AXILINEÉquilibrage des volants d'inertie, disques d'entraînement et disques de frein sur leur lieu d'exploitation
Un volant d'inertie pardonne beaucoup à l'arrêt, et ne pardonne rien en rotation. Cent kilogrammes de fonte avec un centre de masse décalé de quelques dixièmes de millimètre secouent une presse au point de desserrer les boulons de fondation. Nous venons équilibrer les volants d'inertie, les disques d'entraînement et les disques de frein directement sur la machine, dans leurs propres paliers. Basés à Vila Nova de Gaia, près de Porto, nous intervenons dans tout le Portugal.
Ce qui motive l'intervention : symptômes et événements
Sur un volant d'inertie, le balourd est presque toujours lié à un événement précis. Il a été retourné après une réparation d'embrayage. La couronne dentée a été remplacée. Il a été déposé puis reposé lors d'un changement de joint d'étanchéité. Un disque équilibré en usine à l'origine repart, après chacune de ces opérations, avec une nouvelle répartition de masse, et la machine le signale dès le premier démarrage.
Le deuxième groupe de demandes arrive sans événement identifiable : la vibration augmente sur des mois. Ici, le plus souvent, le coupable n'est pas la masse mais l'ajustement. Le flasque se détériore, les boulons s'allongent, le volant se met à tourner de façon excentrique. Dans les deux cas, l'appareil affichera un pic à la fréquence de rotation — on l'appelle 1x, une fois par tour —, c'est pourquoi nous distinguons les causes avec le comparateur et la mesure, pas à l'oreille.
- Ronflement et secousses apparus après un retournage du volant, un remplacement de couronne ou une réparation d'embrayage
- La vibration aux paliers de l'arbre principal de la presse ou du vilebrequin augmente à peu près avec le carré de la vitesse
- Le disque de frein voile, les plaquettes s'usent en biseau, le disque chauffe par zones
- Ronflement croissant à l'accélération et à la décélération, tout le bâti de la machine vibre au régime de travail
- Les boulons de fixation du volant se desserrent, une poussière rousse de fretting — l'usure par frottement dans un assemblage desserré — s'échappe du joint
- Vous remplacez les paliers de l'arbre porteur du volant plus souvent que les autres
- Après remontage de l'ensemble volant plus demi-accouplement plus poulie, la vibration est plus forte qu'avant démontage
Les seuils absolus de vibration dépendent de la machine et de la rigidité des paliers ; vérifiez-les selon la partie et l'édition applicables de l'ISO 20816. Pour décider d'un déplacement, la tendance suffit : si le niveau aux paliers a augmenté d'une fois et demie à deux fois après une intervention sur le volant, la cause est à chercher dans ce qui a été touché.
Sources : ISO 20816-1:2016
Pourquoi un disque lourd est sensible au gramme près
La force centrifuge augmente linéairement avec la masse, et avec le carré de la vitesse. Un gramme à un rayon de 250 mm tire avec une force d'environ 6 N à 1500 tr/min, et de près de 25 N à 3000 tr/min. Vingt grammes en trop sur la jante à 3000 tr/min représentent un demi-millier de newtons de charge tournante, qui change de direction à chaque tour et traverse intégralement les paliers. Le calcul de durée de vie des roulements selon l'ISO 281 ne verra pas cette force si elle n'y a pas été intégrée.
Passons à la tolérance. Pour les volants d'inertie, on applique en général une classe de qualité d'équilibrage G6.3, certaines machines exigeant G2.5 ; vérifiez l'applicabilité selon la partie et l'édition en vigueur de l'ISO 21940. À 1500 tr/min, la classe G6.3 correspond à un déplacement résiduel du centre de masse d'environ 40 µm, et d'environ 20 µm à 3000 tr/min. Pour un volant de 150 kg, cela ne représente que 20 à 25 g au rayon de la jante. Un disque lourd s'équilibre avec de petites masses, et un pas de quelques grammes seulement déplace déjà nettement le vecteur.
Il y a aussi un revers. Le volant n'a en pratique qu'un seul plan de correction, la jante, et son diamètre est modeste par rapport à la masse du disque. Ces mêmes grammes doivent être posés avec un angle précis : une erreur d'une position détourne une partie de la correction. C'est pourquoi nous travaillons avec une pesée précise, des positions fixes et un démarrage de contrôle après chaque correction. Le Balanset-1A calcule la masse par la méthode des coefficients d'influence — à partir de la réponse de la machine à une masse d'essai — et vérifie la tolérance par classes G directement dans le logiciel, si bien que le protocole montre non pas « c'est plus calme », mais l'entrée dans la zone de tolérance en g·mm.
Sources : ISO 21940-11:2016 · ISO 281:2007 · Spécifications fabricant Balanset-1A
Ajustement et faux-rond : une cause à part que les masses ne corrigent pas
Le volant est monté soit sur le flasque du vilebrequin avec un épaulement de centrage et des boulons sur la circonférence, soit en bout d'arbre par clavette ou par cône, comme sur les presses. Les deux montages ont leurs propres chemins vers la vibration, sans rapport avec la répartition de la masse. Nous les vérifions avant le premier démarrage, machine arrêtée et consignée.
| Ce que nous vérifions | Comment | Ce que signifie le résultat |
|---|---|---|
| Faux-rond radial de la jante et de l'épaulement de centrage | Comparateur à cadran, rotation lente complète de l'arbre | Un faux-rond supérieur à la tolérance du fabricant signale un montage excentrique : le centre de masse est décalé en bloc, les masses ne le masqueront que sur un seul régime |
| Faux-rond de face de la jante | Comparateur en face, près du diamètre extérieur | Une jante lourde qui bat donne une composante de couple — une paire de forces qui fait osciller l'arbre. Un seul plan de correction ne peut pas la corriger : il faut réparer l'ajustement, parfois ajouter un second plan |
| Boulons de fixation | Masse du jeu complet, couple de serrage en croix en plusieurs passes | Des boulons de masses différentes répartis sur la circonférence constituent en soi un balourd. Un joint sous-serré produit du fretting et une phase 1x instable |
| Clavette et cône sur les volants de presse | Jeu, traces de poussière rousse, contrôle du serrage | Un ajustement mobile signifie des coefficients d'influence instables : le calcul de la masse ne se reproduit pas d'un démarrage à l'autre |
| Fissures de la jante, du moyeu et de la couronne dentée | Inspection avec éclairage, ressuage au marteau | Un volant fissuré ne s'équilibre pas. C'est une question de remplacement de la pièce, pas de masses |
Signe d'un ajustement desserré à la mesure : la phase 1x — la position angulaire de la vibration par rapport au repère sur l'arbre — dérive de plusieurs dizaines de degrés d'un démarrage à l'autre à vitesse constante. Nous arrêtons alors l'équilibrage et indiquons ce qu'il faut réparer. La façon de distinguer un balourd d'un désalignement par la phase aux paliers est détaillée dans un article séparé ; en cas de liaison par accouplement avec l'entraînement, nous évaluons séparément l'alignement des arbres.
Ensemble assemblé : volant, demi-accouplement, poulie
Sur une machine réelle, le volant vit rarement seul. Sur le même arbre se trouvent un demi-accouplement, un disque d'entraînement, parfois une poulie. Les balourds des pièces s'additionnent vectoriellement, et un ensemble monté à partir de pièces équilibrées séparément peut très bien sortir de tolérance. C'est pourquoi nous équilibrons l'ensemble complet, dans ses propres paliers, au régime de travail.
Quand il faut comprendre qui, exactement, produit le reliquat, l'équilibrage index aide : la pièce est repositionnée par rapport à l'arbre selon un angle connu, la mesure est répétée, et par le décalage du vecteur, l'appareil sépare la contribution de la pièce de celle de l'arbre. Le Balanset-1A gère cette procédure en standard. Elle sert aussi pour les ensembles régulièrement démontés à l'entretien : la contribution de chaque pièce est connue, et après remontage, un court équilibrage trim à partir des coefficients conservés suffit, au lieu d'un cycle complet avec essais.
- Avant démontage, nous repérons la position relative du volant, du demi-accouplement et de l'arbre au pointeau ou à la peinture
- Nous remontons dans la même position angulaire : une autre position, c'est un nouveau balourd
- Après un retournage, un remplacement de couronne ou d'embrayage, nous équilibrons l'ensemble à nouveau ; l'ancien résultat n'est plus valable
- Une nouvelle visite sur la même machine est plus courte : les coefficients d'influence conservés évitent les essais
Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A
Comment se déroule l'intervention sur site
- Inspection
Accès et géométrie
La machine est arrêtée et consignée. Nous déposons le carter ou ouvrons la fenêtre du carter, et décidons où la masse sera posée et où le perçage est autorisé. Au comparateur, nous relevons le faux-rond radial et de face, et vérifions le serrage des boulons et l'ajustement.
- Capteurs
Paliers et repère
Deux accéléromètres sur les paliers de l'arbre porteur du volant, radialement, sur du métal propre près du roulement. Nous collons le repère réfléchissant sur la jante ou sur l'arbre, en vue du capteur laser de phase. Nous écartons les câbles des pièces en rotation.
- Démarrage 0
Mesure initiale
Régime de travail, état stabilisé. Nous relevons la vibration globale en mm/s RMS (valeur efficace), l'amplitude et la phase de la 1x sur les deux paliers, le spectre — la répartition de la vibration par fréquences — et le signal temporel. Si ce n'est pas la composante 1x qui domine, mais des harmoniques ou des fréquences de roulement, nous le disons tout de suite.
- Repérage
Positions fixes
Nous numérotons les trous d'origine, les boulons ou les rayons dans le sens de rotation. Nous entrons dans le logiciel le nombre de positions et le rayon réel. L'appareil répond par un numéro de position et une masse, de sorte qu'il est impossible de confondre l'angle ou le sens de comptage.
- Démarrage d'essai
Petite masse, un démarrage par plan
Nous posons une masse d'essai pesée à la première position. Sur un disque lourd, la réponse au gramme est perceptible, donc nous prenons une masse faible. Un démarrage valable modifie l'amplitude de la 1x de 20 à 30 % ou la phase de 20 à 30 degrés.
- Correction
Masse ou perçage, contrôle, protocole
Le logiciel indique la masse et la position, et pour l'enlèvement de métal, le diamètre et la profondeur des trous. Nous posons ou perçons, effectuons un démarrage de contrôle, et ajoutons si besoin une petite masse à celles déjà en place. Le protocole indique la vitesse, les vecteurs avant et après, les masses, les positions et l'évaluation selon la classe G.
Un volant avec un accès normal à la jante sur un seul plan se règle en général en deux à quatre heures, arrêts compris. C'est le démontage des carters et les démarrages de la machine qui prennent du temps, pas le calcul. Les volants épais de presses et les ensembles assemblés avec des plans éloignés demandent parfois un second plan, soit un démarrage de plus.
Sources : Spécifications fabricant Balanset-1A
Fixation de la masse sur un disque lourd : pourquoi percer plutôt que souder
Les exigences pour une masse sur un volant sont plus strictes que sur une poulie légère. La fixation doit tenir la force centrifuge avec une marge importante : ces mêmes 20 g sur la jante à 3000 tr/min subissent une cinquantaine de newtons, et chaque démarrage et arrêt ajoute un cycle de charge. La colle n'est ici pas une fixation du tout ; nous n'utilisons les masses magnétiques que comme masses d'essai, et nous les retirons avant de rendre la machine.
Nous n'appliquons pas le soudage sur les volants, et voici pourquoi. La plupart des volants sont en fonte, et la fonte supporte mal la soudure : le cordon et la zone affectée thermiquement produisent des fissures, souvent différées dans le temps. L'arc chauffe localement le disque et déforme sa géométrie, et le faux-rond dérive avec elle. Le métal déposé ne se dose pas avec précision : cinq grammes de trop, et voilà un nouveau balourd. Et surtout, une masse soudée sur une jante qui se déplace à 50-90 m/s est un objet auquel on ne peut laisser aucune chance de se détacher.
L'enlèvement de métal par perçage échappe à tout cela. La masse se dose par le diamètre et la profondeur du trou, que le Balanset-1A calcule directement dans le logiciel. Pas d'effet thermique, la géométrie ne dérive pas. Rien à détacher : un trou n'est pas une pièce. Nous perçons la jante en face ou en périphérie, là où la conception le permet, à l'écart de la couronne dentée, des surfaces de friction et des nervures de rigidité. Les méthodes de fixation des masses sont comparées de façon générale dans un article séparé ; ici, l'essentiel est la conclusion : pour les disques lourds, le perçage est presque toujours la meilleure option.
- Masse boulonnée uniquement dans les trous d'origine ou sur des goujons filetés, avec freinage : contre-écrou, rondelle frein ou frein-filet
- Nous pesons la masse avant la pose, et entrons dans le logiciel la masse réelle et le rayon
- Nous la posons à un rayon reproductible lors d'un futur équilibrage
- Aucune masse sur les surfaces de friction des disques de frein ni sur les pistes d'embrayage
Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A
Disques de frein : la chaleur compte autant que la masse
Le disque de frein d'une machine industrielle vit au rythme de cycles thermiques : quelques secondes de freinage le chauffent de plusieurs centaines de degrés, puis il refroidit. Un chauffage inégal déforme le disque, et le faux-rond augmente avec la température. Une vibration absente le matin et présente en fin de poste évoque donc plus souvent un voilage qu'un balourd.
Nous distinguons ces causes par la mesure : machine froide et machine après un cycle de travail. Un vecteur 1x stable dans les deux mesures indique un balourd ; un vecteur qui croît avec la chauffe indique un problème de géométrie. Nous ne corrigeons qu'en dehors des surfaces de friction : moyeu, flasque de fixation, trous d'origine. Il est interdit de percer ou de recharger la piste de friction. Après un surfaçage, nous équilibrons le disque à nouveau : la machine-outil a enlevé du métal par rapport à son propre axe de montage, pas par rapport à l'axe de rotation de la machine.
Les masses collées et magnétiques ne tiennent pas sur les disques de frein, le cycle thermique les arrache. Seule une fixation mécanique en dehors de la zone de friction convient. La méthode générale de recherche des causes de vibration par le spectre est détaillée dans des articles séparés sur le diagnostic.
Sources : ISO 13373-3:2015
Sécurité : l'énergie de la jante
Un volant d'inertie accumule de l'énergie, c'est sa fonction. Un disque de 200 kg et 600 mm de diamètre à 1500 tr/min emmagasine environ 100 kJ, soit autant qu'une voiture particulière à plus de cinquante kilomètres à l'heure. La vitesse périphérique de la jante est alors d'environ 50 m/s, le double sur les machines rapides. Tout objet qui quitte la jante part à cette vitesse, par la tangente.
D'où un protocole strict. Tout ce qui se fait à la main se fait machine arrêtée et consignée, avec vérification de l'arrêt complet : un volant lourd continue de tourner longtemps après la coupure. Les masses d'essai et de correction sont freinées. Chaque démarrage après pose d'une masse se fait carter fermé, le personnel est écarté du plan de rotation, et la zone tangente à une jante ouverte reste vide pendant le démarrage. Le détail des consignations et de la zone de projection figure dans un article séparé sur la sécurité lors de l'équilibrage sur site.
Quand ça ne se fait pas sur site, prix et déplacement
Côté prix : forfaits à partir de 550 EUR par machine (diagnostic 300 EUR + équilibrage à partir de 250 EUR), facture minimale par visite 500 EUR, le calculateur du site donne le chiffre exact pour votre machine. 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. Envoyez-nous une photo du volant, du carter et de la plaque signalétique de la machine : nous vous dirons à l'avance si une masse peut être posée, s'il faut percer, et ce dont nous aurons besoin de votre part sur place.
- L'ajustement est détérioré, le flasque ou la rainure de clavette est usé : réparation d'abord, les masses ne tiendront pas le résultat
- Fissures de la jante, du moyeu ou de la couronne : impossible d'équilibrer, la pièce doit être remplacée
- La jante n'est accessible même pas par une fenêtre du carter et il n'y a nulle part où poser une masse : un démontage est nécessaire, parfois avec un équilibrage en atelier sur machine
- La machine n'atteint pas un régime stable, ou le faux-rond augmente avec la chauffe : la cause est éliminée d'abord, l'équilibrage ensuite
- La vibration principale n'est pas la 1x mais les roulements, un désalignement ou une résonance : nous montrerons le spectre et indiquerons quoi traiter à la place des masses
Questions fréquentes
Faut-il déposer le volant pour l'équilibrer ?
Non. Nous équilibrons sur son propre arbre, dans ses propres paliers, au régime de travail. Ainsi, le résultat intègre l'ajustement, les boulons et tout ce qui se trouve sur l'arbre à proximité. La dépose n'est nécessaire qu'en cas d'ajustement détérioré, de fissures, ou si la jante n'est absolument pas accessible.
Le volant a été équilibré sur machine, mais la vibration est revenue après le montage. Pourquoi ?
La machine à équilibrer équilibre la pièce par rapport à son alésage de montage. Sur la machine s'ajoutent l'excentricité de l'ajustement, le jeu de la clavette, la dispersion de masse des boulons et les pièces voisines sur l'arbre. Ce sont les paliers qui subissent la somme vectorielle de toutes ces contributions. Cela se corrige en équilibrant l'ensemble monté sur site, et en repérant la position relative des pièces avant tout démontage.
Pourquoi ne peut-on pas simplement souder une masse, comme sur un ventilateur ?
La fonte de la plupart des volants supporte mal la soudure : fissures dans le cordon et la zone affectée thermiquement, déformation du disque par la chaleur, masse de rechargement imprécise. À une vitesse périphérique de jante de 50 à 90 m/s, une masse qui se détache est dangereuse. C'est pourquoi, sur les volants, nous dosons la masse par perçage ou posons des masses boulonnées dans des trous d'origine, avec freinage.
Le disque de frein voile et chauffe. L'équilibrage va-t-il aider ?
D'abord la mesure. Si le vecteur 1x est stable machine froide et machine chaude, c'est un balourd, et une correction sur le moyeu ou dans les trous d'origine le supprimera. Si le faux-rond et la vibration augmentent avec la chauffe, le disque est déformé par la chaleur : il faut un surfaçage ou un remplacement, pas des masses. Nous faisons les deux mesures et montrons la différence en chiffres.
Quelle tolérance applique-t-on aux volants d'inertie ?
Le plus souvent la classe G6.3, G2.5 pour certaines machines. La classe fixe le déplacement résiduel du centre de masse : à 3000 tr/min, pour G6.3, cela représente environ 20 µm. Vérifiez l'applicabilité selon la partie et l'édition en vigueur de l'ISO 21940 ; dans le protocole, nous indiquons le reliquat réel en g·mm à côté de la tolérance.
Combien cela coûte-t-il et combien de temps cela prend-il ?
Forfaits à partir de 550 EUR par machine (diagnostic 300 EUR + équilibrage à partir de 250 EUR), facture minimale par visite 500 EUR, calcul exact par le calculateur du site. Un volant avec un accès normal sur un seul plan se règle en général en deux à quatre heures, inspection, démarrages et protocole compris. Un ensemble assemblé avec deux plans ajoute un à deux démarrages.
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Équilibrage des poulies, accouplements et éléments d'entraînement sur leur lieu d'exploitation
Oui. Les poulies de transmission par courroie, les poulies multi-gorges et d'entraînement, les demi-accouplements et accouplements, les volants, les disques d'entraînement et de frein, les flasques rotatifs, les pignons de chaîne : nous les équilibrons directement sur la machine, sans les déposer de l'arbre. Trois conditions : l'ajustement est correct, la géométrie et l'entraînement sont en bon état, et l'essentiel de la vibration vient de la composante 1x — la partie de la vibration qui coïncide avec la fréquence de rotation de l'arbre ; c'est justement elle que crée le balourd. Si l'ajustement s'est desserré, si les gorges sont usées ou les courroies détendues, nous le disons franchement : il faut réparer la transmission, pas poser des masses.
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.
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.