Vyvažovací stroje: typy, funkce a jak vybrat správný stroj

Správný vyvažovací stroj snižuje vibrace a opotřebení, zajišťuje kvalitu výrobku a lze jej přizpůsobit rotoru, objemu výroby a výrobnímu procesu. Dnes jsou individuálně přizpůsobená vyvažovací řešení k dispozici prakticky pro každé průmyslové odvětví, od kusové výroby až po plně automatizovanou velkosériovou výrobu.
Který vyvažovací stroj je pro vás vhodný, závisí na třech klíčových otázkách: Jaký tvar a konstrukci má váš rotor? Jaká jakost vyvážení je požadována? Jaký je váš objem výroby?

• Válcové rotory s vlastními hřídelovými čepy: horizontální vyvažovací stroje
• Kotoučové rotory bez hřídele: vertikální nebo statické vyvažovací stroje
• Jednotlivé díly, prototypy a malé série: ručně obsluhované univerzální vyvažovací stroje
• Velkosériová výroba: poloautomatické a plně automatické vyvažovací systémy
• Rotory zabudované ve stroji: přenosná vyvažovací zařízení pro provozní vyvažování

Vyvažovací stroj uloží rotor, změří jeho nevyváženost a vypočítá potřebnou korekci. V závislosti na typu stroje a použití probíhá měření a vyhodnocení různými způsoby, například podle principu měření, počtu korekčních rovin a způsobu uložení rotoru. Cíl je vždy stejný: přesná korekce nevyváženosti.

Měření nevyváženosti: Jak vyvažovací stroj určuje polohu a velikost nevyváženosti?

Rotor se uvede do rotace. Senzory snímají vibrace vznikající v důsledku nevyváženosti a také výsledné odstředivé síly nebo výchylky kmitání. Z těchto měření měřicí systém vypočítá pro každou korekční rovinu, jaké množství hmoty je třeba v určité úhlové poloze přidat nebo odebrat.

U ručně obsluhovaných vyvažovacích strojů následuje po každé korekci kontrolní měření, dokud není dosaženo požadované jakosti vyvážení. Základem tohoto procesu je měřicí technika. U společnosti Schenck zahrnuje mimo jiné měřicí systémy řady CAB a softwarovou platformu Schenck ONE. Ty digitálně zpracovávají naměřené hodnoty, vizualizují nevyváženost a pomocí řízených procesních kroků podporují obsluhu při její korekci.

Statické nebo dynamické vyvažování: Vyvažování v jedné, nebo ve dvou rovinách?

To, zda je nutná jedna nebo dvě korekční roviny, závisí na druhu nevyváženosti.

• Statická nevyváženost: Statická nevyváženost vzniká, když mají dvě nevyváženosti stejný směr a úhlovou polohu. Hlavní osa setrvačnosti je rovnoběžná s osou otáčení a je vůči ní posunutá. I v klidu má rotor tendenci ustálit se nejtěžším místem dolů. Korekce se provádí v jedné rovině. V praxi je to často případ plochých nebo kotoučových rotorů.
• Dynamická nevyváženost: Tento druh nevyváženosti je v praxi obzvláště častý u delších válcových rotorů. Hlavní osa setrvačnosti je vůči ose otáčení nakloněná a posunutá. Při rotaci tak vzniká krouživý pohyb rotoru. Korekce se provádí nejméně ve dvou rovinách.

Měření síly nebo výchylky: Jaký je rozdíl mezi vyvažovacími stroji s tvrdým a měkkým uložením?

Vyvažovací stroje měří nevyváženost pomocí dvou fyzikálních principů, které se liší především způsobem uložení rotoru.

Korekce nevyváženosti: Jak se nevyváženost koriguje?

Nevyváženost se koriguje cíleným přidáním nebo odebráním hmoty ve vypočtené poloze. Možné metody korekce zahrnují:

- Vrtání,
- frézování,
- broušení,
- svařování,
- přidání šroubů nebo závaží se závitem,
- lepení.

Vhodná metoda korekce závisí na rotoru. Například nápravové převodovky lze korigovat vrtáním a případně svařováním na hnacích přírubách. U klikových hřídelů měřicí systém vypočítává korekci tak, aby byl počet potřebných otvorů co nejmenší. V mnoha případech postačuje jediný korekční krok. U ručních vyvažovacích strojů provádí korekci obsluha, zatímco u automatických vyvažovacích systémů je korekce integrována přímo do pracovního cyklu stroje.

Požadovaná jakost vyvážení závisí na typu rotoru, jeho hmotnosti a maximálních provozních otáčkách. 
Pro tuhé rotory stanovuje norma DIN ISO 21940-11 postupy a přípustné tolerance nevyváženosti. 
Norma používá třídy jakosti vyvážení G, uváděné v mm/s. Čím nižší je hodnota G, tím menší je přípustná zbytková nevyváženost a tím užší je tolerance. Přípustná zbytková nevyváženost vašeho rotoru se určuje z třídy jakosti vyvážení, hmotnosti rotoru a otáček.

Pro orientaci norma uvádí referenční hodnoty:

• G 2,5: například plynové a parní turbíny, pohony obráběcích strojů a střední a velké elektromotory
• G 6,3: například ventilátory, čerpadla, řemenice a setrvačníky

Důležité: V praxi nelze dosáhnout nulové zbytkové nevyváženosti. Tolerance by proto měla být stanovena na ekonomicky rozumné úrovni s ohledem na požadavky na kvalitu a náklady. 
U pružných rotorů, například velkých turbín a generátorů, tento přístup sám o sobě nestačí. Na rozdíl od tuhých rotorů mohou pružné rotory v závislosti na otáčkách měnit svůj tvar v důsledku průhybu, což může vést také ke změně naměřených hodnot nevyváženosti.

Výchozím bodem je zpravidla konkrétní vyvažovací úloha. Geometrie rotoru, hmotnost, otáčky, objem výroby a výrobní prostředí určují, které vyvažovací řešení je nejvhodnější. Následující přehled přiřazuje typické rotory k odpovídajícím řešením.

Pro letecké a kosmické aplikace platí specifické požadavky. Horizontální vyvažovací stroje Schenck pro tyto aplikace splňují požadavky normy SAE ARP 4048. Momentové váhy doplňují portfolio a pomáhají optimalizovat rozmístění lopatek na rotoru.