ISO 1940-1 : Vibrations mécaniques – Exigences de qualité d'équilibrage pour les rotors à l'état constant (rigide)

Résumé

La norme ISO 1940-1 est l'une des normes les plus importantes et les plus fréquemment citées dans le domaine de l'équilibrage des rotors. Elle fournit une méthode systématique pour classer les rotors par type, déterminer un niveau de qualité d'équilibrage approprié et calculer une tolérance d'équilibrage spécifique. Le concept fondamental de la norme est : Notes de qualité d'équilibre (notes G), qui permet aux fabricants et au personnel de maintenance de spécifier et de vérifier la précision d'un travail d'équilibrage de manière normalisée. Cette norme s'applique spécifiquement aux rotors rigides—ceux qui ne fléchissent pas ou ne se plient pas à leur vitesse de service.

Remarque : cette norme a été officiellement remplacée par la norme ISO 21940-11, mais ses principes et son système G-Grade restent la base fondamentale de l'équilibrage des rotors rigides dans le monde entier.

Table des matières (structure conceptuelle)

La norme est structurée pour guider l'utilisateur tout au long du processus de détermination d'un déséquilibre résiduel admissible :

1. 1. Portée et champ d’application :

   Cette section initiale établit les limites et l'objectif de la norme. Elle stipule explicitement que ses règles et lignes directrices s'appliquent à rotors qui se comportent de manière rigide sur toute leur plage de vitesses de fonctionnement. Il s'agit de l'hypothèse fondamentale de la norme dans son ensemble ; cela signifie que le rotor ne subit aucune flexion ni déformation significative due à des forces de déséquilibre. Son champ d'application est large et vise à couvrir une grande variété de machines tournantes dans tous les secteurs. Cependant, elle précise également qu'il s'agit d'une norme à usage général et que, pour certains types de machines spécifiques (par exemple, les turbines à gaz aérospatiales), d'autres normes plus strictes peuvent prévaloir. L'objectif est de fournir une méthode systématique pour spécifier les tolérances d'équilibrage, essentielles au contrôle qualité en fabrication et en réparation.

2. 2. Équilibrer les notes de qualité (notes G) :

   Cette section est le cœur de la norme. Elle introduit le concept de Notes de qualité d'équilibre (notes G) comme moyen de classer les exigences d'équilibrage pour différents types de machines. La classe G est définie comme le produit du balourd spécifique (excentricité, e) et la vitesse angulaire maximale de service (Ω), où G = e × ΩCette valeur représente une vitesse de vibration constante et constitue une mesure normalisée de la qualité. La norme fournit un tableau complet répertoriant une grande variété de types de rotors (par exemple, moteurs électriques, turbines de pompe, ventilateurs, turbines à gaz, vilebrequins) et attribue à chacun une classe G recommandée. Ces classes sont basées sur des décennies de données empiriques et d'expérience pratique. Par exemple, une classe G6,3 peut être recommandée pour un moteur industriel standard, tandis qu'une broche de rectification de précision nécessitera une classe G1,0 ou G0,4 beaucoup plus stricte. Un nombre G inférieur indique toujours une tolérance d'équilibrage plus stricte et plus précise, ce qui signifie un balourd résiduel admissible moindre.

3. 3. Calcul du déséquilibre résiduel admissible :

   Cette section fournit le pont mathématique essentiel entre la note G théorique et une tolérance pratique et mesurable. Elle détaille la formule de calcul du balourd spécifique admissible (e_par), qui correspond au déplacement admissible du centre de gravité par rapport à l'axe de rotation. La formule découle directement de la définition de la classe G :

   e_par = G / Ω

   Pour une utilisation pratique avec des unités d'ingénierie courantes, la norme fournit la formule :

   e_par [g·mm/kg] = (G [mm/s] × 9549) / n [tr/min]

   Une fois le déséquilibre spécifique admissible (e_par) est calculé, il est multiplié par la masse du rotor (M) pour trouver le déséquilibre résiduel total admissible (U_par) pour l'ensemble du rotor : U_par = e_par × MCette valeur finale, exprimée en grammes-millimètres (g·mm), constitue l'objectif que l'opérateur de la machine d'équilibrage doit atteindre. Le rotor est considéré comme équilibré lorsque son balourd résiduel mesuré est inférieur à cette valeur calculée.

4. 4. Affectation du balourd résiduel aux plans de correction :

   Cette section aborde l'étape critique de la répartition du déséquilibre total admissible calculé (U_par) dans des tolérances spécifiques pour chacun des deux plans de correction. Un équilibrage à deux plans est nécessaire pour corriger les deux statique et déséquilibre du coupleLa norme fournit des formules pour cette répartition, qui dépend de la géométrie du rotor. Pour un rotor simple et symétrique, le balourd total est souvent réparti équitablement entre les deux plans. Cependant, pour les géométries plus complexes, telles que les rotors en porte-à-faux ou dont le centre de gravité n'est pas centré entre les paliers, la norme fournit des formules spécifiques. Ces formules prennent en compte les distances entre les plans de correction et le centre de gravité par rapport aux paliers, garantissant ainsi une répartition correcte de la tolérance pour chaque plan. Cette étape est essentielle car une équilibreuse mesure le balourd dans chaque plan indépendamment ; l'opérateur doit donc définir une valeur cible spécifique pour chaque plan (par exemple, « Le balourd admissible dans le plan I est de 15 g·mm et dans le plan II de 20 g·mm »).

5. 5. Sources d'erreur d'équilibrage :

   Cette dernière section sert de guide pratique sur les facteurs concrets susceptibles de compromettre la précision d'un travail d'équilibrage, même avec une tolérance précise. Elle souligne l'impossibilité d'obtenir un équilibrage parfait et l'objectif est de réduire le balourd résiduel à un niveau inférieur à la tolérance calculée. La norme aborde plusieurs sources d'erreur clés à gérer, notamment : les erreurs d'étalonnage de la machine d'équilibrage elle-même ; les imperfections géométriques des tourillons ou des surfaces de montage du rotor (voile) ; les erreurs liées à l'outillage utilisé pour monter le rotor sur la machine (par exemple, un arbre déséquilibré) ; et les effets opérationnels absents lors d'un équilibrage à basse vitesse, tels que la dilatation thermique ou les forces aérodynamiques. Ce chapitre constitue une liste de contrôle essentielle pour le contrôle qualité, rappelant au praticien de prendre en compte l'ensemble du processus d'équilibrage, et pas seulement le résultat final affiché sur l'écran de la machine.

Concepts clés

• Standardisation: Le système G-Grade offre un langage universel pour la qualité de l'équilibrage. Un client peut spécifier « équilibrage selon G6.3 » et n'importe quel atelier d'équilibrage du monde connaîtra précisément la tolérance requise.
• Dépendance à la vitesse : La norme précise que la tolérance d'équilibrage dépend fortement de la vitesse de fonctionnement de la machine. Un rotor plus rapide nécessite un équilibrage plus serré (balourd résiduel admissible plus faible) pour produire le même niveau de vibrations qu'un rotor plus lent.
• Praticité : La norme fournit un cadre pratique et éprouvé basé sur des décennies de données empiriques, aidant à éviter à la fois le sous-équilibrage (qui conduit à des vibrations élevées) et le suréquilibrage (qui est inutilement coûteux).

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