ISO 1940-1 - Exigences de qualité d'équilibrage pour les rotors rigides
La norme internationale fondamentale définissant le système de qualité d'équilibrage par grade G — de G 0,4 (gyroscopes) à G 4000 (diesels marins). Elle est désormais intégrée à la norme ISO 21940-11, avec des valeurs de grade G et une méthodologie identiques.
Balourd résiduel admissible
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 - entrer les données du rotor, obtenir Upar
Résultats - ISO 1940-1
Balourd résiduel admissible
pour calculer la tolérance
Catégories de qualité d'équilibrage G
Échelle logarithmique avec un facteur 2,5 entre les grades adjacents - de l'ultra-précision G 0,4 à la marine G 4000
| Catégorie G | e-ω (mm/s) | Types de rotors | Notes |
|---|---|---|---|
| G 0,4 | 0.4 | Gyroscopes, broches de précision, lecteurs de disques optiques | Proche de la limite de l'équilibrage conventionnel |
| G 1.0 | 1.0 | Broches de rectification, magnétophones, petites armatures de précision | Nécessite des conditions ultra-propres |
| G 2,5 | 2.5 | Turbines à gaz et à vapeur, turbogénérateurs, turbocompresseurs, moteurs à grande vitesse | Prévient l'endommagement prématuré des roulements |
| G 6.3 | 6.3 | Ventilateurs, pompes, volants d'inertie, moteurs électriques, machines-outils, rouleaux de papier | La plus courante - la catégorie par défaut |
| G 16 | 16 | Arbres à cardan (spéciaux), machines agricoles, concasseurs, ventilateurs de mines | Usage intensif, conditions sévères |
| G 40 | 40 | Roues et jantes de voitures, arbres à cardan (standard), ventilateurs lents | La variation des pneus domine |
| G 100 | 100 | Moteurs complets de voitures, camions, locomotives | Moteurs à combustion interne en tant qu'ensembles |
| G 250 | 250 | Vilebrequins de moteurs diesel à grande vitesse | Au niveau des composants |
| G 630 | 630 | Vilebrequins de gros moteurs à 4 temps, diesels marins sur supports élastiques | Gros moteurs alternatifs à basse vitesse |
| G 1600 | 1600 | Vilebrequins de gros moteurs à deux temps | Très lent, fondations massives |
| G 4000 | 4000 | Vilebrequins de moteurs diesel marins à faible vitesse sur fondations rigides | Exigences les plus souples |
| Type de rotor | Masse (kg) | tr/min | G | Upar (g-mm) | Par avion | epar (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Petit moteur | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| Ventilateur CVC | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Roue de pompe | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Turbo-compresseur | 120 | 8 000 | G 2,5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Rouleau de papier | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Ventilateur de centrale électrique | 350 | 990 | G 2,5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Broche de rectification | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Roue de voiture | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
| Type de rotor | Répartition | Formule | Notes |
|---|---|---|---|
| Symétrique | Répartition égale | UL=UR=Upar/2 | Cas le plus simple. Moteurs, quelques ventilateurs. |
| Asymétrique entre les paliers | Proportionnel | UL=Upar-(b/L) | Méthode la plus courante. |
| En porte-à-faux (cantilever) | Basé sur le moment | Eqns de statique | Tolérances plus étroites sur le plan en porte-à-faux. |
| Étroite (plans rapprochés) | Séparer statique+couple | Selon la norme ISO 21940-12 | Différents effets de vibration. |
Qu'est-ce que la norme ISO 1940-1 ?
ISO 1940-1 (Vibrations mécaniques — Exigences de qualité d'équilibre des rotors dans un état constant (rigide)) définit le Système de qualité d'équilibre par grades G pour les rotors rigides. La formule Upar = (9 549 × G × M) / n calcule le résidu admissible déséquilibrer. Remplacé par ISO 21940-11:2016 avec des valeurs identiques. Grade par défaut pour les machines industrielles : G 6.3.
La norme ISO 1940-1 est le document de référence pour l'équilibrage des rotors dans le monde entier. Son système de grades G est le langage de facto de l'équilibrage : l'expression "équilibrer à G 6,3" est comprise par tous les spécialistes du monde entier. La norme couvre les rotors rigides, des minuscules broches de précision aux vilebrequins massifs, et fournit un cadre universel pour la spécification, le calcul et la vérification de la qualité d'équilibrage.
La norme ne s'applique qu'aux rigide rotors — ceux dont les déformations élastiques sous l'effet des forces centrifuges sont négligeables dans la plage de vitesse de fonctionnement. Les rotors flexibles (fonctionnant au-dessus de la première vitesse critique de flexion) sont couverts par la norme ISO 21940-12.
Le concept de rotor rigide
Un rotor est considéré comme rigide si sa distribution de masse ne change pas de manière significative lorsque la vitesse varie de zéro à la vitesse maximale de fonctionnement. Conséquence essentielle : un rotor équilibré à faible vitesse sur une machine à équilibrer reste équilibré à sa vitesse de fonctionnement. Cela permet un équilibrage à 300-600 tours/minute sur une machine d'atelier tout en respectant les tolérances à 3 000+ tours/minute en service.
Si un rotor fonctionne dans la région supercritique (au-dessus de la première flexion vitesse critique) ou près de résonance, les déflexions modifient la répartition effective de la masse et l'équilibrage à basse vitesse peut être inefficace à haute vitesse. De tels rotors sont classés comme flexibles.
Rotors à géométrie variable (arbres articulés, pales d'hélicoptères). Résonance dans les systèmes rotor-support-fondation. Forces aérodynamiques et hydrodynamiques non liées à la répartition de la masse. Pour les ventilateurs en particulier, voir ISO 14694 (catégories BV/FV).
Types de balourd
Déséquilibrer = axe d'inertie du rotor ≠ axe de rotation. Sous forme de vecteur : U = m × r (g·mm). La norme ISO 1940-1 en classe trois types :
- Balourd statique : Axe d'inertie parallèle à l'axe de rotation mais déplacé. Équivalent d'une seule masse déséquilibrée. Corrigeable en un avion. Typiques : poulies, engrenages étroits, roues de ventilateurs (L/D < 0,5).
- Balourd de couple : L'axe d'inertie passe par le centre de masse mais est incliné. La force nette est nulle, mais un couple fait basculer le rotor. Nécessite deux plans.
- Balourd dynamique : Cas général — statique + couple combinés. L'axe d'inertie n'est ni parallèle ni sécant à l'axe de rotation. Nécessite deux plans. La plupart des rotors réels présentent un déséquilibre dynamique.
Balourd spécifique (excentricité)
La catégorie G est définie comme le produit e × ω (mm/s) — la vitesse linéaire du centre de masse du rotor autour de l'axe de rotation. Ce chiffre unique caractérise la qualité de l'équilibre indépendamment de la taille et de la vitesse du rotor.
Le système G-Grade — Base physique
Similitude de masse
Pour des rotors géométriquement similaires : Upar ∝ M → balourd spécifique epar doit être constante. Une seule norme s'applique à toutes les tailles.
Similitude de vitesse
Force centrifuge F = M-e-ω². Pour maintenir des charges acceptables sur les roulements à différentes vitesses, epar doit diminuer lorsque ω augmente :
Calcul du balourd résiduel admissible
Compte tenu de ce qui précède : Roue de ventilateur centrifuge, M = 200 kg, n = 1 500 tr/min, G 6.3.
Total : Upar = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 g-mm
Excentricité: epar = 8 021 / 200 = 40,1 µm
Par plan (symétrique, 2) : 8 021 / 2 = 4 011 g-mm
Pour R = 400 mm : 4 011 / 400 = 10,0 g par plan
La vitesse indiquée dans la formule doit être la vitesse la plus élevée en service - et non la vitesse de la machine d'équilibrage. De nombreux rotors sont équilibrés à 300-600 tr/min, mais la tolérance doit utiliser la vitesse de service réelle (par exemple 1 480 tr/min). L'utilisation de la vitesse de la machine d'équilibrage entraîne des tolérances dangereusement larges.
Répartition sur les plans de correction
Upar s'applique au centre de masse du rotor. En pratique, l'équilibre se fait sur deux plans (près des paliers). Règles du chapitre 7 :
Rotors symétriques
CoM au point médian → égal : UL = UR = Upar / 2.
Rotor asymétrique entre paliers
Rotors en porte-à-faux
La masse en porte-à-faux crée un moment de flexion qui charge les deux roulements. Un nouveau calcul basé sur le moment est nécessaire → la tolérance est généralement beaucoup plus stricte sur le plan en porte-à-faux. Courant pour les pompes, les compresseurs à un étage, les roues de ventilateur en porte-à-faux.
Erreurs et vérification
Sources d'erreur
- Systématique : Dérive de l'étalonnage de la machine, mandrins excentriques, effets de la rainure de clavette (ISO 8821), distorsion thermique.
- Aléatoire: Bruit du capteur, jeu du support, variation de l'assise du rotor.
L'erreur totale ne doit pas dépasser 10-15% de la tolérance. Si l'erreur est plus importante, resserrer la tolérance de travail en conséquence.
Effets d'assemblage
Équilibrage des composants ≠ équilibre de l'assemblage. L'excentricité de l'accouplement, le battement radial, les ajustements lâches peuvent réduire à néant le travail sur les composants. Équilibrer le rotor assemblé.
Méthodes de vérification
- Test d'indexation : Tourner le rotor de 180° sur le mandrin, mesurer à nouveau. Changement = erreur de fixation.
- Test de la masse d'essai : Ajouter une masse connue, vérifier que le changement de vecteur mesuré correspond à l'attente.
- Vérification sur le terrain : Mesurer les vibrations sur les roulements par ISO 10816.
Le Balanset-1A automatise la norme ISO 1940-1 : entrer la masse, la vitesse, le grade G → instant Upar avec attribution automatique des plans. Après l'équilibrage, il compare le résidu par rapport à la limite. La fonction Rapports F6 génère un protocole formel documentant la qualité G obtenue. Précision ±5% vitesse, ±1° phase - suffisante pour G 16 à G 2.5. La fonction Balanset-4 s'étend à quatre canaux pour les rotors complexes à paliers multiples.
Exemples pratiques
Rotor : 15 kW, 1 460 tr/min, 35 kg, symétrique entre roulements.
Tolérance : Upar = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 g-mm → 721/plan.
Pour R = 80 mm : 721 / 80 = 9,0 g/plan. Équilibrage en atelier : 180 g·mm résiduel. ✅
Rotor : Arbre + roue 18 kg, 2 950 tr/min. Roue 6 kg en porte-à-faux 120 mm. Portée du palier 250 mm.
Total : Upar = 367 g-mm. Répartition des moments : avant ≈ 202, arrière ≈ 165 g-mm.
Champ équilibré avec Balanset-1A monoplan : 8,5 g à 230°. Finale : 95 g-mm. ✅
Rotor : 3 étages, 65 kg, 12 000 tr/min. Légèrement asymétrique.
Tolérance : Upar = 129 g-mm → 65/plan → à R = 95 mm : 0,68 g/plan.
Précision du sous-programme → machine à grande vitesse de l'atelier uniquement. Test d'indexation : erreur de mandrin < 5 g-mm. Finale : 28 g-mm/plan. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- Valeurs, formules et tableaux d'application du grade G - identique. Aucune modification technique.
- Série ISO 21940 : Partie 11 (qualité), Partie 12 (flexible), Partie 14 (procédures), Partie 21 (descriptions), Partie 31 (susceptibilité), Partie 32 (clés).
- Les deux désignations sont utilisées de manière interchangeable dans la pratique.
- ISO 14694 Les catégories BV font directement référence aux grades G.
Normes connexes
- ISO 21940-11: Cette norme - système de classe G.
- ISO 21940-12 : Équilibrage des rotors flexibles.
- ISO 10816 / ISO 20816: Évaluation des vibrations — résultat opérationnel de la qualité d'équilibrage.
- ISO 14694: Catégories BV/FV spécifiques aux ventilateurs → grades G.
- ISO 8821 : Influence de la rainure de clavette (convention de la demi-clavette).
- API 610 / API 617 : Pompes/compresseurs à pétrole se référant à la norme ISO 1940.
Norme officielle : ISO 1940-1 sur l'ISO Store →
Questions fréquemment posées — ISO 1940-1
Système de qualité d'équilibre de classe G pour les rotors rigides
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