AXILINEVibration globale, composante synchrone 1x et phase : ce que soigne exactement l'équilibrage
Un ventilateur s'est mis à vibrer après le nettoyage de la roue. Vous posez un capteur sur le palier, l'appareil affiche 9,8 mm/s. Faut-il équilibrer ou chercher une autre cause ? La réponse se cache dans trois chiffres que l'appareil donne en même temps.
Trois chiffres à l'écran qu'il ne faut pas confondre
L'appareil mesure la vibration en continu, mais vous la restitue sous plusieurs formes. Sur le Balanset-1A, vous voyez quatre champs par voie : la vibration globale, la composante synchrone, sa phase et la fréquence de rotation. Chaque champ répond à sa propre question.
Vibration globale, mm/s RMS
Tout ce qui fait vibrer la machine dans la bande mesurée, en un seul chiffre (RMS, valeur efficace). S'y mélangent balourd, désalignement, roulements, jeux, résonance, écoulement, machine voisine transmettant par la fondation. C'est sur ce chiffre que vous jugez l'état de la machine et le comparez aux zones A/B/C/D. Gardez toujours la même bande, en général 10 à 1000 Hz.
Composante synchrone 1x, mm/s RMS
La part de la vibration exactement sur la fréquence de rotation, un cycle par tour. L'appareil l'extrait grâce à l'impulsion du capteur laser sur le repère réfléchissant. Le balourd loge ici, et seulement ici. Dans l'interface, ce sont les champs V1o et V2o, en regard des valeurs globales V1s et V2s.
Phase de 1x, degrés
Le décalage de la sinusoïde 1x par rapport à l'impulsion du repère de phase. Champs F1 et F2. La valeur seule ne dit rien sur l'emplacement de la masse en excès. Ce qui compte, c'est son changement et l'écart entre deux points.
Régime de rotation, tr/min
Vérifiez-le en premier. Il saute de 1450 à 1490 : le repère est sale, ou le capteur voit deux reflets par tour. Tant que le régime est instable, l'amplitude et la phase de 1x ne sont pas fiables, et équilibrer n'a pas de sens.
Sans capteur de phase, l'appareil n'affiche que la vibration globale. Impossible d'isoler 1x ou la phase : il n'y a rien à partir de quoi les extraire. Un repère réfléchissant propre sur l'arbre n'est donc pas un détail, c'est une condition de fonctionnement.
Pourquoi l'équilibrage ne réduit que 1x
Le balourd, c'est une masse décalée par rapport à l'axe de rotation. Elle crée une force centrifuge qui tourne avec le rotor et appuie donc sur le palier une fois par tour. D'où le pic sur 1x. La masse de correction crée une seconde force identique, en opposition de phase, et les deux s'annulent.
D'où une limite simple. La masse agit sur une force qui se répète une fois par tour. Sur une vibration d'une autre nature, à une autre fréquence, elle n'a aucun effet. Un désalignement sollicite les paliers deux fois par tour, un défaut de roulement cogne à sa propre fréquence, un boulon desserré donne des chocs et tout un peigne d'harmoniques. Vous pouvez équilibrer un rotor à la perfection sans voir bouger la vibration globale.
C'est pour cela que le manuel de l'appareil place une mesure en mode vibromètre avant tout équilibrage. Cette mesure a un seul but : s'assurer que la vibration est en majorité composée de la composante 1x.
| Source de vibration | À quoi cela ressemble | L'équilibrage la supprime-t-il |
|---|---|---|
| Balourd du rotor | pic 1x dominant, phase stable | Oui, c'est son rôle |
| Désalignement des arbres | 1x plus 2x marqué, vibration axiale en hausse, écart de phase d'environ 180° en travers de l'accouplement | Non. Il faut un alignement des arbres |
| Desserrage des fixations, patte molle | peigne 1x, 2x, 3x et au-delà, plancher de bruit relevé, phase qui saute de dizaines de degrés | Non. Resserrez les fixations, reprenez l'appui et les cales |
| Défauts de roulements | pics haute fréquence non multiples du régime, bruit autour de la résonance du roulement | Non. Planifiez le remplacement |
| Résonance d'un appui ou du châssis | pic d'amplitude net sur une plage de régime étroite, quasi-demi-tour de la phase de 1x, environ 180°, au ralentissement libre | Non. Changez la rigidité, la masse ou le régime de service |
| Écoulement, frottement, aérodynamique | fréquence de passage des pales (nombre de pales × régime), bruit large bande | Non |
Critère pratique : calculez la part de 1x
Prenez deux chiffres au même point et calculez leur rapport. Premier exemple : globale 12,0 mm/s, synchrone 11,2 mm/s. La part de 1x atteint environ 93 %, le balourd crée presque toute la vibration, l'équilibrage donnera un résultat. Second exemple : même globale à 12,0 mm/s, mais synchrone à 2,8 mm/s. La part avoisine 23 %. Ici, vous posez des masses, vous ramenez 1x à 0,5 mm/s et vous obtenez une globale à 11,7 mm/s. Le client dira que rien n'a changé, et il aura raison.
Reportez-vous au tableau ci-dessous. C'est une règle de travail, pas une norme, mais elle économise des démarrages et de la réputation.
| Part de 1x dans la globale | Ce que cela signifie | Que faire |
|---|---|---|
| plus de 80 % | le balourd crée presque toute la vibration | Équilibrez. L'effet se verra au démarrage de contrôle |
| 50–80 % | il y a du balourd, une seconde source agit à côté | Équilibrez, mais prévenez d'avance qu'une partie de la vibration restera |
| 30–50 % | le balourd est secondaire | D'abord le spectre et la mécanique. L'équilibrage en second temps |
| moins de 30 % | le balourd n'y est presque pour rien | Ne perdez pas de démarrages. Cherchez la cause dans le spectre et les fixations |
Comparez la globale et 1x strictement au même point, dans la même direction et au même régime. Une globale prise à l'horizontale et un 1x pris à la verticale donnent un rapport sans signification. Gardez le capteur en position horizontale-radiale sur le palier et ne le déplacez pas entre les mesures.
La phase : ce qu'elle montre, et ce qu'elle ne montre pas
L'idée fausse la plus répandue est celle-ci : l'appareil a affiché 47°, donc le point lourd est à 47° du repère. C'est faux. La lecture de phase dépend de l'emplacement du capteur, du sens dans lequel il regarde, du front d'impulsion sur lequel se déclenche le capteur de phase, de la rigidité des appuis et de la proximité d'une résonance. Une même masse en excès donnera des degrés différents sur des machines différentes.
La phase fonctionne comme un indicateur de changement. L'appareil mémorise le vecteur 1x avant la masse d'essai, le mémorise après, et calcule la différence. Cette différence est précisément le coefficient d'influence, c'est-à-dire la réponse du système « rotor — paliers — assise » à une masse connue en un point connu. Le logiciel résout ensuite le problème inverse et donne la masse et l'angle de correction. L'angle se compte à partir de l'emplacement de la masse d'essai, pas du repère de phase.
La seconde fonction de la phase, c'est le diagnostic. L'écart de phase entre deux points en dit plus long que n'importe quelle amplitude.
- Phase de 1x stable, dispersion dans ±2–3° : le système peut être équilibré
- Phase qui saute de ±20–30° à régime constant : cherchez un desserrage des fixations et des jeux, pas des masses
- Phase qui fait un quasi-demi-tour, environ 180°, à la montée ou au ralentissement, amplitude formant un pic étroit : vous êtes en résonance, l'équilibrage donnera un résultat instable
- Écart de phase horizontale–verticale d'environ 90° sur un même palier : tableau typique d'un balourd
- Écart de phase d'environ 180° en travers de l'accouplement dans le sens axial : désalignement, il vous faut un alignement des arbres, pas des masses
- Après la masse d'essai, l'amplitude de 1x a changé de moins de 20 % et la phase de moins de 20° : la masse est trop petite, augmentez-la et recommencez le démarrage
Ne comparez pas des phases relevées avec des montages de repère de phase différents ou après déplacement du repère. Le point de référence a bougé, et tous les degrés sont décalés d'une même valeur constante. C'est presque impossible à repérer sur les seuls chiffres.
Que faire quand 1x est faible et que la machine vibre quand même
C'est une situation normale, et elle ne veut pas dire que vous vous êtes déplacé pour rien. Elle veut dire que l'équilibrage n'est pas le bon outil. Vous travaillez ensuite avec le spectre.
- 2x marqué et vibration axiale en hausse. Vérifiez l'alignement des arbres et l'état de l'accouplement. Sur une transmission par courroie, regardez le parallélisme des poulies et la tension.
- Peigne d'harmoniques et de demi-harmoniques, plancher de bruit relevé. Vérifiez le serrage des boulons, la patte molle, l'état des cales, les fissures dans le châssis et la fixation à la fondation. Resserrer quatre boulons réduit parfois la vibration plus que n'importe quelle masse.
- Pics haute fréquence non multiples du régime, bruit dans l'enveloppe (mode d'analyse du signal pour le diagnostic des roulements). Regardez les roulements : graissage, jeu, traces d'usure. Calculez la durée de vie selon l'ISO 281, et planifiez le remplacement selon une tendance, pas une seule mesure.
- Pic étroit qui part brutalement pour une faible variation de régime. C'est une résonance. Relevez le ralentissement libre — enregistrement de l'amplitude et de la phase pendant que la machine s'arrête librement après la coupure de l'alimentation —, trouvez la fréquence propre et éloignez-en le régime de service, ou changez la rigidité des appuis.
- Pic à la fréquence de passage des pales, c'est-à-dire le nombre de pales multiplié par le régime. Vérifiez les jeux, les frottements, l'état du carter et le point de fonctionnement côté écoulement. L'équilibrage n'aidera pas ici.
- La vibration est apparue après un nettoyage ou une réparation, et 1x domine. C'est exactement votre cas, équilibrez.
Le déroulé sur site
- 01
Mesure en mode vibromètre
Posez les capteurs sur les paliers, le capteur de phase sur le repère réfléchissant. Démarrez la machine au régime de service. Notez la globale, 1x, la phase et le régime sur les deux paliers. Gardez une direction unique, en général horizontale-radiale.
- 02
Calculez la part de 1x
Divisez 1x par la globale à chaque point. Au-dessus de 80 % sur les deux paliers, continuez. Entre 20 et 30 %, arrêtez-vous et passez au spectre.
- 03
Regardez le spectre
Cherchez ce qui domine : 1x, 2x, un peigne d'harmoniques ou les hautes fréquences. Vérifiez au passage que la fréquence de rotation du spectre correspond bien à la lecture du capteur de phase.
- 04
Vérifiez la mécanique
Serrage des boulons, patte molle, jeux, état des appuis et de la fondation, tension des courroies. Cinq minutes de travail qui éliminent la moitié des équilibrages inutiles.
- 05
Écartez la résonance
Relevez le ralentissement libre et vérifiez l'absence de pic d'amplitude net avec quasi-demi-tour de phase près du régime de service. Inutile d'équilibrer en résonance, le résultat ne tiendra pas.
- 06
Masse d'essai
Posez une masse pesée à un rayon connu, saisissez la masse et le rayon réels. Après le démarrage, vérifiez : l'amplitude de 1x a changé de 20 à 30 %, ou la phase de 20 à 30°. Moins que cela, augmentez la masse plutôt que d'essayer de calculer à partir du bruit.
- 07
Correction et démarrage de contrôle
Posez les masses calculées, en comptant l'angle depuis l'emplacement de la masse d'essai. Si nécessaire, ajoutez un complément en mode trim — un ajustement fin par petites masses, sans nouvel étalonnage. Revérifiez ensuite les deux valeurs : 1x indique la qualité de l'équilibrage, la globale indique l'état de la machine.
Résultat typique pour un ventilateur avec un balourd pur : environ 12 mm/s avant intervention et de l'ordre de 1,5–2 mm/s après. C'est un repère illustratif pour une machine où 1x domine et où la mécanique est saine, pas une promesse pour votre machine.
Trois « tolérances » différentes, faciles à confondre
Quand le logiciel écrit « dans la tolérance », il compare la 1x résiduelle à la valeur cible que vous avez vous-même saisie. Ce n'est ni une évaluation de l'état de la machine, ni une confirmation de la classe de précision d'équilibrage. Trois critères existent séparément.
| Ce que vous évaluez | Sur quelle grandeur | Où le vérifier |
|---|---|---|
| Résultat de l'équilibrage dans le logiciel | 1x résiduelle et phase | comparaison avec la valeur cible que vous avez saisie, en mm/s |
| État général de la machine | vibration globale, mm/s RMS dans la bande 10 à 1000 Hz | critères de l'ISO 20816 pour les mesures sur parties fixes, zones A/B/C/D |
| Qualité de l'équilibrage du rotor | balourd résiduel, g·mm/kg | classes G selon l'ISO 21940-11 (auparavant ISO 1940-1) |
Prenez les chiffres des zones et des classes comme repère de travail. Vérifiez la partie applicable et l'édition de la norme pour votre machine précise : il existe des limites selon la puissance, le régime, le type d'appuis et des exceptions selon le type de machine. Pour une réception contractuelle, fixez la partie de la norme, les points de mesure, la bande de fréquences, le régime de fonctionnement et le type d'assise.
Sources : ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · ISO 21940-12:2016 · ISO 281:2007 · ISO 13373-3:2015 · ISO 13373-5:2020 · Manuel d’utilisation Balanset-1A
Si vous avez besoin de l'appareil et de bras
Tout ce qui est décrit ci-dessus se fait avec un seul kit à deux voies : deux accéléromètres, un capteur de phase laser, un module USB et un logiciel pour Windows. Le Balanset-1A affiche la vibration globale et synchrone avec sa phase sur les deux voies simultanément, construit le spectre, calcule les coefficients d'influence, répartit la masse sur des positions fixes et conserve les résultats dans un historique pour le protocole. L'équilibrage se fait dans les paliers propres de la machine, sans démontage ni dépose du rotor.
AXILINE, ce sont des ingénieurs qui conçoivent et fabriquent les appareils Balanset et les utilisent eux-mêmes pour équilibrer sur site. Nous venons avec le kit, relevons la globale et 1x, vous montrons le rapport entre les deux et vous disons franchement ce qui se règle avec des masses et ce qui demande un alignement des arbres, un resserrage ou un remplacement de roulement. Si vous avez déjà l'appareil et que la question porte seulement sur l'interprétation des mesures, nos ingénieurs vous apportent un accompagnement.
Écrivez-nous quel type de machine, quel régime, et ce qu'affiche l'appareil. Avec ces trois chiffres, la discussion démarre le plus vite possible.
Sources : Spécifications fabricant Balanset-1A · Manuel d’utilisation Balanset-1A
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre la vibration globale et la composante synchrone 1x ?
La globale est la valeur efficace de toute la vibration dans la bande mesurée, en général 10 à 1000 Hz. Toutes les sources s'y additionnent. La composante synchrone 1x est seulement la part qui tombe exactement sur la fréquence de rotation. L'appareil l'extrait grâce à l'impulsion du capteur de phase. Le balourd se manifeste dans 1x, donc l'équilibrage change 1x et ne change presque rien au reste.
1x peut-elle dépasser la vibration globale ?
Physiquement, non : 1x fait partie de la globale, donc elle lui est toujours inférieure ou à peu près égale. Si l'appareil montre l'inverse, cherchez une erreur de mesure. Le plus souvent, le régime saute, le capteur de phase attrape un reflet parasite, le repère est sale, ou le signal est en surcharge. Réglez cela avant d'équilibrer.
La phase montre-t-elle où se trouve le point lourd du rotor ?
Non. La lecture de phase dépend de l'emplacement et de l'orientation du capteur, du front de déclenchement du capteur de phase, de la rigidité des appuis et de la proximité d'une résonance. Le rôle de la phase est ailleurs : en comparant le vecteur 1x avant et après la masse d'essai, le logiciel détermine la réponse du système à une masse connue, et c'est de là qu'il calcule la masse et l'angle de correction. L'angle se compte à partir de l'emplacement de la masse d'essai.
Quelle part de 1x suffit pour envisager l'équilibrage ?
Comme règle de travail : au-dessus de 80 % de la globale, c'est un balourd net ; entre 50 et 80 %, c'est un cas mixte à effet partiel ; en dessous de 30 %, l'équilibrage n'apportera presque rien. Calculez le rapport au même point et dans la même direction, sinon le chiffre n'a pas de sens.
L'équilibrage a réduit 1x, mais la vibration globale est restée la même. Qu'est-ce qui cloche ?
Tout a été fait correctement, le balourd n'était simplement pas la cause principale. L'essentiel de la vibration vient d'une autre source. Regardez le spectre : un 2x marqué avec vibration axiale pointe vers un désalignement, un peigne d'harmoniques avec phase instable vers un desserrage des fixations, des pics haute fréquence non multiples du régime vers les roulements, un pic étroit avec quasi-demi-tour de phase vers une résonance.
Peut-on mesurer 1x et la phase sans capteur de phase ?
Non. Sans impulsion de référence, l'appareil n'affiche que la vibration globale, car il n'y a rien à partir de quoi extraire la composante synchrone ni compter la phase. L'équilibrage exige un capteur de phase laser et un repère réfléchissant propre sur l'arbre, donnant une seule impulsion stable par tour.
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