A statikus kiegyensúlyozás modelljénél a forgórészt homogén, keskeny, merev tárcsának tekinthetjük, melyen a kiegyensúlyozatlanságot egy, a tárcsa kerületén elhelyezett tömeg okozza. A tárcsa forgástengelye merőleges a tárcsa síkjára. A kiegyensúlyozatlanság amiatt lép fel, hogy a forgástengely (amit a tárcsa tengelyén levő csapágyak határoznak meg) nem megy át a tárcsa tömegközéppontján, emiatt centrifugális erő lép fel. A forgórész kiegyensúlyozása abból áll, hogy járulékos tömeg hozzáadásával vagy ellentétes oldalon tömeg elvételével eltoljuk a tárcsa tömegközéppontját úgy, hogy a forgástengelybe essen, így a tárcsára ható centrifugális erő megszűnjön. (1. ábra). Ily módon a forgástengelybe toltuk a tárcsa szabad tengelyét. A két tengely kiegyensúlyozás előtt párhuzamos volt, kiegyensúlyozás után pedig egybeesnek.

1. ábra

A tárcsa paraméterei:

M – tömeg,

m – a tömegközéppont eltolódást okozó tömeg,

r – az m tömeg forgástengelytől mért távolsága.

Az m tömegre ható centrifugális erő:
F = m•r•w2, (w – a forgás körfrekvenciája; w = 2•p•f ).

A kiegyensúlyozatlanság:
U = m•r [g•mm] (definíció).

A fajlagos kiegyensúlyozatlanság:
e = m•r/M [g•mm/kg] = [mm] (definíció).

Az összefüggésből látható, hogy ha az erőt szeretnénk adott érték alatt tartani, akkor növekvő fordulatszám esetén jelentősen csökken a megengedhető kiegyensúlyozatlanság.

A fajlagos kiegyensúlyozatlanság távolság jellegű, a forgástengely és a tömegközéppont távolságát adja meg.

A tárcsának a kiegyensúlyozása elvégezhető statikusan az alábbi módon (2. ábra).

2.ábra

A tárcsa tengelyét párhuzamos vízszintes élekkel alátámasztva a tárcsa úgy fog beállni, hogy a kiegyensúlyozatlanságot okozó tömeg alul lesz. A tömeg nagysága is, helye is megállapítható. Kiegyensúlyozáshoz tömeget alulról kell elvenni, vagy felül kell hozzáadni. Nagysága úgy állapítható meg, ha a tárcsát 90 fokkal elforgatjuk. Ekkor ugyanis annyi tömeget helyezünk el rajta, hogy egyik irányba se induljon meg a tárcsa. A pontosságot a súrlódás korlátozza az élek és a tengely között. Az kiegyensúlyozott tárcsa tetszőleges helyzetbe elfordítva ott megáll.

Az előző statikus kiegyensúlyozással elvileg el lehet érni, hogy a tárcsa tömegközéppontja a forgástengelybe essen. Ennek következtében forgás közben a csapágyakra nem fog változó irányú erő hatni.

A kiegyensúlyozás úgy is elvégezhető, hogy megforgatjuk a tárcsát és mérjük az ébredő rezgéseket. Ilyenkor a keletkező rezgések amplitúdója a kiegyensúlyozatlansággal lesz arányos. A tárcsa kiegyensúlyozását rugalmasan felfüggesztett prizmákban mutatja a 3. ábra.

3.ábra

Ez az elrendezés megengedi a forgástengely eltolódását. A felfüggesztés rugómerevségét célszerű olyan kicsire választani, hogy a rugó lényegében ne zavarja a tárcsa mozgását. Ehhez a lengőrendszer rezonanciáját az egyensúlyozási fordulatszám alá kell választani. Az ilyen lengőrendszert a gyakorlatban lágy lengőrendszernek nevezzük. A fenti berendezés lényegében egy kiegyensúlyozó gép modellje.

A kiegyensúlyozó gépen keletkezett rezgés amplitúdója a fajlagos kiegyensúlyozatlansággal azonos lesz. Ez azt jelenti, hogy a tárcsa nem a geometriai szimmetriatengelye, hanem a tömegközéppontja (szabad tengelye) körül fog forogni. A rezgés amplitúdója nem függ a kiegyensúlyozás fordulatszámától. A rezgést villamos jellé kell alakítani ahhoz, hogy mérni tudjuk. Ez legegyszerűbb esetben egy dinamikus átalakítóval történhet, melyről a pillanatnyi sebességgel arányos feszültség vehető le. Az átalakítón keletkező feszültség már függ a fordulatszámtól, azzal egyenesen arányos.

Az ideális az lenne, ha statikus kiegyensúlyozásnál pontosan el tudnánk érni, hogy a tömegközéppont a forgástengelybe essen. Ez azonban nem érhető el, legfeljebb egyre jobban megközelíthető. Egy adott kiegyensúlyozatlanságnál tovább azonban nincs értelme a csökkentésnek, például azért, mert a gépnél egyéb forrásból (pl. tengelybeállítás, csapágyak stb.) akkora rezgések keletkeznek, hogy ezek mellett a kiegyensúlyozatlanságból származó rezgés már nem is észlelhető. Ha elértük ezt a kiegyensúlyozatlansági értéket, akkor minden további erőfeszítés ennek csökkentésére időpazarlás. A maradó megengedhető kiegyensúlyozatlanság függ a fordulatszámtól is , de az sem mindegy, hogy egy miniatűr precíziós motorról van szó, vagy egy turbináról. A maradó kiegyensúlyozatlanság értékét minőségi fokozatok rögzítik. Ezekbe a forgórészeket gyakorlati tapasztalatok alapján sorolják be. A minőségi fokozatokban a súlypontsebességet írják elő.

A megengedett súlypontsebesség: vs,meg. = emeg.•w

Szokásos mértékegysége: mm/s

A súlypontsebességre vonatkozó előírások adott minőségi osztályokra a következő táblázatban találhatók. (ISO1940)

Ha adott a súlypontsebesség, akkor magasabb fordulatszámon üzemelő gép esetén kisebb a megengedett maradó fajlagos kiegyensúlyozatlanság. Ábrázolva emeg. értékét w függvényében az egyes minőségi osztályokra hiperbolákat kapunk, log-log koordináta-rendszerben pedig párhuzamos, negatív meredekségű egyeneseket.

Ha tehát szeretnénk meghatározni, hogy egy adott forgórészt milyen mértékig érdemes kiegyensúlyozni, akkor először besoroljuk a megfelelő minőségi osztályba, majd az üzemi fordulatszámát ismerve grafikonról leolvasható az előírt fajlagos kiegyensúlyozatlanság, de ha pontosabban akarjuk tudni, akár ki is számolható a korábbi összefüggések segítségével. Ha kiegyensúlyozzuk a forgórészt az előbb számolt mértékig, akkor várhatóan nem fog zavaró rezgéseket eredményezni a maradó kiegyensúlyozatlanság. Bizonyos esetekben azonban lehet, hogy ez nem elegendő, ilyenkor szigorúbb minőségi fokozatba sorolhatjuk a forgórészt. Gazdaságossági szempontok miatt adott esetben nagyobb maradó kiegyensúlyozatlanságot is megtűrhetünk, ha nem keletkeznek elfogadhatatlan rezgések. Gépek tervezésénél a tervező feladata a maradó kiegyensúlyozatlanság meghatározása.