Что устраняет балансировка
Балансировка изменяет распределение массы ротора так, чтобы остаточный дисбаланс укладывался в заданный допуск. Она уменьшает синхронное возбуждение опор, но сама по себе не исправляет погнутый вал, повреждённый подшипник, перекос муфты или резонанс корпуса. Поэтому перед установкой корректирующих грузов проверяют сборку, крепления, чистоту колеса и биение посадочных поверхностей. Иначе получится компенсировать временное загрязнение или другую неисправность, а после её устранения новый дисбаланс появится снова.
У вентилятора причиной может быть неодинаковая масса лопаток, у шлифовального круга — неравномерность материала, у ремонтируемого ротора — замена детали и нарушение взаимного положения частей. Результат зависит от комплектации: балансировка голого вала не гарантирует качества сборки с муфтой, шпонкой и рабочим колесом. В протоколе указывают, какие детали присутствовали и как учитывалась шпонка. Повторная сборка должна сохранять предусмотренное угловое положение сопряжений.
Статический дисбаланс и моментная составляющая
Дисбаланс одной массы определяется произведением U = m·e, где m — масса, e — расстояние её центра от оси вращения. Для всего ротора используют векторную сумму дисбалансов. При статическом дисбалансе центр масс смещён относительно оси: свободный ротор на подходящих опорах стремится повернуться тяжёлой стороной вниз. Однако такой опыт не выявляет всякую неуравновешенность.
Две одинаковые массы, расположенные в разных поперечных плоскостях на противоположных сторонах, могут иметь нулевой суммарный статический дисбаланс и ненулевой момент дисбаланса. При вращении они возбуждают пару сил. Поэтому отсутствие тяжёлой стороны ещё не означает динамической уравновешенности. Для исправления общего случая жёсткого ротора нужны две независимые плоскости коррекции. Одноплоскостная процедура применима лишь там, где моментная составляющая несущественна для требуемого допуска и конструкции.
| Случай | Что наблюдают | Как выбирают коррекцию |
|---|---|---|
| Узкий диск с преимущественно статической составляющей | Результирующее смещение массы | Одна плоскость после проверки применимости |
| Протяжённый жёсткий ротор | Результирующий дисбаланс и момент | Две плоскости, раздельные допуски |
| Гибкий ротор | Изменение формы колебаний с частотой | Специальная процедура по рабочим режимам |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Числовой пример: масса, радиус и сила
Рассмотрим учебную модель одной эксцентричной массы, а не расчёт конкретного станка. Масса 20 г находится на радиусе 50 мм. Тогда U = 20·50 = 1000 г·мм = 0,001 кг·м. При частоте вращения n = 3000 об/мин угловая скорость ω = 2πn/60 = 314,16 рад/с. Амплитуда вращающейся центробежной силы F = Uω² = 98,70 Н. При 1500 об/мин эта сила равна 24,67 Н: уменьшение скорости вдвое уменьшает возбуждение в четыре раза.
Если корректирующая масса устанавливается на радиусе 100 мм, для компенсации этого одиночного дисбаланса требуется mк = U/r = 1000/100 = 10 г на противоположной стороне. Это геометрический результат для идеальной модели. В реальной машине угол определяют с учётом измеренной фазы и процедуры станка; направление максимума вибрации не является автоматически направлением тяжёлой точки. Также сила 98,70 Н не задаёт виброскорость корпуса: её определяют жёсткость, демпфирование и частотная характеристика системы.
Допуск и границы модели
Класс качества балансировки связывает допустимый удельный остаточный дисбаланс с угловой скоростью. При заданном для примера G = 6,3 мм/с и n = 3000 об/мин получается eдоп = G/ω = 0,02005 мм. Для ротора массой 10 кг соответствующий суммарный дисбаланс составляет 200,5 г·мм. Значение G здесь принято как исходное условие, а не рекомендовано для всех роторов; распределение допуска между плоскостями нельзя заменить делением пополам без проверки геометрии.
ISO 21940-11 рассматривает роторы с жёстким поведением, включая число плоскостей, остаточный дисбаланс и погрешности балансирования. Гибкое поведение относится к другой части серии. Жёсткость в этом смысле означает допустимость модели неизменяемого распределения дисбаланса для рассматриваемых режимов, а не бытовое ощущение массивного вала. При приближении к критическим скоростям и заметных изгибных деформациях простой расчёт корректирующей массы недостаточен.
Последовательность работы и приёмка
Сначала фиксируют рабочую скорость, состав сборки, требования изготовителя и состояние посадок. Затем снимают исходные амплитуды и фазу, выбирают безопасные плоскости и способы коррекции. Метод коэффициентов влияния использует изменение вектора вибрации от известного пробного дисбаланса; для двух плоскостей определяют взаимное влияние обеих коррекций на точки измерения. Пробный груз должен иметь рассчитанное крепление и допустимую центробежную нагрузку. Работы проводят с ограждением и предусмотренным ограничением доступа.
После коррекции выполняют контрольный пуск, измеряют остаточные значения и проверяют повторяемость. Приёмка содержит скорость, массы и радиусы коррекции, углы, исходные и конечные результаты, допуски и применённую методику. Полезно отдельно проверить рабочую вибрацию уже установленной машины: соответствие допуска по остаточному дисбалансу не заменяет оценку всей установки. Если результат нестабилен, проверяют крепление груза, загрязнение, люфт и влияние режима, прежде чем повторять коррекцию.
Первичные источники
Область применения стандарта проверена по официальной карточке; учебные вычисления выполнены Fits Calc независимо.
- ISO 21940-11:2016 — процедуры и допуски для роторов с жёстким поведением.
- ISO 21940-11:2016/Amd 1:2022 — поправка к стандарту.