Межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 1940-2-99 "Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 2. Учет погрешностей оценки остаточного дисбаланса" (принят постановлением Государственного комитета РФ по стандартизации и метрологии от 21 июня 2000 г. N 162-ст)

Mechanical vibration. Balance quality requirements of rigid rotors. Part 2. Balance errors

Дата введения 1 января 2001 г.

Введен впервые

Введение

Качество балансировки жесткого ротора определяют в процессе проведения процедуры балансировки в соответствии с ГОСТ 22061 по результатам измерений остаточного дисбаланса. Эти измерения могут содержать погрешности самой разнообразной природы, что вызывает необходимость их учета для формирования окончательного заключения о качестве проведенной балансировки. В настоящем стандарте указаны наиболее типичные виды погрешностей, а также факторы, их вызывающие, и даны рекомендации по оценке этих погрешностей. Кроме того, представлен обобщенный метод оценки остаточного дисбаланса в присутствии указанных факторов.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы определения погрешностей оценки остаточного дисбаланса (далее - погрешности балансировки) жестких роторов (далее - роторы), а также условия приемки роторов в соответствии с требованиями ГОСТ 22061 при наличии погрешностей балансировки.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 19534-74 Балансировка вращающихся тел. Термины

ГОСТ 22061-76 Машины и технологическое оборудование. Система классов точности балансировки. Основные положения

ГАРАНТ:

Приказом Росстандарта от 25 января 2008 г. N 6-ст взамен ГОСТ 22061-76 с 1 июля 2008 г. введен в действие для добровольного применения в РФ ГОСТ ИСО 1940-1-2007 "Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса"

3 Определения

В настоящем стандарте применяют термины по ГОСТ 16504 и ГОСТ 19534.

4 Виды погрешностей балансировки

Погрешность балансировки представляет собой разность между остаточным дисбалансом ротора и его оценкой, полученной в ходе балансировки (1), т. е. является векторной величиной. Погрешности балансировки подразделяют на следующие виды:

а) систематическая погрешность - не изменяется от измерения к измерению, проводимых в одних и тех же условиях; ее модуль и угол могут быть оценены посредством либо расчета, либо измерения;

б) случайная погрешность - ее модуль и угол изменяются непредсказуемым образом для различных пусков при одних и тех же условиях.

Ниже приведен перечень причин возникновения погрешностей (2).

Их разделение по видам вызываемых погрешностей является условным и зависит от используемой технологии балансировки (на балансировочных станках, на месте установки, с использованием дополнительных приспособлений, балансировка ротора в сборе или по частям и т. п.).

Некоторые из погрешностей более подробно обсуждены в приложении А.

4.1 Систематические погрешности

Систематические погрешности могут быть вызваны:

а) дисбалансом приводного вала балансировочного станка;

б) дисбалансом оправки;

в) радиальными и осевыми биениями деталей привода на оси вала ротора;

г) радиальными и осевыми биениями деталей, используемых для крепления составных частей ротора, или оправки (см. 5.2);

д) несоосностью цапф ротора и поверхности опоры, используемой при балансировке;

е) радиальными и осевыми биениями в подшипниках качения, которые не используют при эксплуатации ротора, а применяют только для установки ротора на балансировочном станке;

ж) радиальными и осевыми биениями вращающихся колец (и их дорожек) подшипников качения, используемых при эксплуатации, которые устанавливают после балансировки;

з) дисбалансом, вызываемым шпонкой или шпоночной канавкой;

и) остаточным магнетизмом ротора или оправки;

к) погрешностями, вызываемыми повторной сборкой ротора;

л) погрешностями, вызываемыми балансировочными приспособлениями;

м) разницей в посадочных диаметрах вала ротора и балансировочной оправки;

н) дефектами карданных соединений.

4.2 Случайные погрешности

Случайные погрешности могут быть вызваны:

а) неплотной посадкой деталей;

б) захваченными при вращении ротора жидкими или твердыми частицами;

в) влиянием температурных эффектов;

г) влиянием сопротивления воздуха;

д) использованием для соединения с приводом муфт с зазором;

е) прогибом тяжелых роторов в состоянии покоя вследствие влияния силы тяжести.

Из числа случайных погрешностей выделяют такие, для которых можно заранее оценить максимальное значение модуля, но угол которых остается неизвестным (3);

ж) зазоры в соединениях, которые после проведения процедуры балансировки должны быть разобраны;

з) увеличенный зазор в карданных соединениях;

и) повышенный зазор на оправке или валу;

к) конструктивные или производственные допуски;

л) эксцентриситет роликов опоры балансировочного станка, если их диаметры равны или близки диаметру цапфы ротора или их отношение составляет целое число.

5 Оценки погрешностей

5.1 Общие положения

Погрешности балансировки, вызываемые балансировочным оборудованием и аппаратурой, могут возрастать в зависимости от значения дисбаланса. Поэтому необходимо предпринимать все усилия для изготовления ротора с минимальным исходным дисбалансом. Кроме того, при анализе причин появления дисбаланса на стадии проектирования можно ограничить влияние некоторых из этих причин, например объединяя несколько элементов в один или уменьшая допуски зазоров. Следует сравнить расходы, вызываемые принятием более жестких допусков, с выгодой, получаемой от лучшей уравновешенности ротора. Если упомянутые причины появления дисбаланса устранить или ограничить до приемлемого уровня не удается, желательно оценить влияние этих причин расчетным методом.

5.2 Погрешности балансировки вследствие посадки деталей с осевым и радиальным эксцентриситетом

Если полностью уравновешенные детали ротора устанавливают с эксцентриситетом по отношению к оси вала ротора, остаточный статический дисбаланс U_s будет равен произведению массы m детали на эксцентриситет е:

      U  = m x e.                                                     (1)

       s

Дополнительный моментный дисбаланс появляется, если данную деталь устанавливают с эксцентриситетом в плоскости (перпендикулярной к оси вращения), не проходящей через центр масс ротора. Причем чем больше будет расстояние от центра масс, тем больше будет порождаемый моментный дисбаланс.

Если полностью уравновешенную деталь устанавливают таким образом, что ее главная ось инерции пересекается с осью вала ротора, но ее центр масс лежит на оси ротора, данная деталь будет вносить чисто моментный дисбаланс. Для небольших угловых отклонений Дельта гамма результирующий моментный дисбаланс D_c будет приблизительно равен произведению разности между моментами инерции относительно поперечной оси, проходящей через центр масс детали, I_x и относительно вышеупомянутой главной оси инерции I_z на угол Дельта гамма в радианах:

      D  приблизительно = (I  - I ) x Дельта гамма.                   (2)

       c                    x    z

(Данное положение справедливо только для деталей, чья поверхность представляет собой тело вращения.)

Если имеет место как радиальный, так и осевой эксцентриситет, каждую погрешность следует рассчитывать по отдельности с учетом того места, где она проявляется: на опоре или в плоскости коррекции, - с последующим векторным суммированием.

5.3 Оценка погрешностей в процессе балансировки на балансировочном станке

При балансировке на балансировочном станке погрешности балансировки могут зависеть от типа ротора, способа опирания и привода ротора, конструкции опоры балансировочного станка (подшипники, дополнительные опоры и т. д.), системы преобразования и считывания колебаний. Определив источник наибольших ошибок, можно впоследствии либо уменьшить его воздействие, либо произвести соответствующую коррекцию при расчете остаточного дисбаланса.

Систематические погрешности балансировочного станка должны быть устранены или скорректированы, а случайные погрешности не должны превышать порога чувствительности данного станка по дисбалансу. Если оценку погрешности балансировки проводят на балансировочном станке в условиях, когда масса ротора или расположение измерительных плоскостей значительно отличаются от имевших место при испытаниях балансировочного станка, следует провести дополнительные испытания с использованием данного ротора, с тем чтобы определить порог чувствительности по дисбалансу для заданного расположения измерительных плоскостей.

5.4 Экспериментальная оценка случайных погрешностей

Если есть предположения о наличии значительных случайных погрешностей, необходимо произвести несколько пусков для оценки значений этих погрешностей. При этом важно убедиться, что случайные ошибки на самом деле являются случайными для каждого пуска (например, устанавливая различные начальные угловые положения ротора при каждом пуске).

Значение погрешности может быть определено посредством стандартных статистических процедур. В большинстве случаев можно рекомендовать следующий приближенный расчет.

На графике откладывают измеренные векторы остаточного дисбаланса и определяют средний вектор ОА для всех пусков (рисунок 1).

Описывают окружность минимального радиуса с центром в точке А, охватывающую все точки измерений. Вектор ОА представляет собой оценку остаточного дисбаланса, а радиус окружности может служить в качестве оценки максимальной погрешности при единичном измерении. Точность данного метода повышается с увеличением числа пусков.

В некоторых случаях, например когда одна из точек лежит на большом расстоянии от других, оценка погрешности может получиться неоправданно большой. Здесь для определения погрешности может потребоваться более детальный анализ.

5.5 Экспериментальная оценка систематических погрешностей

Большинство систематических погрешностей может быть обнаружено посредством индексной балансировки, заключающейся в следующем. Ротор попеременно устанавливают в двух угловых положениях (относительно привода или оправки), отличающихся друг от друга на 180°. В обоих положениях по нескольку раз измеряют дисбаланс. Если векторы ОА и ОВ, как изображено на рисунке 2, представляют собой средние векторы дисбаланса ротора для этих двух положений, для каждой измерительной плоскости может быть построена диаграмма, где точка С соответствует середине расстояния АВ. Тогда вектор ОС будет представлять собой вектор систематической ошибки, а векторы СА и СВ - векторы остаточных дисбалансов ротора для начальных положений ротора под углом 0° и 180° соответственно.

Примечание - В описанной процедуре предполагалось, что при установке в начальное положение ротор поворачивается относительно отметчика фазы. Если же положение отметчика фазы остается неизменным относительно углового положения ротора, вектор ОС будет представлять собой остаточный дисбаланс ротора, а векторы СА и СВ - систематические погрешности для двух начальных положений отметчика фазы.

6 Определение общей погрешности балансировки

Систематическая погрешность, амплитуда и фаза которой известны, может быть устранена, например посредством установки временных корректирующих масс в процессе балансировки или же путем математической коррекции результатов. Если систематические погрешности не устранены или не могут быть устранены каким-либо из этих способов, они должны быть объединены, как показано ниже, со случайными и скалярными погрешностями.

Пусть |Дельта U_i| - модуль нескорректированной погрешности, вызываемой какой-либо причиной, предпочтительно оцененной с достаточной доверительной вероятностью; Дельта U - общая нескорректированная погрешность. Тогда гарантированную оценку общей погрешности можно получить по формуле

      Дельта U = сумма (|Дельта U |).                                 (3)

                                 i

Даже в случае наиболее неблагоприятного сочетания погрешностей от различных источников использование данного значения в соответствии с критерием, приведенным в разделе 7, обеспечивает приемлемое качество ротора.

Формула (3) основана на наиболее пессимистичном предположении, что все нескорректированные погрешности имеют одну и ту же фазу и, следовательно, должны складываться алгебраически.

Если обнаруживается, что при использовании данной формулы в соответствии с критериями раздела 7 общая нескорректированная погрешность будет вызывать выход остаточного дисбаланса ротора за пределы допуска, рекомендуется попытаться уменьшить наиболее значительные источники погрешности.

В некоторых случаях допустим статистический подход, учитывающий то, что совпадение фазы у погрешностей разной природы маловероятно. В качестве общей погрешности Дельта U может быть взято среднее квадратическое значение

                                    2 V2

      Дельта U = (сумма (|Дельта U | )  ).                            (4)

                                  i

Указанную процедуру выполняют для каждой плоскости измерений. При наличии соответствующих условий можно провести оценку погрешностей по измерениям на достаточно большой выборке роторов. При этом предполагается, что для однотипных роторов, произведенных и собранных в схожих условиях, будут наблюдаться погрешности одного значения.

В условиях массового производства роторов может потребоваться, по согласованию между поставщиком и пользователем, определение общей погрешности в результате применения специальных статистических процедур.

7 Критерии приемки

Пусть для каждой измерительной плоскости U_per - допустимый остаточный дисбаланс в соответствии с ГОСТ 22061; U_rm - измеренный остаточный дисбаланс по результатам единичного пуска (4) после проведения коррекции систематической погрешности известной амплитуды и фазы; Дельта U - общая погрешность, как определено в разделе 6.

Состояние уравновешенности ротора будет рассматриваться производителем как удовлетворительное, если выполняется следующее условие:

      U   <= U    - Дельта U.                                         (5)

       rm     per

Погрешность Дельта U можно не принимать в расчет, если она составляет менее 5% U_per.

Если пользователь осуществляет дополнительный контроль качества балансировки ротора, последний будет принят при выполнении условия

      U   <= U    + Дельта U.                                         (6)

       rm     per

Если данное условие не выполняется, может потребоваться пересмотр или повторение процедуры балансировки.

Примечание - При оценке качества балансировки следует учитывать прогнозируемое изменение дисбаланса в процессе хранения и транспортировки.

______________________________

(1) Следует иметь в виду, что в промежутке между балансировкой ротора и началом его эксплуатации дисбаланс ротора может измениться, например в результате транспортировки. Такие изменения не относят к погрешностям балансировки, однако их, по возможности, также следует оценивать и учитывать при приемке ротора в соответствии с выбранным критерием.

(2) Вклад в погрешность балансировки вносят также погрешности измерительной системы. Они не зависят от балансируемого ротора и должны быть определены и, по возможности, сведены к минимуму до проведения процедуры балансировки; однако нескомпенсированные погрешности измерительной системы также должны быть приняты во внимание при оценке общей погрешности балансировки.

(3) В англоязычной литературе такие погрешности называют "скалярными" (scalar errors), подразумевая, что для данной погрешности определено только одно, скалярное значение, хотя под "скалярной погрешностью" понимают на самом деле векторную величину.

(4) Измерения остаточного дисбаланса могут быть проведены, например одним из следующих методов: на балансировочном станке; с помощью аппаратуры измерения амплитуды и фазы сигнала и расчетом по методу коэффициентов влияния. Для более точной оценки возможно использование нескольких пусков с установкой известных пробных масс под различными углами в обеих плоскостях коррекции.