Équilibrage des arbres à cardan et des arbres de transmission sur le lieu d'exploitation

Un arbre à cardan ne se comporte pas comme une roue. Il possède deux joints de cardan qui créent eux-mêmes une vibration au deuxième harmonique — le double de la fréquence de rotation —, un joint coulissant cannelé avec des repères, un tube à paroi mince et souvent un palier intermédiaire au milieu. C'est pourquoi, sur un cardan, nous vérifions d'abord le montage et les jeux, et ne sortons l'appareil qu'en second. Si le balourd se confirme, nous équilibrons sur deux plans aux extrémités du tube et remettons un rapport avec les chiffres avant et après.

Mis à jour le 27 août 2026 · par AXILINE · Vila Nova de Gaia

Symptômes : comment vibre spécifiquement une transmission à cardan

Une transmission à cardan se trahit par le fait que la vibration est liée au régime, pas à la charge. L'entraînement tourne calmement, puis, dans une certaine plage, un bruit et de légères secousses apparaissent sur le châssis, et au-dessus comme en dessous de ce régime, tout se calme. Une plage étroite est déjà un indice : soit c'est une résonance des paliers et des supports, soit l'arbre approche de sa vitesse critique de flexion — le régime auquel il commence à fléchir sensiblement.

Le deuxième scénario typique apparaît après une réparation. On a changé le croisillon, démonté puis remonté le joint coulissant, soudé une fourche neuve, remplacé le tube. L'arbre est revenu sur la machine, et la vibration est devenue pire qu'avant l'intervention. Dans ce type d'appel, nous trouvons plus souvent un montage non conforme aux repères qu'un balourd.

• Le bruit et les secousses sur le châssis ou le carter d'entraînement apparaissent dans une plage étroite de régime et disparaissent au-dessus comme en dessous.
• La vibration a augmenté juste après le remplacement des croisillons, le démontage du joint coulissant cannelé ou la réparation du tube.
• Une tache propre sans peinture ni rouille est visible sur le tube : c'est là que se trouvait la plaque d'équilibrage d'origine, qui s'est détachée.
• Le support du palier intermédiaire craque, les boulons se desserrent de façon répétée, le coussin en caoutchouc du palier suspendu est détérioré.
• Les croisillons chauffent, la graisse est expulsée sous les joints des roulements à aiguilles.
• On entend un cognement au démarrage, à l'inversion du sens ou à la coupure de traction, et au ralentissement libre, l'arbre bat de façon visible.
• Le tube de l'arbre est couvert de boue, de bitume, de glace ou de matière enroulée, la couche est irrégulière.
• Le joint d'étanchéité du joint coulissant est déchiré, la graisse a été expulsée du coulissant.

Ce que les masses réduisent exactement est détaillé dans l'article sur la vibration globale, la 1x et la phase. Pour un cardan, cette règle s'applique de façon plus stricte que d'habitude : il possède sa propre source de deuxième harmonique, qui n'a rien à voir avec la répartition de la masse.

Construction : d'où vient le balourd sur un arbre à cardan

Le balourd sur un cardan est presque toujours induit de l'extérieur. L'usine a équilibré l'arbre et soudé des plaques, puis interviennent la réparation, un choc, la corrosion et une couche de dépôt. Examinons cela par sous-ensemble, car c'est le sous-ensemble qui détermine le traitement.

Un arbre équilibré à l'origine ne se déséquilibre pas de lui-même. C'est pourquoi, lors de l'inspection, nous cherchons un événement : ce qui a été fait à l'arbre, ce qui s'en est détaché, ce qui s'y est collé.

Angles, phasage des fourches et deuxième harmonique

Un joint de cardan travaillant sous un angle tourne de façon irrégulière. La fourche menante tourne à vitesse constante, la fourche menée accélère et ralentit deux fois par tour. Plus l'angle de travail est grand, plus l'effet est marqué. Dans le spectre, vous voyez non pas la composante 1x, mais le deuxième harmonique, et les masses ne l'éliminent pas.

Le concepteur compense cette irrégularité par un second joint. Pour cela, les fourches aux extrémités de l'arbre doivent se trouver dans le même plan, et les angles à l'entrée et à la sortie doivent être égaux. Le second joint restitue alors ce que le premier a prélevé, et l'arbre tourne régulièrement en sortie.

Un montage non conforme aux repères brise précisément cette compensation. Les moitiés du coulissant ont été décalées, et les fourches ne sont plus en phase. L'irrégularité des deux joints ne se compense plus, elle s'additionne. La vibration apparaît sans aucun balourd, augmente avec le régime et se situe au deuxième harmonique. Il n'y a qu'un seul remède : démonter et remonter selon les repères.

Les angles sont également examinés séparément. Les supports du moteur se sont affaissés, l'assise du groupe a changé, le support du palier intermédiaire s'est déplacé, et les angles ne sont plus égaux. La compensation devient incomplète. C'est une remise en état de l'assise des ensembles, pas une tâche pour des masses.

• La 1x domine et le deuxième harmonique est faible : c'est un balourd, l'équilibrage est approprié.
• Le 2x domine et augmente avec le régime : vérifiez le phasage des fourches et les angles de travail.
• Un 2x associé à une vibration axiale notable sur les groupes reliés : c'est un désalignement, un alignement des arbres est nécessaire.
• Un fond de bruit relevé et des pics haute fréquence : croisillons, roulements à aiguilles, roulement du palier suspendu.
• Un pic étroit à un certain régime avec un déphasage rapide : résonance ou approche de la vitesse critique de flexion de l'arbre.

L'analyse du spectre et les signes de résonance font l'objet d'articles séparés. Pour une transmission à cardan, retenez une chose : le deuxième harmonique sur un cardan relève le plus souvent de la géométrie et du montage, pas de la répartition de la masse.

Sources : ISO 13373-3:2015

Ce que nous vérifions avant l'équilibrage : d'abord les repères et les jeux, ensuite les masses

Cet ordre n'est pas une formalité, mais une condition de fonctionnement de la méthode. Le calcul de la correction repose sur le fait que le système répond à une masse ajoutée de façon prévisible et reproductible. Un jeu dans un croisillon ou dans les cannelures rend le système non linéaire : à chaque démarrage, le jeu se rattrape différemment, la phase dérive, deux démarrages identiques donnent des chiffres différents. Avec de telles données, impossible d'obtenir le coefficient d'influence — la réponse de l'arbre à une masse d'essai, sur laquelle repose tout le calcul.

Viennent ensuite les repères. Si l'arbre est mal monté, la vibration se situe au deuxième harmonique, et vous la pourchasserez toute la journée avec des masses, pour un résultat nul. La vérification de la concordance des repères prend quelques minutes et sauve l'intervention tout entière. C'est pourquoi nous commençons par la clé et le comparateur, et ne sortons la masse d'essai qu'en dernier.

Et la sécurité. Une masse sur un cardan usé ne restaure pas la durée de vie restante, elle ne fait que masquer le niveau. Un croisillon détérioré sur un tube qui tourne sous la machine, c'est un risque de rupture de l'arbre en régime. Un tel arbre, nous ne l'équilibrons pas, et nous disons franchement qu'il a besoin d'être réparé.

• Les repères sur les deux moitiés du joint coulissant coïncident, les fourches aux extrémités de l'arbre se trouvent dans le même plan.
• Jeu radial et angulaire de chaque croisillon, en faisant tourner les fourches à la main dans les deux sens.
• Jeu circonférentiel dans les cannelures du coulissant, état du joint d'étanchéité, présence de graisse.
• Serrage des boulons de bride, état des plaques de blocage, traces de rotation de la bride.
• Faux-rond du tube et des brides au comparateur, sur plusieurs sections, à rotation lente.
• Roulement suspendu du palier intermédiaire, son coussin en caoutchouc, serrage et fissures du support.
• Angles de travail des joints, affaissement des supports du moteur et des groupes, position relative des ensembles.
• Présence de toutes les plaques d'équilibrage d'origine et traces de celles qui ont été perdues.
• Propreté du tube sur toute sa longueur, y compris près des fourches.
• Coaxialité des groupes reliés. Le désalignement se corrige par l'alignement des arbres, pas par l'équilibrage.

Un jeu est une contre-indication, pas une simple gêne. Tant que les jeux ne sont pas éliminés, toute correction calculée sera aléatoire, et au démarrage suivant, le niveau repartira à la hausse.

Sources : ISO 281:2007

Déroulement de l'intervention sur site

1. 01

   Inspection et vérification du montage

   Nous examinons les repères du joint coulissant, vérifions les jeux dans les croisillons et les cannelures, la présence des plaques d'équilibrage, le serrage des brides, l'état du palier intermédiaire. Nous vérifions le faux-rond du tube et des brides au comparateur, à rotation lente. La décision de poursuivre se prend ici, avant de mettre l'appareil en marche.

2. 02

   Installation des capteurs

   Un arbre à cardan n'a pas de paliers propres, c'est pourquoi nous plaçons les accéléromètres sur les paliers des groupes situés aux extrémités de l'arbre, et sur le support du palier intermédiaire s'il existe. Nous nettoyons les surfaces, fixons rigidement, mesurons en radial, perpendiculairement à l'axe de l'arbre. Nous collons le repère réfléchissant sur la bride ou sur le tube, pour le capteur laser de phase.

3. 03

   Mesure avant travaux

   Nous amenons l'entraînement au régime de travail et relevons le niveau global, la composante 1x, la phase, le régime et le spectre. Nous calculons la part de la 1x dans le niveau global et examinons séparément le deuxième harmonique : c'est lui qui détermine s'il s'agit d'équilibrage ou de montage.

4. 04

   Choix des plans et de la méthode de fixation

   Nous déterminons où la masse peut physiquement être posée : le tube près des extrémités, à côté des fourches, l'assemblage à bride, les emplacements des plaques d'origine. Nous convenons avec vous des endroits où le soudage est admissible et de ceux où il ne l'est pas, et confirmons qu'il n'y aura pas de perçage du tube.

5. 05

   Masse d'essai sur le premier plan

   Nous posons une masse pesée à un rayon connu, la fixons aussi solidement qu'une masse permanente, et effectuons un démarrage. Nous considérons comme valable une réaction d'au moins 20 à 30 % en amplitude ou de 20 à 30° en phase. Si la réaction est faible, nous augmentons la masse et recommençons, plutôt que de calculer une correction à partir de bruit.

6. 06

   Masse d'essai sur le second plan

   Nous déplaçons la masse vers l'autre extrémité du tube et effectuons un nouveau démarrage. Le logiciel obtient les coefficients d'influence pour les deux plans et calcule la masse et l'angle de correction pour chacun.

7. 07

   Correction et démarrage de contrôle

   Nous fixons les masses de correction aux positions indiquées, retirons la masse d'essai et effectuons un démarrage de contrôle. S'il reste un léger écart par rapport à l'objectif, nous ajoutons de petites masses en mode de finition, généralement en un seul essai.

8. 08

   Mesure après travaux et rapport

   Nous répétons la mesure aux mêmes points, dans la même direction, au même régime. Nous consignons les chiffres avant et après, les masses posées, les rayons et les positions. Nous conservons les coefficients d'influence, pour que la prochaine finition sur cette machine se fasse sans démarrages d'essai.

Nous travaillons avec l'appareil Balanset-1A : deux voies de vibration, capteur laser de phase par repère réfléchissant, ordinateur portable avec logiciel, équilibrage sur un ou deux plans, mode de positions fixes et calcul de la tolérance par classes G. Sur un assemblage à bride, le mode de positions fixes est particulièrement pratique : au lieu d'un angle et d'un rapporteur, vous obtenez un numéro de trou et une masse.

Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A

Combien de plans, et où se trouvent-ils sur un arbre à cardan

Un cardan est un rotor allongé. Le rapport longueur/diamètre du tube dépasse en général dix, si bien qu'une seule masse ne résout pas le problème : elle réduira le niveau à une extrémité et l'augmentera à l'autre. Nous équilibrons sur deux plans, aux extrémités du tube près des fourches. C'est là que le rayon est maximal, c'est là que l'usine pose ses plaques, et c'est là que l'accès pose le moins souvent problème.

Un arbre à deux sections avec palier intermédiaire n'est pas considéré comme un seul rotor. Chaque section a ses propres extrémités et son propre palier, c'est pourquoi nous travaillons section par section et surveillons comment la correction de l'une se répercute sur le palier voisin. Un schéma à trois paliers se comporte comme un rotor multi-paliers, et cette logique fait l'objet d'un article séparé.

La longueur impose une limite sur le régime. La vitesse critique de flexion diminue quand la longueur du tube augmente, si bien que la plage de travail d'un long arbre vient buter contre elle. Un tel arbre ne peut plus être considéré comme rigide : il fléchit en régime, et une correction trouvée à un régime fonctionne moins bien à un autre. Nous équilibrons au régime de travail réel, et en cas de large plage de régimes, nous relevons les données à plusieurs vitesses.

La règle de choix du nombre de plans elle-même est détaillée dans un article séparé. Pour un cardan, la conclusion est courte : deux plans presque toujours, et deux voies sont nécessaires précisément pour voir les deux extrémités en même temps.

Sources : ISO 21940-12:2016 · ISO 21940-11:2016

Fixation des masses sur un tube à paroi mince

Le tube d'un cardan pardonne moins qu'un disque frontal de tambour. La paroi est mince, le régime élevé, et tout concentrateur de contrainte sur le tube finit un jour par devenir une fissure. C'est pourquoi nous choisissons la méthode de fixation en fonction de la construction, pas de la commodité de montage.

La méthode standard reproduit celle de l'usine : une fine plaque d'acier, cintrée au rayon du tube, appliquée sur toute sa surface et pointée par de courts points de soudure près de l'extrémité du tube, non loin de la soudure de la fourche. Nous soudons à faible intensité et par courtes passes, pour ne pas percer la paroi ni détremper le métal environnant.

• Nous posons la masse sur le tube près de ses extrémités, à côté des fourches, si possible au rayon où se trouvaient les plaques d'origine.
• Nous cintrons la plaque sur le tube et la pointons par soudure. Nous ne faisons pas de cordon circulaire continu sur la circonférence : c'est un concentrateur de contrainte tout fait.
• Nous ne soudons pas sur la soudure de la fourche ni dans la zone affectée thermiquement à proximité.
• Nous ne perçons pas le tube. Un trou dans une paroi mince, au régime de travail d'un cardan, est inadmissible.
• Nous ne soudons pas à proximité du joint coulissant et des joints d'étanchéité : la chaleur abîme la graisse et le soufflet.
• Nous n'enlevons du métal que sur la bride, et seulement là où l'épaisseur le permet, en accord avec vous.
• Nous fixons le câble de retour du poste à souder sur la même pièce que l'électrode. Un courant traversant les croisillons, les roulements à aiguilles et les roulements des groupes les met hors service.
• Comme alternative au soudage : un collier avec masse sur le tube, des rondelles d'équilibrage et des boulons excentrés sur l'assemblage à bride.
• Nous fixons la masse d'essai aussi solidement qu'une masse permanente. À ces régimes, une masse qui se détache devient un projectile ; nous protégeons donc la zone de rotation et en éloignons le personnel.

Nous convenons de la méthode de fixation avant les démarrages d'essai, pas après. Si le soudage est totalement exclu sur votre arbre et que les brides n'offrent pas le rayon nécessaire, il est plus honnête de déposer l'arbre. Les méthodes générales de fixation des masses de correction sont détaillées dans un article séparé ; ici, seules les contraintes propres à cette construction sont indiquées.

Quand ce n'est pas possible sur site, et quand il vaut mieux déposer l'arbre

Renoncer à l'équilibrage est aussi un résultat de l'intervention, et cela vous fait gagner un poste de travail. Voici les cas les plus fréquents sur les transmissions à cardan.

• Jeu dans les croisillons ou dans les cannelures. D'abord le remplacement des pièces usées, ensuite une nouvelle mesure, et seulement après, la décision d'équilibrer.
• L'arbre est monté sans respecter les repères. Nous démontons, remontons selon les repères, vérifions à nouveau. L'intervention s'arrête souvent là.
• Le deuxième harmonique dû aux angles de travail domine. Cela se corrige en restaurant l'assise des ensembles et l'égalité des angles, pas avec des masses.
• Le roulement suspendu du palier intermédiaire ou son coussin est détérioré. Nous remplaçons le palier, sinon le résultat sera instable.
• Le tube est déformé, il y a une bosse ou un faux-rond. L'équilibrage vient après la remise en état ou le remplacement du tube, pas à sa place.
• L'arbre n'atteint pas un régime de travail stable, ou le régime fluctue dans une large plage.
• Il n'y a pas d'accès sûr : arbre dans un tunnel, sous un carter non démontable, ou impossible à faire tourner sans risque pour le personnel.
• La vitesse de travail se situe près de la vitesse critique de flexion. Il faut un arbre plus court, un palier supplémentaire ou une révision du régime.

• En ensemble monté sur la machine, nous voyons l'arbre avec ses brides, ses fourches, ses angles réels et la rigidité de ses paliers, c'est-à-dire dans le système où il fonctionne.
• Sur une machine à équilibrer, l'arbre est équilibré séparément, sur ses propres tourillons ou sur des couteaux. C'est la bonne méthode quand l'arbre est déjà déposé, ou quand il ne peut pas être mis en rotation sur la machine.
• L'équilibrage sur machine a une condition : l'arbre doit être remonté exactement comme il a été équilibré.
• Avant le démontage, marquez la position relative des brides et des moitiés du joint coulissant, et au remontage, remettez les boulons dans les mêmes trous. Sinon, c'est un rotor différent qui reviendra sur la machine.

La comparaison entre l'intervention sur site et le travail en atelier fait l'objet d'un article séparé. Sur un cardan, le choix est plus souvent déterminé par l'accès et la possibilité de faire tourner l'arbre en toute sécurité, que par la précision de la méthode elle-même.

Ce que vous obtenez, le prix et comment commander

Le résultat principal, ce sont des chiffres que l'on peut présenter. Nous fournissons une mesure avant et après, aux mêmes points, au même régime, dans la même bande de fréquences. Plus une conclusion sur le montage et les jeux : c'est souvent elle qui détermine la suite à donner à l'arbre.

le diagnostic vibratoire avec rapport coûte 300 EUR par machine, l'équilibrage ajoute à partir de 250 EUR, la facture minimale par visite est de 500 EUR. Le calculateur du site donne un calcul précis, il tient compte du nombre de rotors, du trajet et du volume de travail. Un diagnostic sans équilibrage a aussi du sens, car vous savez exactement quoi réparer avant de commander des pièces. Nous sommes des ingénieurs qui concevons et fabriquons les appareils Balanset, et nous les utilisons nous-mêmes pour équilibrer sur site. Basés à Vila Nova de Gaia, près de Porto, nous intervenons dans tout le Portugal.

• Type d'arbre : cardan d'entraînement, arbre intermédiaire, arbre de prise de force, à une section ou avec palier intermédiaire.
• Régime de travail et mode d'entraînement, ainsi que la possibilité de faire tourner l'arbre sans charge.
• Longueur approximative de l'arbre et diamètre du tube, pour évaluer à l'avance les plans et la limite de régime.
• Photos de l'arbre entier, des assemblages à bride, du joint coulissant et du palier intermédiaire.
• Niveau de vibration mesuré, si une mesure a déjà été faite, et les points de mesure.
• Contraintes : endroits où le soudage est exclu, exigences d'accès au site, fenêtre d'arrêt.

• Rapport avec la vibration globale et la composante 1x pour chaque point, avant et après les travaux.
• Masses de correction posées, rayons, angles ou numéros de positions fixes, et méthode de fixation.
• Spectre avec évaluation du deuxième harmonique, de l'état des croisillons, du roulement suspendu et des signes de désalignement.
• Conclusion sur le montage : concordance des repères, jeux dans les croisillons et les cannelures, faux-rond du tube et des brides.
• Évaluation selon la partie applicable de l'ISO 20816 comme repère et, si nécessaire, calcul du balourd résiduel selon la classe de précision.
• Coefficients d'influence de cet arbre, conservés : la prochaine finition se fera sans démarrages d'essai.
• Recommandations : ce qu'il faut remplacer avant le prochain arrêt et ce qu'il faut surveiller en surveillance vibratoire.

Nous appliquons les zones de l'ISO 20816 et les classes de précision G comme repère, et indiquons la partie et l'édition applicables de la norme, car il existe des exceptions selon la puissance, le régime et le type de paliers. Une bonne préparation réduit l'intervention de près de moitié : accès aux deux extrémités de l'arbre et au palier intermédiaire, surfaces nettoyées pour les capteurs, tube propre, possibilité d'atteindre le régime de travail et de s'arrêter le nombre de fois nécessaire. Plus de détails dans l'article sur la préparation des équipements à l'équilibrage.

Sources : ISO 20816-1:2016 · Spécifications fabricant Balanset-1A

Questions fréquentes

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