AXILINEÉquilibrage des poulies, accouplements et éléments d'entraînement sur leur lieu d'exploitation
Un entraînement prend rarement du balourd progressivement. Il y a en général un événement : changement de courroies, repositionnement d'une poulie, reprise d'un disque de frein, remontage d'un ensemble après réparation. Nous arrivons avec un analyseur de vibrations et un comparateur à cadran, car sur les entraînements, ce n'est pas seulement la masse qui compte. Le faux-rond, l'ajustement sur l'arbre et l'état des courroies donnent une vibration très proche d'un balourd.
Symptômes : les situations qui nous amènent sur site
Une poulie ou un demi-accouplement ne s'encrasse pas de dépôts comme la roue d'un extracteur de fumées. En revanche, toute opération de montage modifie la position relative des pièces sur l'arbre, et avec elle le balourd de l'ensemble. Si deux points de cette liste coïncident, il y a matière à en parler.
- Un ronflement est apparu juste après le remplacement des courroies, de la poulie ou du demi-accouplement
- La vibration se ressent sur le palier de l'entraînement et diminue si l'on retire les courroies
- Les courroies chauffent, s'effritent sur les côtés, sautent hors des gorges
- La jante de la poulie bat visiblement quand on fait tourner l'arbre lentement
- Dans le spectre domine un pic à la fréquence de rotation de l'arbre qui porte la poulie
- La rainure de clavette est abîmée, une poussière rousse s'échappe de sous le moyeu
- Le volant s'est mis à ronfler après une reprise à l'usinage, un remplacement de disque ou une réparation
- Le disque de frein tape et chauffe de façon inégale
- Les roulements de l'entraînement durent moins longtemps que la durée de vie prévue
La façon dont le niveau a évolué compte. S'il est apparu d'un coup, c'est plutôt un balourd ou une erreur de montage. S'il augmente sur des mois, c'est plutôt l'usure des gorges, des courroies détendues, un ajustement abîmé. Dans le second cas, l'équilibrage ne remplacera pas la réparation.
Quels éléments d'entraînement nous équilibrons
Ils ont un point commun : un rotor court, rigide, de faible masse, monté avec serrage, clavette ou douille conique. Le régime va généralement de 700 à 3000 tr/min, loin de la première fréquence critique (le régime auquel l'arbre entre en résonance). Les coefficients d'influence — la réponse de l'ensemble à une masse d'essai — sont donc stables, et le calcul converge en un seul démarrage d'essai par plan.
Poulies de transmission par courroie
Poulies motrices et menées des transmissions trapézoïdales, poly-V et plates, galets tendeurs. Le balourd est dû à une hétérogénéité de fonderie, un ajustement excentrique, une usure irrégulière des gorges.
Poulies multi-gorges
Une poulie large à plusieurs gorges n'est déjà plus un disque mince. Une extension axiale apparaît, et avec elle une composante de moment. Deux plans sont souvent nécessaires.
Demi-accouplements, accouplements, flasques
Accouplements à manchons élastiques, à denture et à mâchoires, les deux demi-accouplements, flasques rotatifs. Causes : goupille élastique perdue, boulons de masse différente répartis sur la circonférence, remontage forcé.
Volants et disques d'entraînement
Volants de moteurs et de presses, disques d'entraînement et menants, disques de frein de freins industriels et de bancs d'essai. La masse est importante, le régime élevé, et même un faible balourd résiduel produit une force importante.
Pignons de transmission par chaîne
Ils s'équilibrent comme un disque mince, sur un seul plan. Mais la chaîne elle-même produit des chocs à la fréquence d'engrènement, ce que les masses ne corrigent pas.
Ensembles rotor montés
Un arbre équipé d'une poulie, d'un demi-accouplement et d'un volant ne s'équilibre qu'en ensemble monté. Des pièces équilibrées séparément donnent, une fois assemblées, un nouveau balourd.
Le disque de frein est un cas particulier : il est interdit de percer ou de souder les surfaces de friction. Nous posons la masse sur le moyeu ou dans des trous technologiques. Et à propos de la durée de vie des roulements : le calcul de durabilité selon l'ISO 281 ne tient pas compte de la force tournante due au balourd, à moins qu'elle n'ait été intégrée aux données de départ.
Sources : ISO 281:2007
D'abord la géométrie et l'entraînement, ensuite les masses
L'équilibrage part du principe que la masse est fixée et que la rotation est géométriquement correcte. Une poulie montée de façon excentrique enfreint la seconde condition, un moyeu desserré la première. Dans les deux cas, l'appareil affichera un joli pic sur la 1x, mais le résultat ne tiendra pas.
| Ce que nous vérifions | Avec quoi | Ce que nous faisons selon le résultat |
|---|---|---|
| Faux-rond radial et axial de la jante | Comparateur à cadran, rotation complète de l'arbre | Un faux-rond supérieur à la tolérance du fabricant indique un ajustement excentrique ou une poulie déformée. Remontage ou remplacement |
| Ajustement : clavette, serrage, douille conique | Jeu, traces de matage, couple de serrage des vis de la douille | Une rainure abîmée et de la poussière rousse signifient réparation. Avec un ajustement desserré, la phase de la 1x (l'angle indiquant à quel moment du tour la vibration est maximale) varie, les coefficients d'influence ne se répètent pas |
| Usure et profil des gorges | Gabarit de profil, examen du fond et des parois | Fond brillant, bords rabattus, profondeur inégale. Une poulie usée est remplacée |
| Jeu et tension des courroies | Tensiomètre ou méthode du fabricant | Des courroies de longueurs différentes ou détendues sont remplacées par jeu complet, la tension est réglée avant l'équilibrage |
| Position des poulies et alignement des demi-accouplements | Règle ou appareil laser, comparateurs sur l'accouplement | Le désalignement se corrige en réglant les poulies et par l'alignement des arbres, pas par une masse sur le rotor |
| Fixations, paliers, châssis | Couple de serrage des pattes, contrôle du pied mou | Un desserrage produit un peigne d'harmoniques et rend les coefficients d'influence peu fiables |
L'ordre est précisément celui-ci : géométrie, ajustement, courroies, alignement des arbres, puis équilibrage. Le tour d'inspection prend 15 à 30 minutes sur une machine arrêtée et consignée. Comment distinguer un balourd d'un désalignement par la phase sur les deux paliers est expliqué dans un article séparé.
Un plan de correction ou deux
Nous calculons L/D, où L est la distance entre les plans de correction possibles, et D le diamètre dans la zone de pose de la masse. L'analyse détaillée de la règle se trouve dans l'article sur le nombre de plans ; voici ci-dessous un aperçu appliqué aux entraînements.
| Ce que nous équilibrons | Plans | Pourquoi |
|---|---|---|
| Poulie mince, disque d'entraînement et de frein, pignon, flasque | Un | L/D est bien inférieur à 0,5, la pièce se comporte comme un disque, le balourd statique prédomine |
| Poulie large multi-gorges | Un ou deux | Nous décidons selon la mesure. Si le niveau reste élevé sur le second palier, nous passons à deux |
| Volant | Généralement un | La masse est concentrée dans une jante mince. Les volants épais de presses demandent parfois deux plans |
| Demi-accouplement en bout d'arbre | Un, avec contrôle du second palier | Le plan est déporté vers l'extrémité de la portée, la masse influence les deux paliers différemment |
| Ensemble monté : arbre, poulie, demi-accouplement, volant | Deux | Les plans sont espacés sur la longueur de l'arbre, la composante de moment est presque toujours présente |
L'appareil à deux voies tranche sur la base des données : nous voyons l'amplitude et la phase de la 1x sur les deux paliers en même temps. Des phases proches indiquent un balourd statique, des phases opposées un balourd de moment. Pour les rotors flexibles proches de la première fréquence critique, l'approche est différente ; vérifiez l'applicabilité selon la partie et l'édition actuelles de l'ISO 21940-12.
Sources : ISO 21940-12:2016
Déroulement de l'intervention sur site
- Inspection
La géométrie avant l'électronique
La machine est arrêtée et consignée. Nous examinons les courroies, les gorges, l'ajustement, la fixation des paliers. Nous plaçons un comparateur sur la jante et la face, faisons tourner l'arbre, relevons le faux-rond. Nous décidons dans le même temps où la masse sera physiquement posée.
- Capteurs
Accéléromètres et repère
Deux capteurs sur les paliers de l'arbre qui porte la pièce : sur le métal, près du roulement, en position radiale. Nous collons le repère réfléchissant sur ce même arbre, et non sur l'arbre du moteur : avec une transmission par courroie, les régimes des arbres diffèrent.
- Démarrage 0
Mesure initiale
Régime et mode de fonctionnement de travail. Nous relevons le régime, la vibration globale en mm/s RMS (valeur efficace — la méthode standard de mesure du niveau), l'amplitude et la phase de la 1x sur les deux paliers, le spectre. C'est ici que nous décidons s'il y a une tâche pour les masses.
- Repérage
Positions fixes et rayon
Nous numérotons les trous prévus, les rayons ou les secteurs de la jante dans le sens de rotation : Z1, Z2, et ainsi de suite. Nous saisissons le nombre de positions et le rayon réel. L'appareil répond par un numéro de position et non par un angle, de sorte qu'il est impossible de se tromper de sens de comptage de l'angle.
- Masse d'essai
Un démarrage par plan
Une masse pesée en position Z1, la masse et le rayon réels saisis dans le logiciel. Démarrage valable : la 1x a changé d'au moins 20 à 30 pour cent, ou la phase de 20 à 30 degrés. Les poulies étant légères, la réaction est généralement nette.
- Correction
Masses, contrôle, rapport
Le zéro de référence est là où se trouvait la masse d'essai. Le logiciel indique la masse et la position, et pour un enlèvement de matière, le diamètre et la profondeur du trou. Démarrage de contrôle au même régime, la 1x chute nettement. Si l'objectif n'est pas atteint du premier coup, nous ajoutons de petites masses à celles déjà posées.
Le cycle complet sur une poulie accessible, sur un seul plan, prend généralement de deux à quatre heures avec les arrêts. Un second plan ajoute un démarrage. C'est l'accès qui consomme du temps, pas le calcul.
Volants et ensembles montés : nous équilibrons l'ensemble complet
Une pièce équilibrée séparément ne donne pas un ensemble équilibré. Les balourds s'additionnent vectoriellement et réapparaissent à chaque montage. Contribuent à cela l'ajustement excentrique, le jeu de clavette, la dispersion des masses des boulons sur la circonférence, l'erreur de l'arbre au niveau de la rainure de clavette.
C'est pourquoi nous équilibrons l'ensemble monté, dans ses propres paliers, au régime de travail. La poulie, le demi-accouplement, le volant et le disque d'entraînement restent sur l'arbre.
Volant
Il s'équilibre sur son propre arbre, en ensemble avec le disque d'entraînement et l'embrayage. Après une reprise à l'usinage ou un remplacement de disque, l'ensemble est équilibré à nouveau.
Le démontage annule le résultat
Si l'ensemble est remonté dans une autre position angulaire, le balourd revient. Marquer la position relative des pièces au pointeau ou à la peinture aide à l'éviter.
La visite suivante est plus courte
Les coefficients d'influence de l'ensemble restent dans l'archive de l'appareil. La fois suivante, la correction est calculée directement, sans essais.
Les entraînements par courroie et par chaîne apportent leurs propres fréquences
C'est le principal piège des entraînements. La transmission elle-même produit une vibration, dont une partie ressemble à un balourd. Le spectre contient à la fois deux fréquences de rotation : celle de l'arbre du moteur et celle de l'arbre mené. S'y ajoute la fréquence de passage de la courroie avec ses harmoniques — elle est plus basse que la fréquence de rotation, donc dans la zone subsynchrone.
- Placez le repère sur l'arbre dont vous équilibrez la poulie. Avec un repère sur l'arbre du moteur, l'appareil isolerait la 1x de la mauvaise machine
- Calculez le rapport de transmission d'après les diamètres des poulies et comparez-le aux indications de l'appareil
- Les pics subsynchrones et leurs harmoniques sont presque toujours dus à la courroie. Les masses ne les élimineront pas
- Une composante 2x en hausse associée à une vibration axiale oriente vers un désalignement, pas vers un balourd
- Des pics à la fréquence d'engrènement (le nombre de dents du pignon multiplié par le régime) indiquent une usure de la chaîne et des dents
- Si le procédé le permet, retirez les courroies et faites tourner l'arbre sans la transmission
C'est pourquoi nous enregistrons le spectre et le signal temporel, et non un seul chiffre. Cela permet de distinguer ce qui se résout par une masse de ce qui se résout par la courroie, l'alignement des arbres ou la réparation de l'ajustement.
Sources : ISO 13373-3:2015
Quand l'équilibrage sur site ne servira à rien
Parfois, la réponse honnête est la suivante : vous n'avez pas besoin de masses.
Ajustement desserré
La poulie ou le demi-accouplement bouge sur l'arbre, la douille conique tourne. La phase de la 1x varie d'un démarrage à l'autre, les coefficients d'influence ne se répètent pas. D'abord réparer l'ajustement.
Gorges usées et courroies détendues
C'est la transmission qui produit la vibration, pas la masse. Nous remplaçons la poulie et le jeu de courroies, réglons la tension, et il n'y a généralement plus rien à équilibrer ensuite.
Fissure
Une fissure dans un rayon ou la jante d'une poulie en fonte, dans un volant, dans un flasque. L'équilibrage supprimerait le seul signe extérieur du défaut. Réparation selon la méthode du fabricant, ou remplacement.
Aucun endroit où poser la masse
Disque de frein aux surfaces de friction, poulie fermée sans trous, demi-accouplement dans un carter exigu. Un recalcul vers un autre plan ou un perçage du moyeu sauve parfois la situation ; sinon, une machine à équilibrer est plus honnête.
Rien à équilibrer
Vibration globale de 9 mm/s, mais composante synchrone de 2 mm/s. Un équilibrage parfait en supprimerait deux, il en resterait près de neuf. Vient ensuite le diagnostic.
Résonance du châssis ou du carter
Pic étroit selon le régime, inversion de phase d'environ 180 degrés au ralentissement libre. En résonance, le résultat est instable. D'abord la rigidité et la fixation.
Cas particulier : un balourd résiduel documenté en g·mm/kg selon les classes de qualité G (les classes de qualité d'équilibrage selon l'ISO 21940) est requis. Une telle réception se fait sur une machine à équilibrer. Sur site, nous calculons la tolérance selon la classe G et indiquons la vibration résiduelle.
Ce que vous obtenez, combien cela coûte et comment commander
Le travail se termine par des chiffres, pas par des mots comme « c'est mieux ».
Côté prix. 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 donne le montant exact : il dépend du nombre de rotors, du nombre de plans de correction, de l'accès et de l'éloignement du site.
Basés à Vila Nova de Gaia, près de Porto, nous intervenons dans tout le Portugal. Ce sont des ingénieurs qui conçoivent et fabriquent les appareils Balanset qui interviennent, et qui les utilisent eux-mêmes pour équilibrer sur site. Le Balanset-1A peut aussi être acheté : deux accéléromètres, un capteur laser de phase, un module USB à deux voies et un logiciel sur ordinateur portable, équilibrage sur un ou deux plans, positions fixes, calcul de perçage, équilibrage trim (ajustement fin par petites masses), archive et rapports.
- Mesure avant et après pour chaque palier : régime, vibration globale en mm/s RMS, amplitude et phase de la 1x
- Spectre et signal temporel au démarrage initial et au démarrage de contrôle
- Masses, numéros de position et rayon des masses posées
- Résultats des vérifications : faux-rond, état des gorges, ajustement, tension des courroies
- Évaluation de la vibration résiduelle selon les zones de la partie et de l'édition applicables de l'ISO 20816, et calcul de la tolérance selon la classe G
- Conclusion : ce qui a été corrigé par les masses, ce qui nécessite une réparation, ce qu'il faut vérifier lors de la prochaine tournée
- Coefficients d'influence de l'ensemble conservés pour le prochain équilibrage
Ce qu'il faut préparer avant notre venue : la possibilité d'arrêter la machine plusieurs fois, un carter d'entraînement qui s'ouvre, l'accès aux trous prévus de la poulie et du volant, une autorisation de soudage si elle s'avère nécessaire, et un responsable pour la mise en marche et la consignation. Une check-list détaillée se trouve dans un article séparé.
Sources : ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · Spécifications fabricant Balanset-1A · Manuel d’utilisation Balanset-1A
Questions fréquentes
Peut-on équilibrer une poulie sans la déposer de l'arbre ?
Oui, c'est la méthode principale. La poulie s'équilibre dans ses propres paliers, au régime de travail : capteurs sur les paliers, capteur laser de phase sur le repère du même arbre, masse dans les trous prévus de la jante. Il faut déposer la poulie si l'ajustement nécessite une réparation ou si une réception sur machine à équilibrer est requise.
Faut-il retirer les courroies avant l'équilibrage ?
Non, nous équilibrons en régime de travail, avec la tension réglée. Le retrait des courroies sert de vérification diagnostique : si la vibration chute nettement sans elles, le problème n'est pas le balourd de la poulie mais la transmission.
La poulie bat quand on la fait tourner. Est-ce un balourd ?
Non, c'est de la géométrie : l'axe de la poulie ne coïncide pas avec l'axe de rotation de l'arbre. Ajustement excentrique, jante déformée, moyeu abîmé. La vibration sera exactement sur la 1x et ressemblera à un balourd, mais ne se corrige pas par des masses.
Le volant s'équilibre-t-il séparément ou en ensemble avec l'arbre ?
En ensemble monté. Les balourds de l'arbre, du volant, du disque d'entraînement et de la fixation s'additionnent vectoriellement, et un ensemble composé de pièces équilibrées séparément donne presque toujours un nouveau balourd.
Où poser la masse si la poulie n'a pas de trous ?
Par ordre de préférence décroissant : trous d'équilibrage prévus, boulon avec écrou de blocage à travers le trou d'un rayon, plaque soudée là où le soudage est autorisé par le fabricant, enlèvement de matière par perçage dans un moyeu massif. Les aimants ne conviennent que comme masses d'essai.
Combien de plans de correction faut-il à une poulie ?
Une poulie mince, un pignon, un disque d'entraînement ou de frein et un flasque rotatif se contentent généralement d'un seul plan. Une poulie large multi-gorges et un ensemble monté composé d'un arbre, d'une poulie et d'un demi-accouplement en demandent souvent deux.
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Équilibrage de poulie de transmission par courroie sur site : d'abord la géométrie et les courroies, ensuite les masses
Oui, nous équilibrons la poulie de transmission par courroie sur site, sans la déposer de l'arbre. Conditions : l'ajustement sur clavette, douille conique ou douille de serrage est correctement serré et ne tourne pas, le faux-rond radial et axial de la jante est dans la tolérance du fabricant, les courroies forment un jeu assorti avec la tension réglée. Une poulie mince se règle avec un seul plan de correction (les masses se posent dans une seule section du rotor) en deux ou trois démarrages ; une poulie large multi-gorges, ou un arbre assemblé avec poulie et demi-accouplement, en demande parfois deux. Si la jante bat ou si les gorges sont usées jusqu'au brillant au fond, les masses n'aideront pas : d'abord un nouvel ajustement ou un remplacement de poulie, et nous le disons avant de commencer les travaux.
Équilibrage des compresseurs, surpresseurs et soufflantes de gaz sur leur lieu d'exploitation
Oui, mais pas tous les équipements de compression. Sur site, nous équilibrons ce qui offre un accès au plan de correction : roues ouvertes des surpresseurs, des groupes de soufflage d'air et des soufflantes de gaz, roues en porte-à-faux des compresseurs centrifuges monoétagés, poulies, volants, demi-accouplements, arbres de compresseur et rotors des moteurs d'entraînement. Les rotors des compresseurs à vis, les rotors multiétagés dans un carter fermé et les rotors à grande vitesse des turbocompresseurs ne s'équilibrent pas sur site, il faut un atelier et une machine à équilibrer. Avant de poser des masses, nous prouvons toujours par la mesure que c'est bien le balourd qui produit la vibration.
Vibration d'une transmission par courroie : poulie, tension et ce qui gêne l'équilibrage
Une transmission par courroie donne deux groupes de composantes. La première : la fréquence subsynchrone (inférieure à la fréquence de rotation) de la courroie f_courroie = π · D_poulie · f_poulie / L_courroie et ses harmoniques, la deuxième harmonique étant souvent plus élevée que la première. La seconde : une vibration exactement à la fréquence de rotation de l'arbre, due au faux-rond de la poulie, à l'excentricité de la portée et à l'usure inégale des gorges, que l'on prend précisément pour un balourd du rotor. L'ordre des opérations est donc inversé par rapport à l'habitude : d'abord la géométrie et la portée de la poulie, le remplacement des courroies par un jeu assorti, l'alignement des poulies et la tension selon la méthode du fabricant, et seulement ensuite l'équilibrage.
Décrivez votre équipement et le problème
Nous répondrons à vos questions, préciserons les données nécessaires et vous indiquerons ce qu'il faut prévoir pour établir un devis et organiser le déplacement.