L'équilibrage des rotors sur les tours : Une solution rentable pour améliorer la qualité des produits
Dans l'industrie manufacturière moderne, où la qualité des produits revêt une importance capitale, équilibrage du rotor devient un élément essentiel du processus technologique. Cependant, l'acquisition d'équipements d'équilibrage spécialisés peut s'avérer coûteuse pour les petites et moyennes entreprises. Dans cet article, nous examinons la possibilité d'utiliser des tours pour rotor l'équilibrage, qui peut réduire considérablement les coûts d'équipement et améliorer l'efficacité de la production.
Le tour comme outil d'équilibrage
The lathe, due to its design and functionality, can be successfully used for balancing rotors of various types and sizes. The main advantage of this approach is cost savings, as there is no need to purchase expensive specialized equipment. Additionally, using a lathe allows for balancing to be carried out directly during the rotor’s manufacturing process, which shortens production time and improves product quality.
Préparation de l'équilibrage
Avant d'entamer le processus d'équilibrage, plusieurs étapes préparatoires doivent être franchies :
- Choisir le tour approprié : Le tour doit avoir une rigidité et une précision suffisantes pour assurer un montage fiable du rotor et des mesures précises des vibrations.
- Installation du système de mesure : Pour mesurer le rotor vibrations sur le tour, un équilibreur portable tel que le Balanset-1A peut être utilisé. Il comprend des capteurs de vibrations, un tachymètre, ainsi que des logiciels destinés à l'analyse des données et au calcul de la masse corrective.
- Dealing with the spindle’s own unbalance: You do not have to balance the lathe spindle itself. Run the lathe with the chuck alone (rotor removed) and record the vibration vector: that is the baseline contributed by the spindle and chuck. If it is a significant fraction of the rotor reading, either subtract it, or — better — use the 180° index run (the “Mandrel eccentricity elimination” function, “F7 - Run Ecc”), which automatically separates everything that does not rotate with the rotor.
- Matching the rotor to the machine, not to the spindle: What matters is that the rotor’s unbalance force produces a measurable response on the bearing housings. A heavy, rigid lathe responds very little per gram of unbalance, so on a very light rotor the signal disappears in the noise, while a very heavy rotor may exceed the rated load of the chuck or the bearings. In practice, check that a properly sized trial weight gives a clean, repeatable amplitude and phase change before you trust any influence coefficient.
- Checking the runout of the rubber cover before balancing: On a rubberized shaft, mass unbalance and geometric runout of the covering are two different defects. Balancing cancels the 1× force; it cannot make an eccentric or oval cover round. Set a dial indicator against the covered surface and turn the shaft by hand: if the total indicated runout exceeds the product tolerance, grind or turn the cover concentric first — on the same lathe — and only then balance. A shaft that is balanced but still runs out will keep producing gauge bands, streaks and nip-pressure variation no matter how low the vibration reading gets.
Dans cet article, je vais vous présenter en détail notre expérience et notre méthodologie en matière de équilibrage dynamique rubberized shafts on a lathe machine – a solution that, admittedly, I was initially skeptical of due to the inherent rigidity and substantial weight of such machinery. Surprisingly, the operation was seamlessly executed, achieving the G 6.3 balance quality grade (ISO 21940-11, formerly ISO 1940-1).
Processus d'équilibrage du rotor sur un tour en théorie
Le processus d'équilibrage du rotor sur un tour comprend les étapes suivantes :
Fixation du rotor
Le rotor est solidement monté dans le mandrin du tour ou sur des centres pour assurer sa stabilité pendant le processus d'équilibrage.
Installation des capteurs
Fit one vibration sensor per correction plane — one on the headstock bearing housing and one on the tailstock or steady-rest housing — radially, as close to the bearing as possible, on a clean machined metal surface via a magnetic base. Do not mount sensors on the lathe bed, the apron or a guard: the 1× signal there is attenuated and dominated by the structure. Stick the bande réfléchissante on a metal face (the shaft end or the chuck), not on the rubber covering, and aim the laser tachometer perpendicular to it.
Mesure de la vibration initiale
The initial vibration level is measured at the speed you will use for the whole job. All runs — Run 0, the trial runs and the trim run — must be made at the same speed, because the influence coefficients are only valid for the speed at which they were measured.
Accounting for Eccentricity (immediately after Run 0)
Fixture and mandrel excentricité adds a vector to the Run 0 reading that is not unbalance, and correcting for it would be wrong. Deal with it before the trial weight, not afterwards: tick the “Mandrel eccentricity elimination” checkbox in the Balanset-1A software, complete Run 0, then rotate the rotor 180° in the fixture and press “F7 - Run Ecc”. The software takes the vector half-sum as the eccentricity and the vector half-difference as the true unbalance, and only then unlocks the trial run. Doing this after the correction weights are already welded on means recalculating and redoing them.
How big should a trial weight be?
A safe starting point is a weight whose centrifugal force stays within 5–10% of the rotor weight. As a formula:
md'essai = k · M · g / (R · ω²), k = 0.05–0.10
où M is the rotor mass (kg), g = 9.81 m/s², R is the mounting radius of the weight (m), and ω = 2π·RPM/60 (rad/s). Example: a 50 kg rotor at 3,000 rpm with the weight at R = 0.2 m gives m ≈ 0.07·50·9.81/(0.2·314²) ≈ 1.7 g — grams, not hundreds of grams. That looks surprisingly small for a 50 kg rotor, but check the force: at 3,000 rpm those 1.7 g already pull F = m·R·ω² ≈ 34 N — about 7% of the rotor’s weight. Starting small is the point: stepping up is cheap, while an oversized weight is a real load on bearings and welds. The same force check works in reverse for any weight you are about to bolt on.
You don’t have to compute this by hand: the Balanset software includes a First Trial Weight Estimator that recommends both the mass and the starting angle from your rotor data, and a Test de choc to check that you are not working near a natural frequency.
A good trial weight changes the reading by at least 20–30% in amplitude or 20–30° in phase. If the response is smaller, increase the weight stepwise — never jump straight to a heavy weight “to see something happen.”
Installing a Trial Weight
A poids d'essai of known mass is installed on the rotor, and the vibration is measured again. For two-plane balancing this is done in each plane in turn — a trial run with the weight in plane 1 (Run 1), then a trial run with the weight in plane 2 (Run 2) — so the software can measure the influence of each correction plane separately.
Calcul des masses correctives
Le logiciel Balanset-1A analyse les résultats des mesures et calcule les masses correctives nécessaires et leurs angles de placement.
Correction de la masse du rotor
En fonction de la conception du rotor et des capacités du tour, la correction de la masse peut être effectuée par perçage, fraisage, soudage ou d'autres méthodes.
Vérification de l'équilibre
Après avoir effectué les corrections, une mesure de vibration de contrôle est réalisée. Le processus est répété si nécessaire jusqu'à ce que le niveau d'équilibre requis soit atteint.
Dynamic Balancing in Practice
- Fréquence de rotation : Typically, the working rotation speed of these shafts ranges between 300 to 500 revolutions per minute (rpm). In this particular case, we carried out the balancing at 550 rpm.
- Mise en place : L'arbre caoutchouté a été monté sur le tour, puis les capteurs ont été placés de manière stratégique, comme le montrent les photographies ci-jointes.
Équilibrage dynamique sur site d'arbres caoutchoutés à l'aide d'un tour
Équilibrage dynamique des arbres caoutchoutés
- Relevés initiaux des vibrations : Avant de procéder à l'équilibrage, le initial vibration readings stood at 9 mm/s and 17 mm/s.
- Trial Runs: A two-plane job needs a trial run in each plane in turn — Run 1 with the weight in plane 1, then Run 2 with the weight in plane 2. A trial weight of 340 grams was welded on; it altered the vibration and phase readings by roughly 10%. Treat such a response as a bare minimum: for a clear, confident measurement we normally aim for a trial weight that shifts the vibration vector by 25–50%, but a heavy, rigid lathe responds very little per gram of trial mass.
- Ajustements d'équilibrage : Post the trial runs with the trial weight, our Balanset-1A instrument indicated the need for the addition of 3100 grams on one side of the shaft and 4300 grams on the other, corresponding to corrections in deux plans. After these adjustments, vibration levels decreased to 2 mm/s and 4 mm/s.
Équilibrage dynamique sur site d'arbres caoutchoutés à l'aide d'un tour
Équilibrage dynamique sur site d'arbres caoutchoutés à l'aide d'un tour
- Ajustement minutieux : To further optimize results, we proceeded to add weights of 400 grams and 700 grams. Subsequently, another round of fine-tuning was executed by adding 200 grams and 400 grams. Due to spatial constraints, the weights were welded atop one another. Ultimately, these temporary weights were replaced with precision-cut, aesthetically pleasing counterweights crafted specifically for this shaft. The final vibration readings were an impressive 0.1 mm/s in both planes (a rounded figure — below 1 mm/s the instrument itself displays readings to three decimal places).
Équilibrage dynamique sur site d'arbres caoutchoutés à l'aide d'un tour
Équilibrage dynamique sur site d'arbres caoutchoutés à l'aide d'un tour
Équilibrage dynamique sur site d'arbres caoutchoutés à l'aide d'un tour
Avantages de l'équilibrage des rotors sur les tours
Rapport coût-efficacité
L'utilisation d'un tour pour l'équilibrage permet d'éviter les dépenses liées à l'achat d'un équipement d'équilibrage spécialisé.
Commodité
L'équilibrage peut être effectué directement pendant le processus de fabrication du rotor, ce qui réduit le temps de production.
Haute qualité
Les équilibreuses portables modernes, telles que le Balanset-1A, offrent une grande précision d'équilibrage, ce qui permet de réduire les niveaux de vibration et d'améliorer la qualité des produits.
Conclusion
L'équilibrage des rotors sur les tours est une solution efficace et économique pour les entreprises qui cherchent à améliorer la qualité de leurs produits et à réduire leurs coûts de production. L'utilisation d'équilibreuses portables comme le Balanset-1A rend ce processus simple et accessible, même pour les petits ateliers.
Rappels importants
- Pour obtenir les meilleurs résultats, il est recommandé d'utiliser des instruments de mesure de haute qualité et de respecter scrupuleusement la procédure d'équilibrage. Vous pouvez estimer la valeur admissible balourd résiduel pour votre rotor avec notre calculateur de déséquilibre résiduel (ISO 1940).
L'équilibrage des rotors sur les tours est un pas vers l'avenir de votre production, qui se traduit par une amélioration de la qualité des produits, une réduction des coûts et un renforcement de la compétitivité de votre entreprise.
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