ISO 1940-1 — Yêu cầu chất lượng cân bằng dành cho rôto cứng
Tiêu chuẩn quốc tế cơ bản định nghĩa hệ thống chất lượng cân bằng cấp G — từ G 0.4 (con quay hồi chuyển) đến G 4000 (động cơ diesel hàng hải). Hiện đã được tích hợp vào ISO 21940-11, với các giá trị cấp G và phương pháp luận giống hệt nhau.
Mức mất cân bằng dư cho phép
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 — nhập dữ liệu rôto, lấy Umỗi
Kết quả — ISO 1940-1
Độ mất cân bằng dư cho phép
để tính toán dung sai
Các cấp chất lượng cân bằng G
Thang logarit với hệ số 2.5 giữa các cấp liền kề — từ G 0.4 siêu chính xác đến G 4000 hàng hải
| Hạng G | e·ω (mm/s) | Các loại rôto điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| G 0,4 | 0.4 | Con quay hồi chuyển, trục chính xác, ổ đĩa quang | Gần giới hạn của phương pháp cân bằng thông thường |
| G 1.0 | 1.0 | Bộ truyền động trục mài, máy ghi âm, rôto chính xác nhỏ | Yêu cầu điều kiện cực kỳ sạch sẽ |
| G 2.5 | 2.5 | Tuabin khí và hơi nước, máy phát điện tuabin, máy nén tuabin, động cơ tốc độ cao | Ngăn ngừa hư hỏng ổ trục sớm |
| G 6.3 | 6.3 | Quạt, máy bơm, bánh đà, động cơ điện, máy công cụ, cuộn giấy | Phổ biến nhất — cấp độ mặc định |
| G 16 | 16 | Trục Cardan (đặc biệt), máy móc nông nghiệp, máy nghiền, quạt hầm mỏ | Điều kiện khắc nghiệt, hoạt động mạnh mẽ |
| G 40 | 40 | Bánh xe và vành xe ô tô, trục các đăng (tiêu chuẩn), quạt quay chậm | Sự đa dạng về lốp xe là yếu tố chi phối. |
| G 100 | 100 | Động cơ hoàn chỉnh của ô tô, xe tải, đầu máy xe lửa. | Động cơ đốt trong dạng cụm lắp ráp |
| G 250 | 250 | Trục khuỷu của động cơ diesel tốc độ cao | Cấp độ thành phần |
| G 630 | 630 | Trục khuỷu của các động cơ 4 thì cỡ lớn, động cơ diesel hàng hải trên giá đỡ đàn hồi. | Máy chuyển động tịnh tiến tốc độ thấp cỡ lớn |
| G 1600 | 1600 | Trục khuỷu của các động cơ 2 thì cỡ lớn | Nền móng rất lớn và chậm chạp. |
| G 4000 | 4000 | Trục khuỷu của động cơ diesel hàng hải tốc độ thấp trên bệ đỡ cứng | Yêu cầu lỏng lẻo nhất |
| Loại rotor | Khối lượng (kg) | vòng quay mỗi phút | G | Bạnmỗi (g·mm) | Mỗi mặt phẳng | emỗi (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Động cơ nhỏ | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| quạt HVAC | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Cánh bơm | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Máy nén turbo | 120 | 8 000 | G 2.5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Cuộn giấy | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Quạt nhà máy điện | 350 | 990 | G 2.5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Trục mài | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Bánh xe ô tô | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
| Loại rotor | Phân bổ | Công thức | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Đối xứng | Chia đều | BạnL=UR=Umỗi/2 | Trường hợp đơn giản nhất. Động cơ, một vài quạt. |
| Không đối xứng giữa các ổ trục | Tỷ lệ | BạnL=Umỗi·(b/L) | Phương pháp phổ biến nhất. |
| Nhô ra (kiểu công xôn) | Dựa trên mômen | Phương trình tĩnh học | Dung sai chặt chẽ hơn đối với mặt phẳng nhô ra. |
| Hẹp (các mặt phẳng gần nhau) | Tách riêng tĩnh + ngẫu lực | Theo tiêu chuẩn ISO 21940-12 | Các hiệu ứng rung động khác nhau. |
Tiêu chuẩn ISO 1940-1 là gì?
Tiêu chuẩn ISO 1940-1 (Dao động cơ học — Yêu cầu chất lượng cân bằng của rôto ở trạng thái không đổi (cứng)) định nghĩa Hệ thống cân bằng chất lượng hạng G dành cho rôto cứng. Công thức Bạnmỗi = (9 549 × G × M) / n tính toán mất cân bằng dư cho phép mất cân bằng. Được thay thế bởi ISO 21940-11:2016 với các giá trị giống hệt nhau. Cấp mặc định cho máy móc công nghiệp: G 6.3.
Tiêu chuẩn ISO 1940-1 là tài liệu nền tảng cho việc cân bằng rôto trên toàn thế giới. Hệ thống cấp độ G của nó là ngôn ngữ thực tế của việc cân bằng: "cân bằng theo G 6.3" được mọi chuyên gia trên toàn cầu hiểu rõ. Tiêu chuẩn này bao gồm các rôto cứng từ các trục chính nhỏ chính xác đến các trục khuỷu lớn, cung cấp một khuôn khổ phổ quát để xác định, tính toán và kiểm chứng chất lượng cân bằng.
Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng cho cứng Rôto — những rôto có biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của lực ly tâm là không đáng kể trong toàn bộ dải tốc độ hoạt động. Rôto mềm (hoạt động trên tốc độ tới hạn uốn cong đầu tiên) được quy định trong tiêu chuẩn ISO 21940-12.
Khái niệm rôto cứng
Rôto được phân loại là cứng nếu sự phân bố khối lượng của nó không thay đổi đáng kể khi tốc độ thay đổi từ 0 đến tốc độ hoạt động tối đa. Hậu quả chính: Một rôto được cân bằng ở tốc độ thấp trên máy cân bằng sẽ vẫn giữ được sự cân bằng ở tốc độ hoạt động của nó. Điều này cho phép cân bằng ở tốc độ 300–600 vòng/phút trên máy trong xưởng, đồng thời đáp ứng dung sai ở tốc độ 3000 vòng/phút trở lên trong quá trình vận hành.
Nếu rôto hoạt động trong vùng siêu tới hạn (trên tốc độ tới hạn uốn bậc nhất tốc độ tới hạn) hoặc gần sự cộng hưởng, độ võng làm thay đổi phân bố khối lượng hiệu dụng, và việc cân bằng ở tốc độ thấp có thể không hiệu quả ở tốc độ cao. Những rôto như vậy được phân loại là rôto mềm.
Rôto có hình dạng thay đổi (trục khớp, cánh trực thăng). Cộng hưởng trong hệ rôto–gối đỡ–móng. Lực khí động và thủy động không liên quan đến phân bố khối lượng. Đối với quạt, xem Tiêu chuẩn ISO 14694 (các hạng mục BV và giới hạn rung dành riêng cho quạt).
Các loại mất cân bằng
Mất cân bằng = Trục quán tính của rôto ≠ trục quay. Ở dạng vectơ: U = m × r (g·mm). Tiêu chuẩn ISO 1940-1 phân loại ba loại:
- Sự mất cân bằng tĩnh: Trục quán tính song song với trục quay nhưng bị lệch. Tương đương với một khối lượng mất cân bằng duy nhất. Có thể hiệu chỉnh trong một mặt phẳng. Điển hình: ròng rọc, bánh răng nhỏ, cánh quạt (L/D < 0,5).
- Sự mất cân bằng trong mối quan hệ vợ chồng: Trục quán tính đi qua tâm khối lượng nhưng bị nghiêng. Tổng lực bằng không, nhưng ngẫu lực làm rôto lắc. Yêu cầu hai máy bay.
- Mất cân bằng động: Trường hợp tổng quát — tĩnh + ngẫu lực kết hợp. Trục quán tính không song song cũng không cắt trục quay. Yêu cầu hai máy bay. Hầu hết các rôto thực tế đều có sự mất cân bằng động.
Sự mất cân bằng cụ thể (Độ lệch tâm)
Hạng G được định nghĩa là sản phẩm e × ω (mm/s) — vận tốc tuyến tính của tâm khối lượng rôto quay quanh trục quay. Con số duy nhất này đặc trưng cho chất lượng cân bằng, độc lập với kích thước và tốc độ của rôto.
Hệ thống phân loại G-Grade — Cơ sở vật lý
Sự tương đồng về khối lượng
Đối với rôto có hình dạng hình học tương tự: Umỗi ∝ M → mất cân bằng riêng emỗi phải không đổi. Một tiêu chuẩn áp dụng cho mọi kích thước.
Độ tương đồng về tốc độ
Lực ly tâm F = M·e·ω². Để duy trì tải trọng ổ trục chấp nhận được ở các tốc độ khác nhau, emỗi phải giảm khi ω tăng:
Tính toán mất cân bằng dư cho phép
Được cho: Cánh quạt ly tâm, M = 200 kg, n = 1 500 vòng/phút, G = 6,3.
Tổng cộng: Bạnmỗi = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 g·mm
Độ lệch tâm: emỗi = 8 021 / 200 = 40,1 µm
Mỗi mặt phẳng (đối xứng, 2): 8 021 / 2 = 4 011 g·mm
Tại R = 400 mm: 4 011 / 400 = 10,0 g mỗi mặt phẳng
Tốc độ trong công thức phải là tốc độ vòng quay cao nhất trong quá trình vận hành — chứ không phải tốc độ của máy cân bằng. Nhiều rôto được cân bằng ở tốc độ 300–600 vòng/phút nhưng dung sai phải sử dụng tốc độ vận hành thực tế (ví dụ: 1480 vòng/phút). Sử dụng tốc độ của máy cân bằng sẽ tạo ra dung sai quá lỏng lẻo, gây nguy hiểm.
Phân bổ cho các mặt phẳng hiệu chỉnh
Bạnmỗi Áp dụng cho tâm khối lượng của rôto. Trên thực tế, cần cân bằng trên hai mặt phẳng (gần ổ trục). Quy tắc Chương 7:
Rôto đối xứng
Tâm khối lượng tại điểm giữa → bằng: UL = UR = Umỗi / 2.
Không đối xứng giữa các ổ trục
Rôto nhô ra
Khối lượng nhô ra tạo ra mômen uốn tác động lên cả hai ổ trục. Cần tính toán lại dựa trên mômen → thường có dung sai chặt chẽ hơn nhiều trên mặt phẳng nhô ra. Thường gặp ở máy bơm, máy nén một cấp, cánh quạt kiểu công xôn.
Lỗi và Xác minh
Nguồn lỗi
- Hệ thống: Sai lệch hiệu chuẩn máy, trục gá lệch tâm, ảnh hưởng của rãnh then (ISO 8821), biến dạng nhiệt.
- Ngẫu nhiên: Tiếng ồn cảm biến, độ rơ của giá đỡ, sự thay đổi về vị trí lắp đặt rôto.
Tổng sai số không được vượt quá 10–15% dung sai. Nếu lớn hơn, hãy siết chặt dung sai làm việc cho phù hợp.
Hiệu ứng lắp ráp
Cân bằng linh kiện ≠ cân bằng cụm lắp ráp. Độ lệch tâm khớp nối, độ lệch tâm hướng tâm, độ lỏng lẻo khi lắp ghép có thể làm mất tác dụng của việc cân bằng linh kiện. Cân bằng lại rôto đã lắp ráp.
Phương pháp xác minh
- Kiểm tra chỉ số: Xoay rôto 180° trên trục gá, đo lại. Thay đổi = sai số của đồ gá.
- Thử nghiệm cân nặng: Thêm khối lượng đã biết, xác minh sự thay đổi vectơ đo được có khớp với dự đoán hay không.
- Kiểm tra thực địa: Đo độ rung trên ổ trục theo Tiêu chuẩn ISO 10816.
The Balanset-1A Tự động hóa quy trình ISO 1940-1: nhập khối lượng, tốc độ, cấp độ G → U tức thìmỗi Với tính năng phân bổ mặt phẳng tự động. Sau khi cân bằng, so sánh phần dư với giới hạn. Chức năng Báo cáo F6 tạo ra một biên bản chính thức ghi lại cấp độ G đạt được. Độ chính xác ±5% vận tốc, ±1° pha — đủ cho G 16 đến G 2.5. Balanset-4 Mở rộng lên bốn kênh cho các rôto đa ổ trục phức tạp.
Ví dụ minh họa
Rotor: Công suất 15 kW, tốc độ 1460 vòng/phút, trọng lượng 35 kg, bố trí đối xứng giữa các ổ trục.
Dung sai: Bạnmỗi = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 g·mm → 721/mặt phẳng.
Tại R = 80 mm: 721 / 80 = 9,0 g/máy bay. Cân bằng trong xưởng: mất cân bằng dư 180 g·mm. ✅
Rotor: Trục + cánh quạt 18 kg, 2950 vòng/phút. Cánh quạt 6 kg, nhô ra 120 mm. Khoảng cách giữa các ổ trục 250 mm.
Tổng cộng: Bạnmỗi = 367 g·mm. Phân bổ mômen: phía trước ≈ 202, phía sau ≈ 165 g·mm.
Cân bằng tại hiện trường với Balanset-1A Một mặt phẳng: 8,5 g tại 230°. Cuối cùng: 95 g·mm. ✅
Rotor: 3 cấp, 65 kg, 12.000 vòng/phút. Hơi bất đối xứng.
Dung sai: Bạnmỗi = 129 g·mm → 65/mặt phẳng → tại R = 95 mm: 0,68 g/mặt phẳng.
Độ chính xác dưới gam → chỉ dành cho máy tốc độ cao trong xưởng. Kiểm tra chỉ số: sai số trục gá < 5 g·mm. Kết quả cuối cùng: 28 g·mm/mặt phẳng. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- Giá trị, công thức, bảng ứng dụng cấp G — giống hệt nhau. Không có thay đổi kỹ thuật nào.
- Bộ tiêu chuẩn ISO 21940: Phần 11 (chất lượng), Phần 12 (rôto mềm), Phần 14 (quy trình), Phần 21 (mô tả), Phần 31 (độ nhạy), Phần 32 (then).
- Trên thực tế, cả hai thuật ngữ này đều được sử dụng thay thế cho nhau.
- Tiêu chuẩn ISO 14694 Các hạng mục BV tham chiếu trực tiếp đến hạng G.
Tiêu chuẩn liên quan
- Tiêu chuẩn ISO 21940-11: Tiêu chuẩn này là hệ thống cấp G.
- ISO 21940-12: Cân bằng rôto linh hoạt.
- ISO 10816 / ISO 20816: Đánh giá độ rung — kết quả hoạt động của chất lượng cân bằng.
- Tiêu chuẩn ISO 14694: Các hạng mục BV, cấp cân bằng và giới hạn rung dành riêng cho quạt.
- ISO 8821: Ảnh hưởng của rãnh then (quy ước nửa then).
- API 610 / API 617: Máy bơm/máy nén dầu mỏ theo tiêu chuẩn ISO 1940.
Tiêu chuẩn chính thức: Tiêu chuẩn ISO 1940-1 trên ISO Store →
Câu hỏi thường gặp — ISO 1940-1
Hệ thống cân bằng chất lượng cấp G dành cho rôto cứng.
Các bài viết liên quan trong thuật ngữ
Cân theo tiêu chuẩn ISO 1940-1 — Tại hiện trường
Các thiết bị cân bằng di động Vibromera tích hợp sẵn máy tính dung sai ISO 1940, chức năng tự động phân bổ mặt phẳng và báo cáo cân bằng chính thức ghi lại cấp độ G đạt được.
Xem các thiết bị cân bằng →
