ISO 1940-2 - Balance Errors (ora ISO 21940-14)
Lo standard storico per la valutazione degli errori di equilibratura dei rotori rigidi — fonti di errore sistematiche, casualmente variabili e scalari nel processo di equilibratura. Ritirato e sostituito da ISO 21940-14:2012. Il vocabolario dell'equilibratura stesso è definito in ISO 21940-2 (ex ISO 1925) ed è riassunto di seguito.
Gli ingegneri Vibromera fanno ancora riferimento alla tassonomia degli errori della ISO 1940-2 quando risolvono problemi di squilibrio residuo persistente dopo la correzione con strumenti portatili come il Balanset-1A.
Termini chiave di equilibratura in sintesi
Le definizioni più importanti del vocabolario ISO dell'equilibratura — ISO 21940-2 (ex ISO 1925) — i termini che ogni specialista dell'equilibratura deve conoscere
Riferimento terminologico completo
Tutti i principali termini del vocabolario dell'equilibratura, ISO 21940-2 (ex ISO 1925), organizzati per categoria
| Termine | Definizione | Significato |
|---|---|---|
| Rotore Rotore | Un corpo in grado di ruotare attorno a un asse definito. Nel contesto dell'equilibratura, include qualsiasi componente rotante: alberi, giranti, indotti, tamburi, mandrini. | L'obiettivo fondamentale dell'equilibratura. Tutti gli altri termini descrivono le proprietà o le azioni del rotore. |
| Rotore Rotore rigido | Un rotore il cui squilibrio può essere corretto su due piani arbitrari e, dopo la correzione, lo squilibrio residuo non cambia in modo significativo a nessuna velocità fino alla velocità massima di servizio. | Determina che Norma ISO 1940-1 (Si applica il sistema di grado G). L'equilibratura a bassa velocità su una macchina da officina è valida. La stragrande maggioranza dei rotori industriali è rigida. |
| Rotore Rotore flessibile | Un rotore che si deforma elasticamente alla sua velocità di esercizio, modificando il suo stato di squilibrio. Deve essere corretto alla velocità di esercizio o in prossimità di essa su più di due piani. | Richiede ISO 21940-12. Turbine ad alta velocità, generatori di grandi dimensioni, compressori multistadio. Sono necessarie attrezzature specializzate per il bilanciamento ad alta velocità. |
| Rotore Asse dell'albero | La linea retta che unisce i centri dei perni dei cuscinetti. L'asse geometrico di rotazione. | Asse di riferimento per tutte le misurazioni dello squilibrio. L'eccentricità dei perni influisce sulla precisione della misurazione. |
| Rotore Asse principale di inerzia | Asse attorno al quale il rotore ruoterebbe liberamente senza produrre forza o momento centrifugo. Coincide con l'asse dell'albero per un rotore perfettamente bilanciato. | La discrepanza tra asse principale e asse dell'albero È squilibrio. Ogni correzione mira ad allineare questi due assi. |
| Rotore Centro di massa (gravità) | Il punto in cui l'intera massa del rotore può essere considerata concentrata. Per un rotore bilanciato, giace esattamente sull'asse dell'albero. | Squilibrio statico = CoM spostato dall'asse dell'albero. Squilibrio specifico (e) = distanza di spostamento. |
| Rotore Velocità di servizio | La velocità di rotazione massima alla quale il rotore opera nell'applicazione prevista. | Critico per il calcolo della tolleranza: Uper = (9 549 × G × M) / n. Utilizzare sempre la velocità di servizio, non quella di bilanciamento. |
| Rotore Velocità critica | Velocità di rotazione alla quale un sistema rotore-cuscinetto subisce risonanza, con conseguente vibrazione notevolmente amplificata. | Determina la classificazione rigido/flessibile. Un rotore rigido funziona ben al di sotto della prima velocità critica di flessione. |
| Termine | Definizione | Formula / Unità |
|---|---|---|
| Squilibrio Squilibrio | Condizione in cui l'asse principale di inerzia non coincide con l'asse di rotazione. Genera una forza centrifuga proporzionale alla massa, all'eccentricità e al quadrato della velocità. | U = m × r (g·mm o kg·m) |
| Squilibrio Squilibrio statico | Asse principale parallelo all'asse di rotazione ma spostato. Equivalente a una singola massa con un singolo raggio. Rilevabile senza rotazione (coltelli). Vibrazione del cuscinetto in fase. | Corretto in 1 piano |
| Squilibrio Squilibrio di coppia | L'asse principale interseca l'asse di rotazione nel centro di massa, ma è inclinato. Due punti pesanti uguali e opposti su piani diversi creano un momento oscillante. Rilevabile solo durante la rotazione. | Corretto in 2 piani |
| Squilibrio Squilibrio dinamico | Caso generale: asse principale né parallelo né intersecante l'asse di rotazione. Combinazione di statica e coppia. La condizione più comune nel mondo reale. | Corretto in 2 piani |
| Squilibrio Squilibrio specifico | Rapporto tra squilibrio e massa del rotore. Rappresenta l'eccentricità, ovvero lo spostamento del baricentro rispetto all'asse dell'albero. Consente il confronto della qualità tra rotori di diverse dimensioni. | e = U / M (µm o g·mm/kg) |
| Squilibrio Squilibrio residuo | Lo squilibrio residuo in un rotore dopo il processo di equilibratura. Non deve superare il valore ammissibile (Uper) per lo specificato Grado G. | Ures ≤ Uper |
| Squilibrio Squilibrio iniziale | Squilibrio di un rotore così come ricevuto, prima di qualsiasi correzione di bilanciamento. Misurato al primo avvio. | Base di riferimento per la procedura di bilanciamento |
| Squilibrio Vettore di squilibrio | L'entità e la posizione angolare dello squilibrio in un dato piano. Rappresentato come un vettore polare con ampiezza (g·mm) e angolo di fase (°). | U∠θ (g·mm a ° dal rif) |
| Termine | Definizione | Note pratiche |
|---|---|---|
| Processo Bilanciamento | Processo di controllo e regolazione della distribuzione della massa di un rotore in modo che lo squilibrio residuo rientri in una tolleranza specificata. | Iterativo: misura → calcola → correggi → verifica. |
| Processo Piano di correzione | Piano perpendicolare all'asse del rotore in cui viene aggiunta o rimossa massa. Posizione fisicamente accessibile per il posizionamento dei pesi. | Potrebbe differire dai piani di tolleranza (cuscinetto): richiede una conversione geometrica. |
| Processo Piano di tolleranza | Il piano in cui è specificato lo squilibrio ammissibile, in genere il piano del cuscinetto. Qui lo squilibrio influisce direttamente sui carichi sui cuscinetti. | Uper è specificato per i piani di tolleranza; deve essere convertito in piani di correzione. |
| Processo Massa di correzione | La massa fisica (peso) aggiunta o rimossa dal rotore con un raggio e un angolo specifici all'interno del piano di correzione. | Aggiunti: a clip, a bullone, a saldatura, epossidica. Rimossi: foratura, fresatura, rettifica. |
| Processo Peso di prova | Variazione della risposta alle vibrazioni (ampiezza e fase) in un punto di misura, causata da uno squilibrio unitario in una posizione specifica. Caratterizza la sensibilità del sistema rotore-cuscinetto. | Metodo di ponderazione della prova Balanset-1A: esecuzione → allega prova → esecuzione → il software calcola la correzione. |
| Processo Coefficiente di influenza | Variazione della risposta alle vibrazioni (ampiezza e fase) in un punto di misura, causata da uno squilibrio unitario in una posizione specifica. Caratterizza la sensibilità del sistema rotore-cuscinetto. | Calcolato dalle prove con peso di prova. Il bilanciamento su due piani richiede una matrice di influenza 2×2. |
| Processo Bilanciamento a piano singolo | Procedura di correzione dello squilibrio statico su un piano di correzione. Adatta per rotori corti (a disco) con L/D < 0,5. | Balanset-1A Modalità F2. Un sensore, un piano. |
| Processo Bilanciamento a due piani | Procedura di correzione dello squilibrio statico e di coppia su due piani di correzione. Necessaria per rotori allungati o quando lo squilibrio di coppia è significativo. | Balanset-1A Modalità F3. Due sensori, due piani. |
| Processo Bilanciamento dell'assetto | Regolazione finale e precisa dell'equilibratura, eseguita su un rotore assemblato per compensare lo squilibrio introdotto durante l'assemblaggio (eccentricità del giunto, tolleranze di accoppiamento). | Spesso eseguito sul campo sulla macchina installata. |
| Processo Divisione del peso | Distribuzione di una massa di correzione calcolata tra due posizioni accessibili adiacenti (ad esempio, due fori per bulloni o posizioni di lame) quando la posizione angolare esatta non è accessibile. | Balanset-1A fornisce un calcolo automatico della suddivisione del peso. |
| Termine | Definizione | Confronto |
|---|---|---|
| Macchina Macchina equilibratrice | Dispositivo che misura lo squilibrio in un rotore (ampiezza e posizione angolare) in modo da poter correggere la distribuzione della massa. | In officina (fissa) o sul campo (portatile come Balanset-1A). |
| Macchina Macchina a cuscinetto morbido | Le sospensioni sono molto flessibili. Il rotore funziona al di sopra della frequenza naturale delle sospensioni. Misura lo spostamento fisico. Deve essere calibrato per ogni geometria del rotore. | Meno comune oggi. Costo inferiore, ma l'operatore deve ricalibrare ogni rotore. Rilevamento dello spostamento. |
| Macchina Macchina con cuscinetti rigidi | Sospensioni molto rigide. Il rotore gira al di sotto della frequenza naturale delle sospensioni. I sensori misurano direttamente la forza centrifuga. Calibrazione permanente: accetta un'ampia gamma di rotori senza una configurazione specifica per ogni rotore. | tipo dominante nell'industria moderna. Più versatile, configurazione più rapida. Rilevamento della forza. |
| Macchina Bilanciatore di campo | Strumento portatile utilizzato per bilanciare i rotori in situ (installati nella macchina) senza smontaggio. Utilizza sensori di vibrazione e un tachimetro. Metodo del peso di prova. | Balanset-1A (2 canali) e Balanset-4 (4 canali). Calcolatore di tolleranza ISO 1940 integrato. |
| Macchina Mandrino (albero portamandrino) | Un albero o un adattatore su cui è montato un rotore per l'equilibratura su una macchina. Deve essere accuratamente concentrico e avere un'eccentricità (runout) trascurabile. | L'eccentricità del mandrino è una delle principali cause di errore sistematico di bilanciamento. Verificato tramite test dell'indice. |
| Termine | Definizione | Formula / Norma |
|---|---|---|
| Qualità Grado di qualità di bilanciamento (G) | Una classificazione che specifica la velocità massima ammissibile del centro di massa del rotore. G = eper × ω. I voti formano una scala logaritmica con fattore 2,5. | G 0,4 … G 4000 Definito in Norma ISO 1940-1 |
| Qualità Squilibrio residuo ammissibile (Uper) | Squilibrio residuo massimo consentito per il grado G specificato, la massa del rotore e la velocità di servizio. Criterio di accettazione. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Qualità Tolleranza di equilibratura | L'intervallo entro il quale deve rientrare lo squilibrio residuo per soddisfare il requisito di qualità specificato. Uguale a Uper. | Specificato per piano dopo l'assegnazione |
| Qualità Rapporto di riduzione dello squilibrio (URR) | Rapporto tra lo squilibrio iniziale e lo squilibrio residuo dopo un ciclo di correzione. Indica l'efficienza della macchina/procedura di equilibratura. | URR = Uiniziale / Uresiduo Tipico: 5–50× |
| Misurazione Angolo di fase | Posizione angolare del vettore di squilibrio rispetto a un segno di riferimento sul rotore (misurato dal tachimetro). Combinata con l'ampiezza, definisce il vettore di squilibrio completo. | ° (gradi, 0–360) |
| Misurazione Velocità di vibrazione (RMS) | Valore quadratico medio della velocità di vibrazione in un alloggiamento del cuscinetto. Il parametro di misura standard per la valutazione delle condizioni della macchina per ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Misurazione Test dell'indice | Procedura di verifica: ruotare il rotore di un angolo definito (ad esempio 180°) rispetto ai supporti della macchina e ripetere la misurazione. Rileva errori del mandrino e dell'attrezzatura. | Richiesto per la verifica formale secondo ISO 1940-1 Cap. 10 |
| Misurazione Squilibrio residuo minimo raggiungibile (Umar) | Il minimo squilibrio residuo ottenibile su una data macchina equilibratrice per un rotore specifico. Determinato dalla sensibilità della macchina, dal rumore di fondo e dalle condizioni dei cuscinetti. | Umar deve essere ≤ Uper affinché la macchina sia adatta al grado G richiesto. |
Che cos'è la norma ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Vibrazioni meccaniche — Requisiti di qualità dell'equilibratura dei rotori rigidi — Parte 2: Errori di equilibratura) era lo standard internazionale per identificare, valutare e tenere conto degli errori che insorgono durante l'equilibratura dei rotori rigidi — dallo squilibrio del mandrino e dell'albero di trasmissione all'eccentricità dei componenti e alla dispersione strumentale. È stato ritirato e sostituito da ISO 21940-14:2012 (Vibrazioni meccaniche — Equilibratura dei rotori — Parte 14: Procedure per la valutazione degli errori di equilibratura), che estende le stesse procedure anche ai rotori con comportamento flessibile. Nota: viene spesso confuso con il vocabulary — si tratta di uno standard diverso, Norma ISO 21940-2 (ex ISO 1925), la cui terminologia è riassunta in questa pagina qui sotto.
Quando un ingegnere in Germania specifica "correzione dello squilibrio dinamico a G 6.3 su due piani", un tecnico in Giappone deve capire esattamente cosa è richiesto — la stessa condizione del rotore, la stessa procedura di equilibratura e lo stesso criterio di accettazione. Il vocabolario ISO dell'equilibratura — ISO 21940-2 (ex ISO 1925) — lo rende possibile fornendo un unico vocabolario concordato a livello internazionale per l'intero settore.
La ISO 1940-2 stessa, al contrario, non era né un dizionario né una specifica di tolleranza — trattava balance errors. Classificava le fonti di errore del processo di equilibratura come systematic (magnitudine e angolo possono essere valutati — ad es. squilibrio del mandrino o dell'albero di trasmissione, eccentricità radiale e assiale, chiavette e cave, magnetismo residuo, errori di rimontaggio e strumentali), casualmente variabili (parti allentate, liquidi intrappolati, deformazione termica, effetto del vento) e scalar (si può stimare solo la magnitudine massima, l'angolo è indeterminato — ad es. giochi di montaggio e tolleranze di fabbricazione), e forniva procedure per valutarli e tenerne conto affinché lo squilibrio residuo rimanesse realmente entro il valore ammissibile Uper da Norma ISO 1940-1 (ora ISO 21940-11). Il suo successore, ISO 21940-14, mantiene esattamente questo ruolo all'interno della serie ISO 21940.
Analisi dettagliata dei termini
La distinzione rigido/flessibile
Questa è la classificazione più importante nel bilanciamento. Questa distinzione determina tutto: quale standard applicare, quale attrezzatura è necessaria, quanti piani sono richiesti e a quale velocità deve essere eseguito il bilanciamento.
Un rotore il cui squilibrio può essere corretto su due piani arbitrari e, dopo la correzione, lo squilibrio residuo non cambia in modo significativo a nessuna velocità fino alla velocità massima di servizio. Prova pratica: se la prima flessione velocità critica è ben al di sopra della velocità massima di servizio (in genere > 1,5× o più), il rotore è rigido.
Un rotore che si deforma elasticamente alla sua velocità di servizio, modificando il suo stato di squilibrio. Deve essere bilanciato alla velocità di servizio o in prossimità di essa su più di due piani. Si applica a: Grandi turbogeneratori, compressori multistadio ad alta velocità, lunghe bobine di macchine per la carta ad alta velocità. Coperto dalla norma ISO 21940-12.
La stragrande maggioranza dei rotori industriali (motori elettrici, ventilatori, pompe, volani, alberi) sono rotori rigidi. Norma ISO 1940-1 Il sistema di grado G si applica direttamente ai rotori rigidi.
I tre tipi di squilibrio
Il vocabolario (ISO 21940-2) definisce tre tipi fondamentali in base alla relazione geometrica tra l'asse principale d'inerzia e l'asse di rotazione. Comprenderli è essenziale per selezionare la procedura di equilibratura corretta:
- Squilibrio statico produce un forza — entrambi i cuscinetti vibrano in fase a 1× giri/min. Il rotore può essere rilevato come sbilanciato senza rotazione (la gravità lo rivela sui bordi). Un piano di correzione è sufficiente. Tipico per rotori a disco stretti (L/D < 0,5): pulegge strette, giranti di ventilatori, volani sottili.
- Squilibrio di coppia produce un momento — i cuscinetti vibrano sfasati di 180° a 1× giri/min. La forza netta è nulla (il baricentro è sull'asse), ma due punti pesanti uguali e opposti in posizioni assiali diverse creano una coppia oscillante. Rilevabile solo durante la rotazione. Richiede due piani di correzione.
- Squilibrio dinamico = statico + coppia combinata. Caso generale per tutti i rotori reali non perfettamente simmetrici. Sono presenti sia forza che momento. I cuscinetti vibrano a 1× senza una relazione di fase né esattamente sfasata di 180°. Richiede l'equilibratura su due piani.
Squilibrio specifico e connessione di grado G
Squilibrio specifico (e = U/M) è la metrica chiave che consente un confronto universale della qualità della bilancia. Un rotore da 5 kg con uno squilibrio di 50 g·mm ha e = 10 µm. Un rotore da 500 kg con uno squilibrio di 5.000 g·mm ha anch'esso e = 10 µm, ovvero la stessa qualità della bilancia nonostante una differenza di massa di 100x.
Grado G estende questo incorporando la velocità: G = e × ω, dando un singolo numero (mm/s) che caratterizza la qualità dell'equilibrio indipendentemente sia dalla massa che dalla velocità. Questo è il fondamento del Norma ISO 1940-1 sistema di tolleranza.
Piani di correzione vs. piani di tolleranza
Il vocabolario traccia una distinzione critica che spesso nella pratica viene trascurata:
- Piani di tolleranza = i piani di appoggio dove le vibrazioni e i carichi dinamici sono più critici. Squilibrio ammissibile Uper è specificato qui.
- Piani di correzione = posizioni fisicamente accessibili in cui è possibile posizionare i pesi (mozzo della ventola, anelli terminali del motore, spalle dell'albero). Spesso in posizioni assiali diverse rispetto ai cuscinetti.
Conversione Uper La conversione dai piani di tolleranza ai piani di correzione richiede la conoscenza della geometria del rotore. Per rotori asimmetrici o sporgenti, questa conversione può modificare significativamente le tolleranze per piano. Balanset-1A gestisce automaticamente questa conversione quando vengono inserite le dimensioni del rotore.
Tipi di macchine equilibratrici
I due tipi fondamentali di macchine riflettono principi di misurazione fisica diversi:
- Cuscinetto morbido: Frequenza naturale della sospensione ben al di sotto della velocità operativa → misure della macchina spostamento. Richiede la calibrazione per ogni nuovo rotore. Storicamente significativo; in calo di utilizzo.
- Cuscinetto rigido: Frequenza naturale della sospensione ben al di sopra della velocità operativa → misure della macchina forza. Calibrato in modo permanente: accetta rotori diversi senza necessità di calibrazione individuale. Il tipo moderno dominante.
Strumenti per il bilanciamento in campo come il Balanset-1A utilizzano un principio diverso: non sono una "macchina" nel senso ISO, ma utilizzano i cuscinetti e il supporto del rotore come sistema di misurazione, impiegando il metodo del peso di prova (coefficiente di influenza) per determinare la correzione senza richiedere una macchina di bilanciamento dedicata.
Riferimenti incrociati: dove viene utilizzato ciascun termine
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Utilizza tutti i termini di tolleranza e qualità: grado G, Uper, tolleranza all'equilibrio, squilibrio residuo. Il principale consumatore di questo vocabolario.
Norma ISO 14694: Usa termini dei rotori (rigidi), termini di squilibrio, ed estende con categorie applicative BV specifiche per ventilatori, gradi di equilibratura e tabelle dei limiti di vibrazione.
ISO 10816 / ISO 20816: Utilizza termini di misurazione: velocità di vibrazione, RMS, punti di misurazione dell'alloggiamento del cuscinetto.
ISO 21940-12: Estende la definizione flessibile del rotore con procedure multi-velocità e multi-piano.
API 610 / API 617: Gli standard petroliferi fanno riferimento ai gradi G ISO 1940 e alla terminologia di squilibrio per le specifiche di pompe e compressori.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Transizione
ISO 21940-14:2012 ha formalmente annullato e sostituito la ISO 1940-2:1997, di cui costituisce una revisione tecnica — il cambiamento principale è l'estensione della sua applicabilità ai rotori con comportamento flessibile. Il vocabolario dell'equilibratura ha seguito un percorso separato: la ISO 1925 è stata rivista come ISO 21940-2. La numerazione ISO 21940 riflette l'integrazione nella completa serie ISO 21940 che copre tutti gli aspetti dell'equilibratura dei rotori. Le vecchie designazioni compaiono ancora ampiamente nella letteratura industriale.
Standard ufficiale: ISO 21940-14:2012 (sostituisce ISO 1940-2) su ISO Store →
Domande frequenti — ISO 1940-2
Errori di equilibratura, transizione ISO 21940 e terminologia dell'equilibratura
▸ Che cos'è la norma ISO 1940-2?
▸ Qual è la differenza tra squilibrio statico e dinamico?
▸ Qual è la differenza tra un rotore rigido e uno flessibile?
▸ Che cosa è lo squilibrio residuo?
▸ Qual è la differenza tra piano di correzione e piano di tolleranza?
▸ Macchina equilibratrice con cuscinetti morbidi o rigidi?
▸ Che cosa è lo squilibrio specifico (eccentricità)?
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