежування між жорстким і гнучким роторами
Це найважливіша класифікація в балансуванні. Ця відмінність визначає все: який стандарт застосовується, яке обладнання потрібне, скільки площин потрібно та з якою швидкістю потрібно виконувати балансування.
Ротор, дисбаланс якого можна виправити в будь-яких двох довільних площинах, і після виправлення залишковий дисбаланс суттєво не змінюється на будь-якій швидкості аж до максимальної робочої швидкості. Практичний тест: якщо перша згинальна критична швидкість значно перевищує максимальну робочу швидкість (зазвичай > 1,5× або більше), ротор є жорстким.
Ротор, який пружно деформується на своїй робочій швидкості таким чином, що змінюється його стан дисбалансу. Повинен бути збалансований на робочій швидкості або близькій до неї у більш ніж двох площинах. Застосовується до: великі турбогенератори, багатоступінчасті високошвидкісні компресори, довгі вали папероробних машин на високій швидкості. Охоплено ISO 21940-12.
Переважна більшість промислових роторів — електродвигунів, вентиляторів, насосів, маховиків, валів — є жорсткими роторами. ISO 1940-1 Система класу G застосовується безпосередньо до жорстких роторів.
Три типи дисбалансу
Словник термінів (ISO 21940-2) визначає три фундаментальні типи на основі геометричного співвідношення між головною віссю інерції та віссю обертання. Розуміння цього є важливим для вибору правильної процедури балансування:
- Статичний дисбаланс виробляє сила — обидва підшипники вібрують синфазно зі швидкістю 1× об/хв. Ротор можна виявити як незбалансований без обертання (гравітація виявляє його на лезах ножа). Достатньо однієї площини корекції. Типово для вузьких дископодібних роторів (L/D < 0,5): вузькі шківи, крильчатки вентиляторів, тонкі маховики.
- Моментний дисбаланс виробляє момент — підшипники вібрують на 180° поза фазою при 1× об/хв. Результуюча сила дорівнює нулю (центр мас знаходиться на осі), але дві рівні та протилежні важкі точки в різних осьових положеннях створюють пару коливань. Виявляється лише під час обертання. Потрібні дві площини корекції.
- Динамічний дисбаланс = статичне + пара вібрацій разом. Загальний випадок для всіх реальних роторів, які не є ідеально симетричними. Присутні як сила, так і момент. Підшипники вібрують зі швидкістю 1×, не будучи ні синфазними, ні зі зсувом точно на 180°. Потрібне двоплощинне балансування.
Питомий дисбаланс і зв'язок із класом G
Питомий дисбаланс (e = U/M) – це ключовий показник, який дозволяє універсальне порівняння якості балансу. Ротор масою 5 кг з дисбалансом 50 г·мм має e = 10 мкм. Ротор масою 500 кг з дисбалансом 5000 г·мм також має e = 10 мкм — ідентична якість балансу, незважаючи на різницю в масі в 100 разів.
G-клас розширює це шляхом включення швидкості: G = e × ω, що дає одне число (мм/с), яке характеризує якість балансу незалежно від маси та швидкості. Це основа ISO 1940-1 система допусків.
Площини корекції проти площин допуску
Словник проводить критично важливе розрізнення, яке на практиці часто не помічають:
- Площини допусків = площини підшипників, де вібрація та динамічні навантаження є найбільш критичними. Допустимий дисбаланс Uper зазначено тут.
- Площини корекції = фізично доступні місця, де можна розмістити вантажі (ступиця вентилятора, торцеві кільця двигуна, бурти вала). Часто в інших осьових положеннях, ніж підшипники.
Перетворення Uper Перехід від площин допуску до площин корекції вимагає знання геометрії ротора. Для асиметричних або консольних роторів це перетворення може суттєво змінити допуски для кожної площини. Balanset-1A автоматично обробляє це перетворення після введення розмірів ротора.
Типи балансувальних машин
Два основні типи машин відображають різні принципи фізичних вимірювань:
- М'якоопорна: Власна частота підвіски значно нижча за робочу швидкість → машина вимірює зміщення. Потрібне калібрування для кожного нового ротора. Має історичне значення; скорочується у використанні.
- Жорсткоопорна: Власна частота підвіски значно вища за робочу швидкість → машина вимірює сила. Постійно калібрований — приймає різні ротори без індивідуального калібрування. Домінуючий сучасний тип.
Прилади для балансування поля, такі як Balanset-1A використовують інший принцип: вони не є "машиною" у сенсі ISO, а використовують власні підшипники та опору ротора як систему вимірювання, застосовуючи метод пробної ваги (коефіцієнта впливу) для визначення корекції без необхідності використання спеціального балансувального верстата.
Перехресне посилання: де використовується кожен термін
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Використовує всі терміни допуску та якості — G-клас, Uper, допуск балансування, залишковий дисбаланс. Основний споживач цієї термінології.
ISO 14694: Використовує терміни ротора (жорсткий), терміни дисбалансу та доповнює їх категоріями застосування BV для вентиляторів, класами балансування і таблицями меж вібрації, характерними для вентиляторів.
ISO 10816 / ISO 20816: Використовує терміни вимірювання — швидкість вібрації, середньоквадратичне значення, точки вимірювання корпусу підшипника.
ISO 21940-12: Розширює гнучке визначення ротора за допомогою багатошвидкісних, багатоплощинних процедур.
API 610 / API 617: У нафтових стандартах для специфікацій насосів і компресорів використовуються посилання на класи G за стандартом ISO 1940 та термінологію дисбалансу.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Перехід
ISO 21940-14:2012 офіційно скасував і замінив ISO 1940-2:1997, будучи його технічним переглядом — основна зміна полягає в поширенні сфери застосування на ротори з гнучкою поведінкою. Словник термінів балансування пройшов окремий шлях: ISO 1925 було переглянуто як ISO 21940-2. Нумерація ISO 21940 відображає інтеграцію в комплексну серію ISO 21940, що охоплює всі аспекти балансування роторів. Старі позначення й досі широко трапляються в галузевій літературі.
Офіційний стандарт: ISO 21940-14:2012 (замінює ISO 1940-2) в ISO Store →
Часті запитання — ISO 1940-2
Похибки балансування, перехід ISO 21940 та термінологія балансування
▸ Що таке ISO 1940-2?
▸ Яка різниця між статичним та динамічним дисбалансом?
▸ Яка різниця між жорстким та гнучким ротором?
▸ Що таке залишковий дисбаланс?
▸ Яка різниця між площиною корекції та площиною допуску?
▸ М'якоопорний чи жорсткоопорний балансувальний верстат?
▸ Що таке питома неврівноваженість (ексцентриситет)?
Пов'язані статті глосарію
Розмовляйте мовою — з правильними інструментами
Балансувальні прилади Vibromera безпосередньо реалізують термінологію ISO: вибір класу G, вектори дисбалансу, площини корекції, порівняння залишкового та допустимого дисбалансу — усе це в одному портативному приладі.
Переглянути балансувальне обладнання →
