ISO 1940-2 — erreurs d'équilibrage (désormais ISO 21940-14)
La norme historique pour l'évaluation des erreurs d'équilibrage des rotors rigides — sources d'erreurs systématiques, aléatoires et scalaires dans le processus d'équilibrage. Retirée et remplacée par l'ISO 21940-14:2012. Le vocabulaire de l'équilibrage lui-même est défini dans l'ISO 21940-2 (anciennement ISO 1925) et est résumé ci-dessous.
Aperçu des principaux termes d'équilibrage
Les définitions les plus importantes du vocabulaire ISO de l'équilibrage — ISO 21940-2 (anciennement ISO 1925) — les termes que tout praticien de l'équilibrage doit connaître
Référence terminologique complète
Tous les termes majeurs du vocabulaire de l'équilibrage, ISO 21940-2 (anciennement ISO 1925), organisés par catégorie
| Terme | Définition | Importance |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Un corps capable de tourner autour d'un axe défini. Dans le contexte de l'équilibrage, cela inclut tout composant rotatif : arbres, roues, armatures, tambours, broches. | L'objet fondamental de l'équilibrage. Tous les autres termes décrivent les propriétés du rotor ou les actions qu'il subit. |
| Rotor Rotor rigide | Un rotor dont le balourd peut être corrigé dans deux plans quelconques, et après correction, le balourd résiduel ne varie pas significativement, quelle que soit la vitesse jusqu'à la vitesse de service maximale. | Détermine que ISO 1940-1 Le système de classification G s'applique. L'équilibrage à basse vitesse sur une machine d'atelier est valable. La grande majorité des rotors industriels sont rigides. |
| Rotor Rotor flexible | Un rotor qui se déforme élastiquement à sa vitesse de service, ce qui modifie son balourd. Il doit être corrigé à la vitesse de service ou à une vitesse proche, dans plus de deux plans. | Nécessite la norme ISO 21940-12. Turbines à grande vitesse, grands générateurs, compresseurs multi-étagés. Équipement d'équilibrage spécialisé à grande vitesse requis. |
| Rotor Axe de l'arbre | La ligne droite reliant les centres des tourillons. L'axe géométrique de rotation. | L'axe de référence pour toutes les mesures de balourd. Le faux-rond des tourillons affecte la précision de la mesure. |
| Rotor Axe principal d'inertie | L'axe autour duquel le rotor tournerait librement sans produire de force centrifuge ni de moment centrifuge. Cet axe coïncide avec l'axe de l'arbre pour un rotor parfaitement équilibré. | Le décalage entre l'axe principal et l'axe de l'arbre est Balourd. Toute correction vise à aligner ces deux axes. |
| Rotor Centre de masse (gravité) | Le point où la masse totale du rotor peut être considérée comme concentrée. Pour un rotor équilibré, ce point se situe exactement sur l'axe de l'arbre. | Balourd statique = déplacement du centre de masse par rapport à l'axe de l'arbre. Balourd spécifique (e) = distance de déplacement. |
| Rotor Vitesse de service | La vitesse de rotation maximale à laquelle le rotor fonctionne dans son application prévue. | Élément critique pour le calcul de la tolérance : Upar = (9 549 × G × M) / n. Toujours utiliser la vitesse de service, et non la vitesse d'équilibrage. |
| Rotor Vitesse critique | Vitesse de rotation à laquelle un système rotor-palier entre en résonance, ce qui entraîne une forte amplification des vibrations. | Détermine la classification rigide/flexible. Un rotor rigide fonctionne bien en dessous de sa première vitesse critique de flexion. |
| Terme | Définition | Formule / Unités |
|---|---|---|
| Déséquilibre Déséquilibre | Situation où l'axe principal d'inertie ne coïncide pas avec l'axe de rotation. Elle engendre une force centrifuge proportionnelle à la masse, à l'excentricité et au carré de la vitesse. | U = m × r (g·mm ou kg·m) |
| Déséquilibre déséquilibre statique | Axe principal parallèle à l'axe de rotation, mais décalé. Équivalent à une masse unique à un rayon donné. Détectable sans rotation (couteaux). Vibration du palier en phase. | Corrigé dans 1 plan |
| Déséquilibre Balourd de couple | L'axe principal coupe l'axe de rotation au centre de masse, mais il est incliné. Deux points lourds égaux et opposés, situés dans des plans différents, créent un moment de basculement. Ce moment n'est perceptible qu'en rotation. | Corrigé dans 2 plans |
| Déséquilibre Balourd dynamique | Cas général : l'axe principal n'est ni parallèle ni sécant à l'axe de rotation. Combinaison de balourd statique et de balourd de couple. Situation la plus courante en pratique. | Corrigé dans 2 plans |
| Déséquilibre Balourd spécifique | Rapport entre le balourd et la masse du rotor. Représente l'excentricité, c'est-à-dire le déplacement du centre de masse par rapport à l'axe de l'arbre. Permet de comparer la qualité de rotors de tailles différentes. | e = U / M (µm ou g·mm/kg) |
| Déséquilibre Balourd résiduel | Le balourd résiduel d'un rotor après l'équilibrage ne doit pas dépasser la valeur admissible (Upar) pour la valeur spécifiée Catégorie G. | Ures ≤ Upar |
| Déséquilibre Balourd initial | Le balourd d'un rotor tel que reçu, avant toute correction d'équilibrage. Mesuré lors du premier essai. | Ligne de base pour la procédure d'équilibrage |
| Déséquilibre Vecteur de balourd | L'amplitude et la position angulaire du déséquilibre dans un plan donné. Représentées par un vecteur polaire d'amplitude (g·mm) et d'angle de phase (°). | U∠θ (g·mm à ° de référence) |
| Terme | Définition | Notes pratiques |
|---|---|---|
| Processus Équilibrage | Le processus de vérification et d'ajustement de la répartition des masses d'un rotor afin que le balourd résiduel soit dans les limites d'une tolérance spécifiée. | Itératif : mesurer → calculer → corriger → vérifier. |
| Processus Plan de correction | Plan perpendiculaire à l'axe du rotor où la masse est ajoutée ou retirée. Emplacement physiquement accessible pour le placement des poids. | Peut différer des plans de tolérance (paliers) — nécessite une conversion géométrique. |
| Processus Plan de tolérance | Le plan dans lequel le balourd admissible est spécifié — généralement le plan de palier. Le balourd à ce niveau influe directement sur les charges aux paliers. | Upar est spécifié pour les plans de tolérance ; doit être converti en plans de correction. |
| Processus Masse de correction | La masse physique (poids) ajoutée ou retirée du rotor à un rayon et un angle spécifiques dans le plan de correction. | Ajouté : fixation par clips, par boulonnage, par soudure, par époxy. Supprimé : perçage, fraisage, meulage. |
| Processus Poids d'essai | Une masse connue est fixée temporairement au rotor à un rayon et un angle connus lors de la procédure d'équilibrage. Elle sert à déterminer la réponse du rotor (coefficient d'influence). | La méthode de poids d'essai Balanset-1A : exécuter → fixer l'essai → exécuter → le logiciel calcule la correction. |
| Processus Coefficient d'influence | La variation de la réponse vibratoire (amplitude et phase) en un point de mesure, causée par un balourd à un emplacement précis, caractérise la sensibilité rotor-palier. | Calculé à partir d'essais avec masse d'essai. L'équilibrage sur deux plans nécessite une matrice d'influence 2×2. |
| Processus Équilibrage monoplan | Procédure de correction du balourd statique dans un seul plan de correction. Convient aux rotors courts (de type disque) avec L/D < 0,5. | Balanset-1A Mode F2. Un capteur, un plan. |
| Processus Équilibrage à deux plans | Procédure de correction du balourd statique et du balourd de couple dans deux plans de correction. Nécessaire pour les rotors allongés ou lorsque le balourd de couple est important. | Balanset-1A Mode F3. Deux capteurs, deux plans. |
| Processus Équilibrage des garnitures | Un réglage final et précis de l'équilibrage est effectué sur un rotor assemblé pour compenser le balourd introduit lors de l'assemblage (faux-rond de l'accouplement, tolérances d'ajustement). | Souvent effectuée sur le terrain, sur la machine installée. |
| Processus Répartition de masse | Répartir une masse de correction calculée entre deux emplacements accessibles adjacents (par exemple, deux trous de boulons ou positions de lames) lorsque la position angulaire exacte n'est pas accessible. | Balanset-1A assure le calcul automatique de la répartition de masse. |
| Terme | Définition | Comparaison |
|---|---|---|
| Machine Machine d'équilibrage | Un appareil qui mesure le balourd d'un rotor (amplitude et position angulaire) afin de corriger la répartition des masses. | En atelier (fixe) ou sur le terrain (portable comme Balanset-1A). |
| Machine Machine à suspension souple | La suspension est très flexible. Le rotor tourne au-dessus de la fréquence propre de la suspension. Mesure le déplacement physique. Doit être étalonnée pour chaque géométrie de rotor. | Moins courant aujourd'hui. Coût inférieur, mais l'opérateur doit procéder à un recalibrage pour chaque rotor. Détection par déplacement. |
| Machine Machine à suspension rigide | La suspension est très rigide. Le rotor tourne en dessous de la fréquence propre de la suspension. Des capteurs mesurent directement la force centrifuge. Étalonnée en permanence, elle accepte une large gamme de rotors sans configuration spécifique. | Type dominant Dans l'industrie moderne. Plus polyvalent, installation plus rapide. Détection de force. |
| Machine Équilibreur de champ | Instrument portable permettant d'équilibrer les rotors in situ (installé sur la machine) sans démontage. Utilise des capteurs de vibrations et un tachymètre. Méthode de la masse d'essai. | Balanset-1A (2 canaux) et Balanset-4 (4 canaux). Calculateur de tolérance ISO 1940 intégré. |
| Machine Mandrin (Arbre) | Arbre ou adaptateur sur lequel est monté un rotor pour l'équilibrage sur une machine. Doit être parfaitement concentrique et présenter un faux-rond négligeable. | L'excentricité du mandrin est une source majeure d'erreur systématique d'équilibrage. Vérifié par un test d'indice. |
| Terme | Définition | Formule / Standard |
|---|---|---|
| Qualité Classe de qualité d'équilibrage (G) | Une classification spécifiant la vitesse maximale admissible du centre de masse du rotor. G = epar × ω. Les notes forment une échelle logarithmique avec un facteur de 2,5. | G 0,4 … G 4000 Défini dans ISO 1940-1 |
| Qualité Balourd résiduel admissible (U)par) | Balourd résiduel maximal admissible pour la classe G, la masse du rotor et la vitesse de service spécifiées. Critère d'acceptation. | Upar = (9549 × G × M) / n |
| Qualité Tolérance de balourd | Plage dans laquelle doit se situer le balourd résiduel pour satisfaire aux exigences de qualité spécifiées. Égale à Upar. | Spécifié par plan après attribution |
| Qualité Taux de réduction du déséquilibre (URR) | Rapport entre le balourd initial et le balourd résiduel après un cycle de correction. Indique l'efficacité de la machine/procédure d'équilibrage. | URR = Uinitial / Urésiduel Typique : 5–50× |
| Mesures Angle de phase | La position angulaire du vecteur de balourd par rapport à un repère de référence sur le rotor (mesurée par tachymètre). Combinée à l'amplitude, elle définit le vecteur de balourd complet. | ° (degrés, 0–360) |
| Mesures Vitesse de vibration (RMS) | Valeur quadratique moyenne de la vitesse de vibration au niveau d’un palier. Paramètre de mesure standard pour l’évaluation de l’état des machines selon ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Mesures Test d'index | Procédure de vérification : faire pivoter le rotor d’un angle défini (par exemple 180°) par rapport aux supports de la machine et effectuer une nouvelle mesure. Détecte les erreurs de mandrin et de fixation. | Vérification formelle requise selon la norme ISO 1940-1, chapitre 10 |
| Mesures Balourd résiduel minimal atteignable (Umar) | Le balourd résiduel minimal pouvant être obtenu sur une machine d'équilibrage donnée pour un rotor spécifique. Déterminé par la sensibilité de la machine, le niveau de bruit ambiant et l'état des paliers. | Umar doit être ≤ Upar pour que la machine soit adaptée à la classe G requise. |
Qu'est-ce que la norme ISO 1940-2 ?
ISO 1940-2:1997 (Vibrations mécaniques — Exigences relatives à la qualité d'équilibrage des rotors rigides — Partie 2 : erreurs d'équilibrage) était la norme internationale permettant d'identifier, d'évaluer et de prendre en compte les erreurs qui apparaissent lors de l'équilibrage des rotors rigides — depuis le balourd du mandrin et de l'arbre d'entraînement jusqu'au faux-rond des composants et à la dispersion instrumentale. Elle a été retirée et remplacée par ISO 21940-14:2012 (Vibrations mécaniques — Équilibrage des rotors — Partie 14 : procédures d'évaluation des erreurs d'équilibrage), qui étend les mêmes procédures aux rotors à comportement flexible. Remarque : elle est souvent confondue avec le vocabulaire d'équilibrage — il s'agit d'une autre norme, ISO 21940-2 (anciennement ISO 1925), dont la terminologie est résumée sur cette page ci-dessous.
Lorsqu'un ingénieur en Allemagne spécifie une "correction du déséquilibre dynamique à G 6.3 sur deux plans", un technicien au Japon doit comprendre exactement ce qui est exigé — le même état du rotor, la même procédure d'équilibrage et le même critère d'acceptation. Le vocabulaire ISO de l'équilibrage — ISO 21940-2 (anciennement ISO 1925) — rend cela possible en fournissant un vocabulaire unique, approuvé à l'échelle internationale, pour l'ensemble du domaine.
L'ISO 1940-2 elle-même, en revanche, n'était ni un dictionnaire ni une spécification de tolérance — elle traitait d' erreurs d'équilibrage. Elle classait les sources d'erreurs du processus d'équilibrage comme systématiques (l'amplitude et l'angle peuvent être évalués — par ex. balourd du mandrin ou de l'arbre d'entraînement, faux-rond radial et axial, clavettes et rainures de clavette, magnétisme résiduel, erreurs de réassemblage et d'instrumentation), aléatoires (pieces desserrées, liquides emprisonnés, déformation thermique, traînage aérodynamique) et scalaires (seule l'amplitude maximale peut être estimée, l'angle étant indéterminé — par ex. jeux d'ajustement et tolérances de fabrication), et donnait des procédures pour les évaluer et les prendre en compte afin que le balourd résiduel reste réellement dans la valeur admissible Upar depuis ISO 1940-1 (désormais ISO 21940-11). Sa norme successeure, l'ISO 21940-14, conserve exactement ce rôle au sein de la série ISO 21940.
Analyse détaillée des termes
La distinction rigide/flexible
Il s'agit de la classification la plus importante en matière d'équilibrage. Cette distinction détermine tout : la norme applicable, l'équipement nécessaire, le nombre de plans requis et la vitesse à laquelle l'équilibrage doit être effectué.
Un rotor dont le balourd peut être corrigé dans deux plans quelconques et dont, après correction, le balourd résiduel ne change pas significativement à aucune vitesse jusqu'à la vitesse de service maximale. Test pratique : si la première flexion vitesse critique est bien supérieure à la vitesse de service maximale (généralement > 1,5× ou plus), le rotor est rigide.
Un rotor qui se déforme élastiquement à sa vitesse de service, ce qui modifie son balourd. Il doit être équilibré à sa vitesse de service ou à proximité, sur plus de deux plans. S'applique à : Turbogénérateurs de grande taille, compresseurs multi-étagés à grande vitesse, rouleaux de machines à papier de grande longueur à grande vitesse. Couverts par la norme ISO 21940-12.
La grande majorité des rotors industriels — moteurs électriques, ventilateurs, pompes, volants d'inertie, arbres — sont des rotors rigides. ISO 1940-1 Le système de grade G s'applique directement aux rotors rigides.
Les trois types de balourd
Le vocabulaire (ISO 21940-2) définit trois types fondamentaux selon la relation géométrique entre l'axe principal d'inertie et l'axe de rotation. Comprendre ces types est essentiel pour sélectionner la procédure d'équilibrage correcte :
- Balourd statique produit une force — Les deux paliers vibrent en phase à 1× tr/min. Le balourd du rotor peut être détecté à l'arrêt (la gravité le révèle sur des couteaux). Un seul plan de correction suffit. Ce type de rotor est typique des disques étroits (L/D < 0,5) : poulies étroites, turbines de ventilateur, volants d'inertie minces.
- Balourd de couple produit un moment — Les paliers vibrent en opposition de phase (180°) à 1 tr/min. La force résultante est nulle (le centre de masse se situe sur l'axe), mais deux points lourds égaux et opposés, situés à des positions axiales différentes, créent un couple de basculement. Ce phénomène n'est perceptible qu'en rotation et nécessite deux plans de correction.
- déséquilibre dynamique = Force statique + couple combinés. Cas général pour tous les rotors réels non parfaitement symétriques. Force et moment sont présents. Les paliers vibrent à 1× sans relation de phase ni de déphasage exact de 180°. Nécessite un équilibrage sur deux plans.
Balourd spécifique et lien avec le système de grade G
Balourd spécifique Le paramètre e (U/M) est l'indicateur clé permettant une comparaison universelle de la qualité d'équilibrage. Un rotor de 5 kg présentant un balourd de 50 g·mm a un balourd e = 10 µm. Un rotor de 500 kg présentant un balourd de 5 000 g·mm a également un balourd e = 10 µm ; la qualité d'équilibrage est donc identique malgré une différence de masse d'un facteur 100.
Catégorie G étend ce principe en intégrant la vitesse : G = e × ω, ce qui donne une valeur unique (mm/s) caractérisant la qualité de l’équilibre indépendamment de la masse et de la vitesse. C’est le fondement du ISO 1940-1 système de tolérance.
Plans de correction vs. Plans de tolérance
Le vocabulaire établit une distinction critique qui passe souvent inaperçue dans la pratique :
- Plans de tolérance = les plans des paliers où les vibrations et les charges dynamiques sont les plus critiques. Balourd admissible Upar est spécifié ici.
- Plans de correction = emplacements physiquement accessibles où des poids peuvent être placés (moyeu du ventilateur, bagues d'extrémité du moteur, épaulements de l'arbre). Souvent à des positions axiales différentes de celles des roulements.
Conversion Upar Le passage des plans de tolérance aux plans de correction nécessite la connaissance de la géométrie du rotor. Pour les rotors asymétriques ou en porte-à-faux, cette conversion peut modifier considérablement les tolérances par plan. Balanset-1A Cette conversion est gérée automatiquement lors de la saisie des dimensions du rotor.
Types de machines d'équilibrage
Les deux types fondamentaux de machines reflètent des principes de mesure physique différents :
- Roulement souple : La fréquence naturelle de la suspension est nettement inférieure à la vitesse de fonctionnement → mesures de la machine déplacement. Nécessite un étalonnage pour chaque nouveau rotor. Historiquement important ; son utilisation est en déclin.
- Roulement rigide : La fréquence naturelle de la suspension est nettement supérieure à la vitesse de fonctionnement → mesures de la machine une force. Calibrage permanent — accepte différents rotors sans calibrage individuel. Le type moderne dominant.
Les instruments d'équilibrage sur site comme les Balanset-1A utilisent un principe différent : ce ne sont pas des " machines " au sens de l'ISO, mais ils utilisent les propres roulements et supports du rotor comme système de mesure, employant la méthode du poids d'essai (coefficient d'influence) pour déterminer la correction sans nécessiter de machine d'équilibrage dédiée.
Références croisées : Où chaque terme est utilisé
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Utilise toutes les terminologies de tolérance et de qualité — grade G, Upar, tolérance d'équilibrage, balourd résiduel. Le principal utilisateur de ce vocabulaire.
ISO 14694: Utilise les termes relatifs aux rotors (rigides), les termes de balourd, et les étend avec des catégories d'application BV spécifiques aux ventilateurs, des classes d'équilibrage et des tableaux de limites de vibration.
ISO 10816 / ISO 20816: Utilise les termes de mesure suivants : vitesse de vibration, valeur RMS, points de mesure du logement de palier.
ISO 21940-12 : Étend la définition flexible du rotor avec des procédures multi-vitesses et multi-plans.
API 610 / API 617 : Les normes pétrolières font référence aux grades G de la norme ISO 1940 et à la terminologie relative au balourd pour les spécifications des pompes et des compresseurs.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14 : transition
L'ISO 21940-14:2012 a formellement annulé et remplacé l'ISO 1940-2:1997, dont elle constitue une révision technique — le principal changement étant l'extension de son champ d'application aux rotors à comportement flexible. Le vocabulaire de l'équilibrage a suivi une trajectoire distincte : l'ISO 1925 a été révisée en ISO 21940-2. La numérotation ISO 21940 reflète l'intégration dans la série complète ISO 21940 couvrant tous les aspects de l'équilibrage des rotors. Les anciennes désignations restent encore largement présentes dans la littérature industrielle.
Norme officielle : ISO 21940-14:2012 (remplace ISO 1940-2) sur l'ISO Store →
Foire aux questions — ISO 1940-2
Erreurs d'équilibrage, transition vers l'ISO 21940 et terminologie de l'équilibrage
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