Capire l'equilibrio della tolleranza
Definizione: Che cosa è la tolleranza di bilanciamento?
Tolleranza di bilanciamento è la quantità massima consentita di squilibrio residuo che può rimanere in un rotore dopo bilanciamento è completato. Rappresenta il criterio di accettazione che definisce se un rotore è adeguatamente bilanciato per il servizio previsto. La tolleranza di equilibratura è espressa come massa sbilanciata specifica a un dato raggio (in grammi-millimetri o once-pollici) o come ampiezza di vibrazione (in mm/s o mil).
Le tolleranze sono definite da standard internazionali, principalmente ISO 21940 serie, che specificano i gradi di qualità dell'equilibratura in base al tipo di rotore, alla velocità di esercizio e all'applicazione. Questi standard garantiscono un'equilibratura uniforme, sicura ed efficace in tutti i settori e in tutte le tipologie di apparecchiature.
Perché è importante bilanciare la tolleranza
Stabilire tolleranze di bilanciamento appropriate è fondamentale per diversi motivi:
- Sicurezza: Uno squilibrio residuo eccessivo può causare guasti alla macchina, creando rischi per la sicurezza del personale e delle apparecchiature circostanti.
- Longevità dell'attrezzatura: Operando entro i limiti di tolleranza si riduce al minimo l'usura causata dalle vibrazioni su cuscinetti, guarnizioni e componenti strutturali, prolungandone la durata utile.
- Garanzia di qualità: Le tolleranze forniscono criteri di accettazione oggettivi per bilanciare il lavoro, garantendo una qualità costante.
- Equilibrio economico: Le tolleranze rappresentano un compromesso pratico tra il costo del raggiungimento di un equilibrio perfetto (impossibile) e prestazioni operative accettabili.
- Conformità agli standard del settore: Il rispetto delle tolleranze riconosciute dimostra la conformità alle migliori pratiche del settore e può essere richiesto da normative o garanzie.
ISO 21940-11: lo standard primario
La norma ISO 21940-11 (precedentemente ISO 1940-1) è lo standard riconosciuto a livello internazionale per i requisiti di qualità delle bilance. Definisce una serie di gradi di qualità delle bilance denominati gradi G, dove G sta per "grado di qualità delle bilance" e il valore numerico rappresenta l'eccentricità specifica dello squilibrio in millimetri al secondo.
Gradi di qualità Common Balance (Gradi G)
Lo standard definisce i gradi G che vanno da G 0,4 (massima precisione) a G 4000 (minima precisione). I gradi più comuni includono:
- G 0.4: Mandrini per rettificatrici di precisione, giroscopi (massima precisione)
- G 1.0: Mandrini per macchine utensili ad alta precisione, turbocompressori
- G 2.5: Turbine a gas e a vapore, rotori rigidi di turbogeneratori, compressori, azionamenti di macchine utensili
- G 6.3: La maggior parte dei macchinari generali, rotori di motori elettrici (2 poli), centrifughe, ventilatori, pompe
- G 16: Macchine agricole, frantoi, motori diesel multicilindrici
- G 40: Apparecchiature a bassa velocità, motori diesel a quattro cilindri montati rigidamente
Numeri G più bassi indicano tolleranze più strette (minore squilibrio consentito), mentre numeri G più alti consentono un maggiore squilibrio residuo.
Calcolo della tolleranza di bilanciamento
Lo squilibrio residuo ammissibile dipende da tre fattori: la massa del rotore, la sua velocità di esercizio e il grado di qualità dell'equilibratura selezionato. Il calcolo segue la seguente relazione:
Calcolatrice di tolleranza online
Per un calcolo rapido e preciso dello squilibrio residuo ammissibile, utilizzare il nostro Calcolatore della tolleranza di sbilanciamento residua. La calcolatrice calcola automaticamente i valori di tolleranza in base agli standard ISO 1940/21940 per vari tipi di macchine, massa del rotore e velocità operativa, con opzioni per il bilanciamento su un solo piano o su due piani.
Formula per lo squilibrio residuo ammissibile
Tuper = (G × M) / (ω / 1000)
Dove:
- Tuper = Squilibrio residuo ammissibile (grammi-millimetri o g·mm)
- G = Grado di qualità della bilancia (ad esempio, 6.3 per G 6.3)
- M = Massa del rotore (chilogrammi)
- ω = Velocità angolare (radianti al secondo) = (2π × RPM) / 60
Formula semplificata utilizzando RPM
Per un uso pratico, la formula può essere semplificata come segue:
Tuper (g·mm) = (9549 × G × M) / RPM
Dove:
- M = Massa del rotore in chilogrammi
- giri al minuto = Velocità di servizio in giri al minuto
- G = Numero di grado di qualità dell'equilibrio
Esempio di calcolo
Consideriamo un rotore di motore con le seguenti specifiche:
- Massa: 50 kg
- Velocità di funzionamento: 3000 giri/min
- Qualità di bilanciamento richiesta: G 6.3
Tuper = (9549 × 6,3 × 50) / 3000 = 100,4 g·mm
Ciò significa che lo squilibrio residuo massimo consentito per questo rotore è di circa 100 g·mm. Se il raggio del piano di correzione è di 100 mm, ciò equivale a 1,0 g di squilibrio residuo a quel raggio.
È possibile verificare questo calcolo o calcolare le tolleranze per diversi tipi di macchine utilizzando il nostro calcolatrice online.
Tolleranze a piano singolo vs. a due piani
La tolleranza calcolata si applica allo squilibrio totale in un singolo piano per bilanciamento su un solo piano. Per bilanciamento dinamico a due piani, la norma ISO 21940-11 fornisce linee guida per la distribuzione della tolleranza totale tra i due piani di correzione, in genere assegnando la tolleranza a ciascun piano in base alla distanza tra i piani e alla geometria del rotore.
Tolleranza basata sulle vibrazioni
Mentre la norma ISO 21940-11 specifica i limiti di massa sbilanciata, l'equilibratura in campo utilizza spesso l'ampiezza delle vibrazioni come criterio di accettazione, poiché viene misurata direttamente. Le tolleranze basate sulle vibrazioni sono in genere definite da:
Serie ISO 20816
Questi standard specificano i limiti di vibrazione accettabili per vari tipi di macchine in base alla velocità RMS (mm/s o pollici/s). Le zone comuni includono:
- Zona A: Macchine appena messe in funzione (vibrazioni molto basse)
- Zona B: Accettabile per il funzionamento a lungo termine
- Zona C: Accettabile per periodi limitati, è necessario pianificare azioni correttive
- Zona D: Inaccettabile, sono necessarie azioni correttive immediate
Criteri pratici sul campo
Molti tecnici dell'equilibratura utilizzano queste regole pratiche:
- Vibrazione ridotta a meno di 25% del livello iniziale = equilibrio riuscito
- Vibrazione assoluta inferiore a 2,8 mm/s (0,11 pollici/s) = generalmente accettabile per la maggior parte delle apparecchiature industriali
- Vibrazione residua inferiore a 1,0 mm/s (0,04 in/s) = equilibrio eccellente
Fattori che influenzano la tolleranza raggiungibile
La capacità di soddisfare la tolleranza di bilanciamento dipende da diversi fattori pratici:
1. Capacità dell'attrezzatura
- Precisione di misura degli strumenti di bilanciamento
- Sensibilità dei sensori di vibrazione
- Risoluzione del posizionamento dei pesi (quanto accuratamente possono essere posizionati i pesi)
2. Caratteristiche del rotore e della macchina
- Condizioni meccaniche (allentamento, usura dei cuscinetti, problemi di fondazione possono impedire il raggiungimento di tolleranze ristrette)
- Operante a o vicino velocità critiche rende più difficile il bilanciamento preciso
- Non linearità nella risposta del sistema
3. Vincoli pratici
- Accessibilità di piani di correzione
- Incrementi di peso disponibili (è possibile aggiungere pesi solo in quantità discrete)
- Risoluzione angolare dei fori di montaggio o dei punti di attacco
Tolleranza vs. Capacità di bilanciamento
È importante distinguere tra:
- Tolleranza specificata: Lo squilibrio residuo massimo consentito come definito da norme o specifiche
- Equilibrio raggiungibile: Il livello effettivo di equilibrio che può essere raggiunto praticamente date le capacità e i vincoli dell'attrezzatura
- Equilibrio economico: Il punto oltre il quale un ulteriore miglioramento non è conveniente
Per la maggior parte dei bilanciamenti industriali sul campo, raggiungere livelli di squilibrio 2-3 volte migliori della tolleranza richiesta rappresenta un lavoro eccellente e garantisce un margine per le incertezze di misura e le variazioni operative.
Documentazione e accettazione
Una corretta documentazione della tolleranza di bilanciamento include:
- Specificato Grado G o valore di tolleranza
- Squilibrio residuo ammissibile calcolato (Uper)
- Squilibrio residuo misurato dopo l'equilibratura
- Confronto che mostra la conformità: Misurato ≤ Consentito
- Firma o annotazione di accettazione
Questa documentazione fornisce una prova oggettiva che il lavoro di bilanciamento soddisfa le specifiche e serve come base per future valutazioni di manutenzione.
Quando utilizzare tolleranze più strette o più larghe
Tolleranze più strette giustificate quando:
- Funzionamento ad alta velocità (fondamentale per la sicurezza e la durata dei cuscinetti)
- Apparecchiature di precisione che richiedono vibrazioni minime
- Strutture leggere o flessibili sensibili alle vibrazioni
- Apparecchiature situate in prossimità di processi o strumenti sensibili alle vibrazioni
Tolleranze più ampie accettabili quando:
- Attrezzature pesanti e a bassa velocità
- Costruzione robusta con elevata tolleranza alle vibrazioni
- Attrezzature di breve durata o di uso poco frequente
- Le considerazioni economiche superano i guadagni incrementali delle prestazioni
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