Istruzioni per l'equilibratura dinamica degli alberi: Statico vs Dinamico, Procedura sul campo e gradi ISO 21940
Tutto ciò di cui un tecnico sul campo ha bisogno per bilanciare i rotori in loco, dalla fisica dello sbilanciamento alla verifica finale. Procedura in sette fasi, formule per il peso di prova, misurazione dell'angolo di correzione e tabelle di tolleranza ISO. Testato su oltre 2.000 rotori tra ventilatori, trituratori, frantoi e alberi.
Che cos'è il bilanciamento dinamico?
Bilanciamento dinamico è il processo di misurazione e correzione della distribuzione irregolare della massa di un corpo rotante (rotore) mentre gira alla velocità operativa. A differenza dell'equilibratura statica, che corregge l'offset di massa in un singolo piano, l'equilibratura dinamica affronta lo squilibrio in due o più piani contemporaneamente, eliminando sia la forza centrifuga che la coppia oscillante che causano vibrazioni nei cuscinetti.
Ogni parte rotante, dal rotore di un trituratore da 200 kg al mandrino di un trapano dentistico da 5 g, presenta uno squilibrio residuo. Tolleranze di fabbricazione, incongruenze nei materiali, corrosione e depositi accumulati spostano il baricentro lontano dall'asse di rotazione geometrico. Il risultato è una forza centrifuga che cresce con il quadrato della velocità: raddoppiando i giri al minuto, la forza quadruplica.
Un rotore che gira a 3.000 giri/min con soli 10 g di sbilanciamento a un raggio di 150 mm genera circa 150 N di forza di rotazione, sufficienti a distruggere i cuscinetti in poche settimane. L'equilibratura dinamica riduce questa forza a un livello specificato dagli standard internazionali (ISO 21940-11, precedentemente ISO 1940), prolungando la durata dei cuscinetti da mesi ad anni e riducendo i tempi di fermo dovuti alle vibrazioni.
Equilibrio statico vs dinamico
Il baricentro del rotore è spostato rispetto all'asse di rotazione in un aereo. Quando viene posizionato su supporti a lama di coltello, il lato pesante rotola verso il basso: è possibile rilevarlo senza ruotare.
Correzione: aggiungere o rimuovere massa in una singola posizione angolare opposta al punto pesante. Un piano di correzione è sufficiente.
Si applica a: parti strette a forma di disco con diametro > 7 volte la larghezza: volani, mole, giranti monodisco, lame di seghe, dischi dei freni.
Due (o più) offset di massa si trovano in piani diversi lungo la lunghezza del rotore. Possono annullarsi a vicenda staticamente - il rotore è fermo sui bordi del coltello - ma creano un coppia che balla durante la rotazione. Questa coppia non può essere rilevata o corretta senza rotazione.
Correzione: Due pesi di compensazione su due piani separati. Lo strumento calcola la massa e l'angolo per ciascun piano dalla matrice dei coefficienti di influenza.
Si applica a: rotori allungati — alberi, ventilatori con giranti larghe, rotori di pacciamatura, rulli, giranti di pompe multistadio, turbine.
Quattro tipi di squilibrio
La norma ISO 21940-11 distingue quattro modelli fondamentali di squilibrio. Capire quale sia quello dominante aiuta a scegliere la strategia di bilanciamento corretta.
Nella pratica, quasi tutti i rotori che si incontrano sul campo presentano uno squilibrio dinamico, una combinazione di componenti di forza e coppia. Ecco perché l'equilibratura su due piani è la procedura predefinita per qualsiasi rotore che non sia un disco sottile.
Quando utilizzare il bilanciamento a piano singolo rispetto a quello a due piani
Il fattore decisivo è il rotore rapporto geometrico L/D (lunghezza assiale rispetto al diametro esterno) combinata con la sua velocità operativa.
| Criterio | Piano singolo (1 sensore) | Due piani (2 sensori) |
|---|---|---|
| rapporto L/D | L/D < 0,14 (diametro > 7× larghezza) | L/D ≥ 0,14 |
| Parti tipiche | Mola, volano, girante monodisco, puleggia, disco freno, lama della sega | Rotore del ventilatore, trituratore, albero, rullo, pompa multistadio, turbina, frantoio |
| Tipi di squilibrio corretti | Solo statico (forza) | Statico + coppia + dinamico (forza + momento) |
| Piani di correzione | 1 | 2 |
| Esecuzioni di misurazione | 2 (iniziale + 1 prova) | 3 (iniziale + 2 prove, una per aereo) |
| Tempo sul sito | 15–20 minuti | 30–45 minuti |
Gradi di qualità della bilancia ISO 21940-11
La norma ISO 21940-11 (successore della norma ISO 1940-1) assegna a ciascuna classe di macchinari rotanti un grado di qualità dell'equilibrio G, definita come la velocità massima ammissibile del baricentro del rotore in mm/s. Lo squilibrio specifico residuo ammissibile eper (in g·mm/kg) è derivato dal grado e dalla velocità operativa:
G — grado di qualità dell'equilibrio (ad esempio 6,3 significa 6,3 mm/s)
ω — velocità angolare, rad/s
giri al minuto — velocità di funzionamento, giri/min
| Grado | e·ω, mm/s | Tipi di macchine |
|---|---|---|
G 0.4 |
0.4 | Giroscopi, mandrini di rettificatrici di precisione |
G 1.0 |
1.0 | Turbocompressori, turbine a gas, piccole indotte elettriche con requisiti speciali |
G 2.5 |
2.5 | Motori elettrici, generatori, turbine medio/grandi, pompe con esigenze particolari |
G 6.3 |
6.3 | Ventilatori, pompe, macchinari di processo, volani, centrifughe, macchinari industriali generali |
G 16 |
16 | Macchine agricole, frantoi, alberi di trasmissione (cardano), parti di macchine frantoianti |
G 40 |
40 | Ruote per autovetture, gruppi albero motore (produzione in serie) |
G 100 |
100 | Gruppi albero motore di grandi motori diesel marini lenti |
Esempio pratico: rotore della ventola
Il rotore di un ventilatore centrifugo pesa 80 kg, gira a 1.450 giri/min e il raggio di correzione è di 250 mm. Grado richiesto: G 6.3.
Con raggio di correzione 250 mm: massa residua massima = 3320 / 250 = 13,3 grammi per aereo
Ciò significa che ogni piano di correzione non può trattenere più di 13,3 g di squilibrio, ovvero più o meno il peso di tre rondelle M6.
Standard correlati: ISO 21940-11 (rotori rigidi), ISO 21940-12 (rotori flessibili), ISO 10816-3 (limiti di gravità delle vibrazioni), ISO 1940 (predecessore ereditario).
Procedura di bilanciamento del campo in sette fasi
Questo è il metodo del coefficiente di influenza per il bilanciamento del campo a due piani, applicato con uno strumento portatile come il Balanset‑1A. La stessa logica funziona con qualsiasi analizzatore di bilanciamento a due canali.
M t = M r × K / (R t × (N/100)²) dove Mr = massa del rotore (g), K = coefficiente di rigidità del supporto (1–5, utilizzare 3 per la media), Rt = raggio di installazione (cm), N = giri/min. Oppure usa il nostro calcolatore del peso di prova online — inserisci i parametri del tuo rotore e ottieni subito la massa consigliata.
Calcolo del peso di prova
Il peso di prova deve essere sufficientemente pesante da produrre una variazione di vibrazione percepibile, ma sufficientemente leggero da non sovraccaricare i cuscinetti o creare una condizione pericolosa. La formula empirica standard tiene conto della massa del rotore, del raggio di correzione, della velocità operativa e della rigidità del supporto:
Mr — massa del rotore, grammi
E — coefficiente di rigidità del supporto (1 = supporti morbidi, 3 = medio, 5 = fondazione rigida)
Rt — raggio di installazione del peso di prova, cm
N — velocità di funzionamento, giri/min
Non vuoi fare i calcoli a mano? Usa il nostro calcolatore del peso di prova online ↗ — inserisci i parametri del tuo rotore, il tipo di supporto e il livello di vibrazione e ottieni immediatamente la massa consigliata.
Esempi pratici (K = 3, rigidità media)
| Macchina | Massa del rotore | giri al minuto | Raggio | Peso di prova (K = 3) |
|---|---|---|---|---|
| Rotore trinciante | 120 chili | 2,200 | 30 centimetri | 360.000 / (30 × 484) ≈ 25 grammi |
| Ventilatore industriale | 80 chili | 1,450 | 40 centimetri | 240.000 / (40 × 210,25) ≈ 29 grammi |
| Tamburo della centrifuga | 45 chili | 3,000 | 15 centimetri | 135.000 / (15 × 900) = 10 grammi |
| Albero del frantoio | 250 chili | 900 | 25 centimetri | 750.000 / (25 × 81) ≈ 370 grammi |
Misurazione dell'angolo di correzione
Lo strumento di bilanciamento fornisce due numeri per piano: massa (quanto peso) e angolo (dove posizionarlo). L'angolo è sempre riferito alla posizione del peso di prova.
Come misurare l'angolo
- Punto di riferimento (0°): la posizione angolare in cui hai posizionato il peso di prova. Segnala chiaramente sul rotore prima della prova.
- Direzione di misurazione: sempre nella direzione di rotazione del rotore.
- Lettura dell'angolo: lo strumento visualizza l'angolo f₁ per il Piano 1 e f₂ per il Piano 2. Dal segno del peso di prova, contare altri gradi nella direzione di rotazione: è lì che va il peso di correzione.
- Se si rimuove la massa: posizionare la correzione a 180° di fronte alla posizione "aggiungi" indicata.
Divisione del peso in posizioni fisse
Quando il rotore ha fori preforati o posizioni di montaggio fisse (ad esempio bulloni delle pale del ventilatore), potrebbe non essere possibile posizionare un peso con l'angolo calcolato esatto. Il Balanset-1A include un funzione di divisione del peso: si inseriscono gli angoli delle due posizioni disponibili più vicine e il software scompone il singolo vettore di correzione in due pesi più piccoli in quelle posizioni. L'effetto combinato corrisponde al vettore originale.
Piani di correzione e posizionamento del sensore
Il piano di correzione è la posizione assiale sul rotore in cui si aggiunge o si rimuove massa. Il sensore misura la vibrazione sul cuscinetto più vicino. Alcune regole chiave:
- Il sensore va sull'alloggiamento del cuscinetto — il più vicino possibile all'asse centrale del cuscinetto, in direzione radiale (preferibilmente orizzontale).
- Il piano 1 corrisponde al sensore 1, Piano 2 al sensore 2. Mantenere la numerazione coerente altrimenti il software scambierà i piani di correzione.
- Massimizza la separazione dei piani: Quanto più distanti sono i due piani di correzione, tanto migliore è la risoluzione della coppia. La separazione minima pratica è pari a ⅓ della campata del cuscinetto.
- Scegli posizioni accessibili: il piano di correzione deve essere un punto in cui è possibile fissare fisicamente i pesi: un bordo della flangia, un cerchio di bulloni, un cerchio o una superficie di saldatura.
Nella foto sopra, un rotore di trinciatrice è preparato per l'equilibratura su due piani. I marcatori blu 1 e 2 indicano le posizioni dei sensori sugli alloggiamenti dei cuscinetti. I marcatori rossi 1 e 2 mostrano i piani di correzione, in questo caso le estremità flangiate del corpo del rotore dove verranno saldati i pesi.
Rotore a sbalzo (a sbalzo)
I rotori a sbalzo (giranti di ventilatori, volani montati esternamente al cuscinetto, giranti di pompe) richiedono una diversa disposizione dei sensori e dei piani. Entrambi i piani di correzione si trovano sullo stesso lato dei cuscinetti e il posizionamento dei sensori deve tenere conto dello sbilanciamento della coppia di amplificazione della massa sporgente.
Applicazioni per tipo di macchina
Metodi di fissaggio del peso
| Metodo | Allegato | Ideale per | Limiti |
|---|---|---|---|
| Saldatura | Rondelle o piastre in acciaio saldate a punti al bordo del rotore | Trituratori, frantoi, rotori industriali pesanti | Permanente. Non può essere utilizzato su alluminio o acciaio inossidabile senza un'asta speciale. |
| Bulloni e dadi | Bulloni attraverso fori preforati con controdadi | Giranti per ventilatori, volani, flange di accoppiamento | Richiede fori esistenti o nuove perforazioni |
| fascette stringitubo | Fascetta stringitubo in acciaio inossidabile con peso inserito | Alberi, rulli, rotori cilindrici sul campo | Temporaneo o semipermanente. Verificare la coppia di serraggio |
| Clip-on con vite di fissaggio | Pesi a clip pre-assemblati (come i pesi degli pneumatici) | Pale del ventilatore, cerchi sottili, rotori leggeri | Gamma di massa limitata. Potrebbe slittare ad alti regimi. |
| Adesivo (epossidico) | Peso incollato alla superficie | Rotori di precisione, ambienti puliti | Richiede una superficie pulita e asciutta. Limite di temperatura ~120°C |
| Rimozione del materiale | Foratura o rettifica del materiale lontano dal lato pesante | Turbocompressori, mandrini ad alta velocità, giranti | Permanente e preciso ma irreversibile. Da utilizzare quando l'aggiunta di peso non è sicura. |
Errori comuni nel bilanciamento del campo
| # | Errore | Conseguenza | Aggiustare |
|---|---|---|---|
| 1 | Sensore montato su una protezione o copertura | La risonanza della copertura distorce le letture di ampiezza e fase → correzione errata | Montare sempre sulla superficie metallica dell'alloggiamento del cuscinetto |
| 2 | Peso di prova troppo leggero | La variazione di fase e ampiezza è all'interno del rumore → i coefficienti di influenza non sono affidabili | Assicurarsi che la variazione di ampiezza sia ≥30% o che la variazione di fase sia ≥30° su almeno un sensore |
| 3 | Variazione di velocità tra le corse | La vibrazione a 1× cambia con RPM² — anche una variazione di velocità di 5% corrompe i dati | Utilizzare un contagiri per un monitoraggio preciso dei giri. Attendere che la velocità si stabilizzi. |
| 4 | Dimenticare di rimuovere il peso di prova | Il calcolo della correzione include l'effetto del peso di prova → il risultato non è significativo | Seguire una routine rigorosa: rimuovere il peso di prova prima di installare i pesi di correzione |
| 5 | Confondere il Piano 1 e il Piano 2 | I pesi di correzione vanno nei piani sbagliati → aumentano le vibrazioni | Etichettare chiaramente i sensori e i piani. Sensore 1 → Piano 1, Sensore 2 → Piano 2 |
| 6 | Misurazione dell'angolo opposto alla rotazione | La correzione è di 360° − f invece di f → lato opposto del rotore | Confermare il senso di rotazione prima di iniziare. Misurare sempre nel senso di rotazione |
| 7 | Crescita termica durante le corse | Variazioni del gioco dei cuscinetti tra le corse di avviamento a freddo → misurazioni della deriva | Riscaldarsi fino a raggiungere uno stato stazionario prima della corsa 0 oppure completare tutte le corse rapidamente (a distanza di <5 minuti) |
| 8 | Utilizzo di un singolo piano su un rotore lungo | Lo squilibrio della coppia rimane non corretto → la vibrazione può addirittura aumentare nel cuscinetto più lontano | Utilizzare il bilanciamento a due piani per qualsiasi rotore in cui L/D ≥ 0,14 o la separazione dei piani è significativa |
Rapporto sul campo: bilanciamento del rotore del trinciapaglia
Macchina: Trinciatrice a flagelli Maschio Bisonte 280, rotore da 165 kg, velocità della presa di forza di 2.100 giri/min. Il cliente ha segnalato forti vibrazioni dopo la sostituzione di 8 flagelli.
Impostazione: Due accelerometri sugli alloggiamenti dei cuscinetti, tachimetro laser sull'albero della presa di forza. Modalità a due piani Balanset-1A.
Esecuzione 0: Sensore 1 = 12,4 mm/s a 47°, Sensore 2 = 8,9 mm/s a 213°. ISO 10816-3 zona D (pericolo).
Prove di collaudo: Peso di prova da 500 g utilizzato su entrambi i piani. Risposta chiara: variazione di ampiezza >60% su entrambi i sensori.
Correzione: Piano 1: 340 g saldato a 128°. Piano 2: 215 g saldato a 276°.
Verifica: Sensore 1 = 0,8 mm/s, Sensore 2 = 0,6 mm/s. Zona ISO A (buona). Non è necessaria alcuna regolazione.
Bilanciamento dinamico a due piani di un ventilatore
I ventilatori industriali (centrifughi, assiali e a flusso misto) sono tra i rotori più comunemente bilanciati sul campo. La procedura seguente illustra un vero lavoro su due piani su un ventilatore radiale utilizzando il Balanset-1A.
Determinazione dei piani e installazione dei sensori
Pulire le superfici di installazione dei sensori da sporco e olio. I sensori devono aderire perfettamente alla superficie metallica dell'alloggiamento del cuscinetto: non montarli mai su coperchi, protezioni o pannelli in lamiera non supportati.
- Sensore 1 (rosso): Installare più vicino alla parte anteriore della ventola (lato Piano 1).
- Sensore 2 (verde): Installare più vicino alla parte posteriore della ventola (lato Piano 2).
- Piano 1 (zona rossa): Piano di correzione sul disco della girante, più vicino alla parte anteriore.
- Piano 2 (zona verde): Piano di correzione più vicino alla piastra posteriore o al mozzo.
Collegare entrambi i sensori di vibrazione e il tachimetro laser al Balanset-1A. Applicare del nastro riflettente all'albero o al mozzo per ottenere un riferimento per i giri al minuto.
Processo di bilanciamento
Avviare la ventola ed effettuare le misurazioni iniziali delle vibrazioni (Esecuzione 0). Installare un peso di prova di massa nota sul Piano 1 in un punto arbitrario, far funzionare la ventola e registrare la variazione delle vibrazioni (Esecuzione 1). Spostare il peso di prova sul Piano 2 in un punto arbitrario, far funzionare nuovamente la ventola e registrare (Esecuzione 2). Il software Balanset-1A utilizza tutte e tre le misurazioni per calcolare la massa e l'angolo di correzione per ciascun piano.
Misurazione dell'angolo per pesi di correzione della ventola
L'angolo viene misurato dalla posizione del peso di prova nella direzione di rotazione della ventola, esattamente come descritto nel Misurazione dell'angolo di correzione sezione sopra. Segnare dove è stato posizionato il peso di prova (riferimento 0°), quindi contare l'angolo indicato lungo la direzione di rotazione per trovare la posizione del peso di correzione.
Sulla base degli angoli e delle masse calcolati dal software, installare i pesi di correzione sul Piano 1 e sul Piano 2. Far funzionare nuovamente la ventola e verificare che la vibrazione sia scesa a un livello accettabile per ISO 21940-11 (tipicamente G 6.3 per ventilatori per uso generico). Se le vibrazioni residue sono ancora superiori al target, eseguire una corsa di trim.
Domande frequenti
Attrezzatura per il bilanciamento sul campo
Il Balanset‑1A è uno strumento portatile a due canali che gestisce il bilanciamento dinamico su un solo piano e su due piani, oltre all'analisi delle vibrazioni (velocità complessiva, spettri, forma d'onda). Viene fornito come kit completo:
- 2 sensori di vibrazione piezoelettrici con supporti magnetici
- Contagiri laser (sensore RPM senza contatto) con nastro riflettente
- Unità di misura USB (si collega a qualsiasi laptop Windows)
- Software: assistente di bilanciamento, misuratore di vibrazioni, analizzatore di spettro
- Custodia per il trasporto con tutti i cavi e gli accessori
Intervallo di giri al minuto: 300–100.000. Intervallo di vibrazione: 0,5–80 mm/s RMS. Precisione di fase: ±1°. Divisione del peso, corse di assetto, controllo delle tolleranze e generazione di report inclusi nel software. Il kit completo pesa 3,5 kg.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
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KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
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IT 
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