L’equilibratura delle macchine è l’insieme delle procedure con cui si riduce lo squilibrio rotante di un organo in rotazione. Si applica a rotori, ventilatori, turbine, alberi, mandrini, ruote, volani, pompe e motori alternativi.
Uno squilibrio elementare genera una forza centrifuga:
dove U=me è lo squilibrio, m la massa eccentrica, e la distanza dall’asse e \omega la velocità angolare. La dipendenza da \omega^2 rende anche piccoli difetti geometrici molto pericolosi ad alto regime.
Grandezze operative
| Grandezza | Formula | Unità tipica |
|---|---|---|
| squilibrio | \displaystyle U=me | kg m oppure g mm |
| forza centrifuga | \displaystyle F=U\omega^2 | N |
| eccentricità specifica | \displaystyle e_s=\dfrac{U}{M} | m oppure micrometri |
| correzione di massa | \displaystyle m_c=\dfrac{U}{r_c} | kg oppure g |
Qui M è la massa totale del rotore e r_c è il raggio disponibile per il contrappeso o per l’asportazione di materiale.
Equilibratura statica
L’equilibratura statica annulla la risultante degli squilibri nel piano trasversale:
È sufficiente per rotori sottili, assimilabili a un disco. Un rotore staticamente sbilanciato tende a disporsi con il lato più pesante verso il basso se è libero di ruotare lentamente su supporti a basso attrito.
Equilibratura dinamica
Per rotori lunghi non basta annullare la forza risultante: due squilibri uguali e opposti in piani diversi possono produrre una coppia alterna. La condizione dinamica richiede:
La seconda equazione tiene conto della posizione assiale z_i delle masse. Per questo l’equilibratura dinamica richiede normalmente due piani di correzione, scelti vicino alle estremità o in zone costruttivamente accessibili.
Tipi di squilibrio
| Tipo | Sintomo meccanico | Correzione tipica |
|---|---|---|
| statico | forza radiale risultante non nulla | un piano di correzione |
| di coppia | risultante nulla ma momento non nullo | due piani con correzioni opposte |
| dinamico | combinazione di forza e coppia | due piani con masse calcolate in ampiezza e fase |
La misura in macchina equilibratrice fornisce normalmente modulo e fase dello squilibrio residuo nei piani scelti. La correzione può essere fatta aggiungendo massa, asportando materiale o spostando componenti registrabili.
Massa di correzione
Se lo squilibrio residuo nel piano di correzione è U, una massa correttiva posta al raggio r_c vale:
La correzione va posta con fase opposta allo squilibrio misurato. Se invece si asporta materiale, la rimozione avviene nella stessa direzione dello squilibrio equivalente, perché togliere massa equivale ad aggiungerne una opposta.
Errori comuni
- Equilibrare solo staticamente un rotore lungo: può restare una coppia alterna importante.
- Dimenticare la fase: la massa correttiva non basta, serve anche la posizione angolare corretta.
- Confrontare squilibri senza indicare il raggio di correzione.
- Trascurare il regime operativo: la forza cresce con \omega^2.
- Confondere equilibratura e allineamento: un albero può essere equilibrato ma disallineato sui supporti.
Vedi anche: Squilibrio rotante, Manovellismo biella-manovella, Vibrazione torsionale, Momento d’inerzia, Dinamica ed equilibratura delle macchine: esercizi svolti.