Comprendre l'excentricité dans les machines rotatives

Définition : Qu'est-ce que l'excentricité ?

Dans le contexte de la dynamique des rotors, excentricité Le décalage radial désigne la distance radiale, ou le décalage, entre le centre de masse d'un rotor (également appelé centre de gravité) et son centre géométrique (le centre réel de sa forme ou de son arbre). Dans un rotor parfaitement équilibré, ces deux centres coïncideraient. Cependant, en raison des imperfections de fabrication et de la densité non uniforme des matériaux, une excentricité inhérente est presque toujours présente. Lorsqu'un rotor excentré tourne, le décalage du centre de masse génère une force centrifuge, source de vibrations. déséquilibrer.

La relation directe entre l'excentricité et le déséquilibre

L'excentricité et le balourd sont fondamentalement liés. Le balourd est la mesure de l'effet de l'excentricité à une vitesse donnée, tandis que l'excentricité en est la cause physique. L'importance du balourd est directement proportionnelle à la masse du rotor et à son excentricité.

La formule est simple :

Déséquilibre (U) = Masse (M) × Excentricité (e)

Cette relation souligne l'importance cruciale de l'excentricité. Même une très faible excentricité (quelques micromètres seulement) sur un rotor lourd et à grande vitesse peut créer un déséquilibre considérable, entraînant de fortes vibrations et une usure rapide des roulements.

Types d'excentricité

Il est important de faire la distinction entre les différentes formes d’excentricité et les imperfections géométriques associées :

1. Excentricité de masse

Il s'agit de l'excentricité réelle, telle que définie ci-dessus, c'est-à-dire le décalage entre le centre de masse et le centre géométrique. C'est ce type d'excentricité qui provoque le balourd et qui est la cible de toutes les procédures d'équilibrage. Elle ne peut être ni observée ni mesurée directement avec un comparateur à cadran lorsque le rotor est immobile.

2. Excentricité géométrique (faux-rond)

Il s'agit d'un écart de la surface du rotor par rapport à un cercle parfait. Il s'agit d'une mesure du degré d'ovalisation d'un arbre ou d'un rotor. On l'appelle aussi faux-rond mécaniquePar exemple, un tourillon d'arbre peut être légèrement ovale, ou une poulie peut être usinée légèrement décentrée sur un arbre. Ce type d'imperfection peut être mesuré à l'aide d'un comparateur à cadran lors d'un roulement lent. Bien qu'il ne s'agisse pas d'un signe direct de déséquilibre de masse, une forme géométrique excentrique contribue souvent à un déséquilibre de masse.

3. Défaillance électrique

Il ne s'agit pas d'une imperfection physique, mais d'une erreur de mesure qui se produit avec les sondes de proximité sans contact. Si la surface du rotor présente des variations de perméabilité magnétique ou de conductivité électrique, la sonde peut donner une lecture erronée imitant un faux-rond géométrique. Ce « bruit » doit être pris en compte lors des essais dynamiques du rotor.

Causes de l'excentricité

L'excentricité de masse est introduite dans les rotors par divers moyens :

• Tolérances de fabrication : Aucun procédé de fabrication n'est parfait. De légères erreurs d'usinage, de moulage et d'assemblage subsisteront toujours.
• Densité du matériau non uniforme : Les inclusions, les vides ou la porosité dans une pièce moulée ou forgée signifient que le matériau n'est pas parfaitement homogène, ce qui entraîne un déplacement du centre de masse.
• Conception asymétrique : Les composants tels que les vilebrequins sont intrinsèquement asymétriques.
• Erreurs d'assemblage : Une poulie ou un roulement qui n’est pas parfaitement centré sur un arbre créera une masse excentrique.
• Distorsion thermique : Un chauffage ou un refroidissement irrégulier peut provoquer la courbure d'un rotor, déplaçant temporairement son centre de masse. C'est ce qu'on appelle un vecteur thermique.

Comment l'excentricité est abordée

L'excentricité de la masse étant la cause du déséquilibre, elle est corrigée par le processus de équilibrageEn ajoutant ou en retirant de petites quantités de poids, un technicien crée une force opposée qui ramène efficacement l'axe de masse du rotor en alignement avec son axe géométrique, minimisant ainsi la force centrifuge nette et les vibrations qui en résultent.

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