Comprendre l'équilibre de la tolérance
Définition : Qu'est-ce que la tolérance d'équilibrage ?
Tolérance d'équilibre est la quantité maximale autorisée de déséquilibre résiduel qui peut rester dans un rotor après équilibrage L'équilibrage est validé. Il représente le critère d'acceptation qui définit si un rotor est correctement équilibré pour l'usage auquel il est destiné. La tolérance d'équilibrage est exprimée soit par une masse de balourd spécifique à un rayon donné (en grammes-millimètres ou en onces-pouces), soit par une amplitude de vibration (en mm/s ou en mils).
Les tolérances sont définies par des normes internationales, principalement les ISO 21940 Ces normes définissent des niveaux de qualité d'équilibrage en fonction du type de rotor, de la vitesse de service et de l'application. Elles garantissent un équilibrage homogène, sûr et efficace pour tous les secteurs et types d'équipements.
Pourquoi l'équilibre de la tolérance est important
L'établissement de tolérances d'équilibrage appropriées est crucial pour plusieurs raisons :
- La sécurité : Un déséquilibre résiduel excessif peut entraîner une panne de la machine, créant ainsi des risques pour la sécurité du personnel et des équipements environnants.
- Durée de vie des équipements : Le fonctionnement dans les limites de tolérance minimise l'usure induite par les vibrations sur les roulements, les joints d'étanchéité et les composants structurels, prolongeant ainsi leur durée de vie.
- Assurance qualité: Les tolérances fournissent des critères d'acceptation objectifs pour l'équilibrage du travail, garantissant une qualité constante.
- Équilibre économique : Les tolérances représentent un compromis pratique entre le coût d'obtention d'un équilibre parfait (qui est impossible) et des performances opérationnelles acceptables.
- Conformité aux normes industrielles : Le respect des tolérances reconnues démontre la conformité aux meilleures pratiques de l'industrie et peut être exigé par la réglementation ou les garanties.
ISO 21940-11 : Norme primaire
La norme ISO 21940-11 (anciennement ISO 1940-1) est la norme internationale de référence pour les exigences de qualité des balanciers. Elle définit une série de classes de qualité de balancier, désignées par la lettre G, où G signifie “ classe de qualité de balancier ” et la valeur numérique représente l’excentricité spécifique du balourd en millimètres par seconde.
Classes de qualité Common Balance (classes G)
La norme définit les grades G, allant de G 0,4 (précision maximale) à G 4000 (précision minimale). Les grades courants comprennent :
- G 0,4 : Broches de rectifieuses de précision, gyroscopes (très haute précision)
- G 1.0 : Broches de machines-outils de haute précision, turbocompresseurs
- G 2.5: Turbines à gaz et à vapeur, rotors rigides de turbogénérateurs, compresseurs, entraînements de machines-outils
- G 6.3: La plupart des machines courantes, rotors de moteurs électriques (bipolaires), centrifugeuses, ventilateurs, pompes
- G 16: Machines agricoles, concasseurs, moteurs diesel multicylindres
- G 40: Équipement à faible vitesse, moteurs diesel à quatre cylindres montés de façon rigide
Des valeurs G plus faibles indiquent des tolérances plus serrées (balourd admissible moindre), tandis que des valeurs G plus élevées autorisent un balourd résiduel plus important.
Calcul de la tolérance d'équilibrage
Le balourd résiduel admissible dépend de trois facteurs : la masse du rotor, sa vitesse de service et le degré de qualité d’équilibrage choisi. Le calcul suit la relation suivante :
Calculateur de tolérance en ligne
Pour un calcul rapide et précis du déséquilibre résiduel admissible, utilisez notre Calculateur de tolérance de déséquilibre résiduel. La calculatrice calcule automatiquement les valeurs de tolérance selon les normes ISO 1940/21940 pour différents types de machines, la masse du rotor et la vitesse de fonctionnement, avec des options d'équilibrage sur un ou deux plans.
Formule pour le déséquilibre résiduel admissible
Upar = (G × M) / (ω / 1000)
Où:
- Upar = Déséquilibre résiduel admissible (grammes-millimètres ou g·mm)
- G = Note de qualité d'équilibre (ex. : 6,3 pour G 6,3)
- M = Masse du rotor (kilogrammes)
- ω = Vitesse angulaire (radians par seconde) = (2π × tr/min) / 60
Formule simplifiée utilisant le régime moteur
Pour une utilisation pratique, la formule peut être simplifiée comme suit :
Upar (g·mm) = (9549 × G × M) / tr/min
Où:
- M = Masse du rotor en kilogrammes
- tr/min = Vitesse de service en tours par minute
- G = Numéro de qualité de l'équilibre
Exemple de calcul
Considérons un rotor de moteur présentant les spécifications suivantes :
- Masse : 50 kg
- Vitesse de fonctionnement : 3000 tr/min
- Qualité d'équilibrage requise : G 6,3
Upar = (9549 × 6,3 × 50) / 3000 = 100,4 g·mm
Cela signifie que le balourd résiduel maximal admissible pour ce rotor est d'environ 100 g·mm. Si le rayon du plan de correction est de 100 mm, cela correspond à un balourd résiduel de 1,0 gramme à ce rayon.
Vous pouvez vérifier ce calcul ou calculer les tolérances pour différents types de machines à l'aide de notre calculatrice en ligne.
Tolérances à un seul plan vs. tolérances à deux plans
La tolérance calculée s'applique au balourd total dans un seul plan pour équilibrage monoplan. Pour équilibrage à deux plans (dynamique), La norme ISO 21940-11 fournit des lignes directrices pour la répartition de la tolérance totale entre les deux plans de correction, en attribuant généralement la tolérance à chaque plan en fonction de la distance entre les plans et de la géométrie du rotor.
Tolérance basée sur les vibrations
Alors que la norme ISO 21940-11 spécifie des limites de masse de balourd, l'équilibrage sur site utilise souvent l'amplitude des vibrations comme critère d'acceptation, car elle est mesurée directement. Les tolérances basées sur les vibrations sont généralement définies par :
Série ISO 20816
Ces normes spécifient les limites de vibration acceptables pour différents types de machines en fonction de la vitesse RMS (mm/s ou in/s). Les zones courantes comprennent :
- Zone A : Machines récemment mises en service (très faibles vibrations)
- Zone B : Acceptable pour un fonctionnement à long terme
- Zone C : Acceptable pour des périodes limitées, des mesures correctives doivent être planifiées.
- Zone D : Inacceptable, des mesures correctives immédiates sont requises.
Critères pratiques sur le terrain
De nombreux techniciens d'équilibrage utilisent ces règles empiriques :
- Vibration réduite à moins de 25% du niveau initial = équilibrage réussi
- Les vibrations absolues inférieures à 2,8 mm/s (0,11 po/s) sont généralement acceptables pour la plupart des équipements industriels.
- Vibrations résiduelles inférieures à 1,0 mm/s (0,04 po/s) = excellent équilibrage
Facteurs influençant la tolérance atteignable
La capacité à respecter les tolérances d'équilibrage dépend de plusieurs facteurs pratiques :
1. Capacités de l'équipement
- Précision de mesure des instruments d'équilibrage
- Sensibilité des capteurs de vibrations
- Résolution du placement des poids (précision avec laquelle les poids peuvent être positionnés)
2. Caractéristiques du rotor et de la machine
- L'état mécanique (jeu, usure des roulements, problèmes de fondation peuvent empêcher d'atteindre des tolérances serrées)
- Fonctionnant à ou à proximité vitesses critiques rend l'équilibrage précis plus difficile
- Non-linéarité de la réponse du système
3. Contraintes pratiques
- Accessibilité de plans de correction
- Incréments de poids disponibles (il est uniquement possible d'ajouter des poids par quantités discrètes)
- Résolution angulaire des trous de fixation ou des points de fixation
Tolérance vs. Capacité d'équilibrage
Il est important de faire la distinction entre :
- Tolérance spécifiée : Le déséquilibre résiduel maximal admissible tel que défini par les normes ou les spécifications
- Équilibre réalisable : Le niveau d'équilibre réel qui peut être atteint concrètement compte tenu des capacités et des contraintes de l'équipement
- Équilibre économique : Le point au-delà duquel toute amélioration supplémentaire n'est pas rentable
Pour la plupart des équilibrages industriels sur site, atteindre des niveaux de déséquilibre 2 à 3 fois meilleurs que la tolérance requise représente un excellent travail et garantit une marge pour les incertitudes de mesure et les variations opérationnelles.
Documentation et acceptation
Une documentation appropriée des tolérances d'équilibrage comprend :
- Spécifié Catégorie G ou valeur de tolérance
- Déséquilibre résiduel admissible calculé (Upar)
- Déséquilibre résiduel mesuré après équilibrage
- Comparaison montrant la conformité : Mesuré ≤ Autorisé
- Signature ou annotation d'acceptation
Cette documentation fournit une preuve objective que les travaux d'équilibrage sont conformes aux spécifications et sert de référence pour les futures évaluations de maintenance.
Quand utiliser des tolérances plus strictes ou plus larges
Des tolérances plus strictes sont justifiées lorsque :
- Fonctionnement à grande vitesse (essentiel pour la sécurité et la durée de vie des roulements)
- Équipements de précision nécessitant des vibrations minimales
- Structures légères ou flexibles sensibles aux vibrations
- Équipements situés à proximité de procédés ou d'instruments sensibles aux vibrations
Des tolérances plus larges sont acceptables lorsque :
- Équipement lourd à basse vitesse
- Construction robuste avec une haute tolérance aux vibrations
- Équipement à usage ponctuel ou peu fréquent
- Les considérations économiques l'emportent sur les gains de performance marginaux.
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