Instructions d'équilibrage dynamique des arbres : Statique vs dynamique, Procédure sur site et grades ISO 21940
Tout ce dont un ingénieur de terrain a besoin pour équilibrer des rotors sur site — de la physique du balourd jusqu’au dernier cycle de vérification. Procédure en sept étapes, formules de masse d’essai, mesure de l’angle de correction et tableaux de tolérances ISO. Basé sur l’expérience de terrain de Vibromera sur des ventilateurs, broyeurs forestiers, concasseurs et arbres.
Qu'est-ce que l'équilibrage dynamique ?
Équilibrage dynamique L'équilibrage dynamique est le processus de mesure et de correction de la répartition inégale des masses d'un corps en rotation (rotor) pendant sa rotation à sa vitesse de fonctionnement. Contrairement à l'équilibrage statique, qui corrige le déséquilibre de masse dans un seul plan, l'équilibrage dynamique corrige le balourd dans deux plans ou plus simultanément, éliminant ainsi la force centrifuge et le couple de basculement qui provoquent les vibrations des paliers.
Chaque pièce rotative — du rotor d'un broyeur de 200 kg à la broche d'une fraise dentaire de 5 g — présente un certain balourd résiduel. Les tolérances de fabrication, les irrégularités des matériaux, la corrosion et les dépôts accumulés déplacent le centre de gravité par rapport à l'axe de rotation géométrique. Il en résulte une force centrifuge qui croît avec le carré de la vitesse : si le régime double, la force est multipliée par quatre.
Un rotor tournant à 3 000 tr/min avec un balourd de seulement 10 g à un rayon de 150 mm génère une force de rotation d’environ 150 N, suffisante pour détruire les roulements en quelques semaines. L’équilibrage dynamique réduit cette force à un niveau spécifié par les normes internationales (ISO 21940-11, anciennement ISO 1940), prolongeant ainsi la durée de vie des roulements de quelques mois à plusieurs années et réduisant les temps d’arrêt liés aux vibrations.
Équilibre statique vs dynamique
Le centre de gravité du rotor est décalé par rapport à l'axe de rotation. un plan. Lorsqu'il est placé sur des supports à arêtes vives, le côté le plus lourd roule vers le bas — vous pouvez le détecter sans le faire tourner.
Correction : Ajoutez ou retirez de la masse à une seule position angulaire opposée au point le plus lourd. Un seul plan de correction suffit.
S'applique à : pièces étroites en forme de disque où le rapport L/D est inférieur à environ 0.5 - volants, meules, roues à aubes monodisque, lames de scie, disques de frein.
Deux (ou plus) décalages de masse sont situés dans plans différents le long du rotor. Elles peuvent s'annuler statiquement — le rotor repose immobile sur des arêtes vives — mais créent une couple rockeur en rotation. Ce couple ne peut être détecté ni corrigé sans rotation.
Correction : Deux masses compensatrices sont disposées dans deux plans distincts. L'instrument calcule la masse et l'angle de chaque plan à partir de la matrice des coefficients d'influence.
S'applique à : rotors allongés — arbres, ventilateurs à larges roues, rotors de broyeurs, rouleaux, roues de pompes multi-étages, turbines.
Quatre types de balourd
La norme ISO 21940-11 distingue quatre types de balourds fondamentaux. Comprendre lequel est prédominant permet de choisir la stratégie d'équilibrage appropriée.
En pratique, presque tous les rotors rencontrés sur le terrain présentent un balourd dynamique, résultant de la combinaison de forces et de couples. C'est pourquoi l'équilibrage sur deux plans est la procédure standard pour tout rotor qui n'est pas un disque mince.
Quand utiliser l'équilibrage à un seul plan plutôt qu'à deux plans
Le facteur déterminant est le rapport géométrique L/D (longueur axiale sur diamètre extérieur) combinée à sa vitesse de fonctionnement.
| Critère | Plan unique (1 capteur) | Deux plans (2 capteurs) |
|---|---|---|
| Rapport L/D | L/D < 0.5 (rotor étroit de type disque) | L/D >= 0.5, ou répartition axiale significative de la masse |
| Pièces typiques | Meule, volant d'inertie, turbine monodisque, poulie, disque de frein, lame de scie | rotor de ventilateur, broyeur, arbre, rouleau, pompe multicellulaire, turbine, concasseur |
| Types de balourd corrigés | Statique uniquement (force) | Statique + couple + dynamique (force + moment) |
| Plans de correction | 1 | 2 |
| séries de mesures | 2 (initial + 1 essai) | 3 (initial + 2 essais, un par plan) |
| Temps passé sur place | 15 à 20 min | 30 à 45 min |
Normes de qualité d'équilibrage ISO 21940‑11
La norme ISO 21940-11 (qui succède à la norme ISO 1940-1) attribue à chaque classe de machines tournantes une qualité d'équilibrage de classe G, définie comme la vitesse maximale admissible du centre de gravité du rotor en mm/s. Le balourd résiduel admissible epar (en g·mm/kg) est dérivé de la nuance et de la vitesse de fonctionnement :
G — classe de qualité d'équilibrage (ex 6,3 signifie 6,3 mm/s)
ω — vitesse angulaire, rad/s
tr/min — vitesse de fonctionnement, tr/min
| Niveau | e-ω, mm/s | Types de machines |
|---|---|---|
G 0,4 |
0.4 | Gyroscopes, broches de rectifieuses de précision |
G 1.0 |
1.0 | Turbochargers, small electric armatures with special requirements |
G 2,5 |
2.5 | Electric motors and generators with special requirements (ordinary industrial motors are G 6.3), medium/large turbines, pumps |
G 6.3 |
6.3 | Ventilateurs, pompes, machines de traitement, volants d'inertie, centrifugeuses, machines industrielles générales |
G 16 |
16 | Machines agricoles, concasseurs, arbres de transmission (cardan), pièces de concasseurs |
G 40 |
40 | Roues de voitures particulières, ensembles vilebrequin (production en série) |
G 100 |
100 | Assemblages de vilebrequins de moteurs diesel rapides à six cylindres ou plus |
Exemple pratique : Rotor de ventilateur
Le rotor d'un ventilateur centrifuge pèse 80 kg, fonctionne à 1 450 tr/min et son rayon de correction est de 250 mm. Classe requise : G 6.3.
À un rayon de correction de 250 mm : masse résiduelle maximale = 3320 / 250 = 13,3 g masse résiduelle totale
Pour un travail sur deux plans, répartissez cette tolérance totale entre les plans ; une répartition égale simple donne environ 6.6 g par plan.
Normes connexes : ISO 21940‑11 (rotors rigides), ISO 21940‑12 (rotors flexibles), ISO 10816‑3 (limites de sévérité vibratoire), ISO 1940 (prédécesseur hérité).
Procédure d'équilibrage de terrain en sept étapes
Il s'agit de la méthode des coefficients d'influence pour l'équilibrage sur le terrain à deux plans, appliquée avec un instrument portable tel que le Balanset-1A. La même logique s'applique à tout analyseur d'équilibrage à deux canaux.
Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) où Mr = rotor mass (g), Ksupport = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), KVibrations = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), Rt = rayon d'installation (cm), N = tr/min. Ou utilisez notre calculateur de poids d'essai en ligne — Saisissez les paramètres de votre rotor et obtenez instantanément la masse recommandée.
Calcul du poids d'essai
The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:
Mr — masse du rotor, grammes
Ksupport — support stiffness coefficient (0.5–5.0: 1 = soft rubber mounts, 2–3 = standard bearing pedestals, 4–5 = massive rigid foundation)
KVibrations — vibration level coefficient (0.5–3.0: 0.5 = up to 5 mm/s, 1.0 = 5–10 mm/s, 1.5 = 10–20 mm/s, 2.0 = 20–40 mm/s, 2.5–3.0 = above 40 mm/s)
Rt — rayon d'installation du poids d'essai, cm
N — vitesse de fonctionnement, tr/min
Vous n'avez pas envie de faire les calculs à la main ? Utilisez notre Calculateur de poids d'essai en ligne ↗ — Saisissez les paramètres de votre rotor, le type de support et le niveau de vibration, et obtenez instantanément la masse recommandée.
Worked Examples (Ksupport = 3, KVibrations = 1.0)
| Machine | Masse du rotor | tr/min | Rayon | Trial weight (Ksupp = 3, Kvib = 1) |
|---|---|---|---|---|
| Rotor de broyage | 120 kg | 2,200 | 30 cm | 360 000 / (30 × 484) ≈ 25 g |
| Ventilateur industriel | 80 kg | 1,450 | 40 cm | 240 000 / (40 × 210,25) ≈ 29 g |
| Tambour de centrifugeuse | 45 kg | 3,000 | 15 cm | 135 000 / (15 × 900) = 10 g |
| Puits de concasseur | 250 kg | 900 | 25 cm | 750 000 / (25 × 81) ≈ 370 g |
Values shown assume Ksupport = 3 (standard bearing pedestals) and KVibrations = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.
Mesure de l'angle de correction
L'instrument d'équilibrage fournit deux nombres par plan : masse (quel poids) et angle (où le placer). L'angle est toujours référencé par rapport à la position du poids d'essai.
Comment mesurer l'angle
- Point de référence (0°) : La position angulaire où vous avez placé le poids d'essai. Marquez-la clairement sur le rotor avant l'essai.
- Sens de mesure : toujours dans le sens de rotation du rotor.
- Lecture de l'angle : the result window shows the Correction mass et Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
- En cas de retrait de masse : select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.
Répartition du poids en positions fixes
When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Positions libres, Positions fixes, Rainure circulaire, et Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.
Plans de correction et placement des capteurs
Le plan de correction correspond à la position axiale sur le rotor où l'on ajoute ou retire de la masse. Le capteur mesure les vibrations au niveau du palier le plus proche. Quelques règles essentielles :
- Le capteur se place sur le logement du roulement. — aussi près que possible de l’axe du palier, dans la direction radiale (horizontale de préférence).
- Le plan 1 correspond au capteur 1, Le plan 2 au capteur 2. Veillez à conserver une numérotation cohérente, sinon le logiciel inversera les plans de correction.
- Maximiser la séparation des plans : Plus les deux plans de correction sont éloignés, meilleure est la résolution du couple. L'écart minimal pratique est d'un tiers de la portée des paliers.
- Choisissez des positions accessibles : Le plan de correction doit être un endroit où vous pouvez physiquement fixer des poids — un bord de bride, un cercle de boulons, une jante ou une surface de soudure.
Sur la photo ci-dessus, un rotor de broyeur est préparé pour un équilibrage sur deux plans. Les repères bleus 1 et 2 indiquent la position des capteurs sur les paliers. Les repères rouges 1 et 2 indiquent les plans de correction — ici, les extrémités à brides du corps du rotor où seront soudées les masses.
Rotor en porte-à-faux (en surplomb)
Les rotors en porte-à-faux (roues de ventilateurs, volants d'inertie montés hors de la portée des paliers, roues de pompes) nécessitent une configuration différente des capteurs et des plans de correction. Les deux plans de correction se trouvent du même côté des paliers, et le positionnement des capteurs doit tenir compte du balourd de couple amplifié par la masse en porte-à-faux.
Applications par type de machine
Méthodes de fixation des poids
| Méthode | Pièce jointe | Idéal pour | Limites |
|---|---|---|---|
| Soudage | Rondelles ou plaques d'acier soudées par points sur la jante du rotor | Broyeurs, concasseurs, rotors industriels lourds | Permanent. Ne peut être utilisé sur l'aluminium ou l'acier inoxydable sans baguette spéciale. |
| Boulons et écrous | Boulons passant par des trous pré-percés avec des écrous de blocage | Roues de ventilateur, volants d'inertie, brides d'accouplement | Nécessite des trous existants ou de nouveaux perçages |
| colliers de serrage | Collier de serrage en acier inoxydable avec masse intercalée | Arbres, rouleaux, rotors cylindriques sur site | Temporaire ou semi-permanent. Vérifier le couple de serrage. |
| Clip à vis de blocage | Poids préfabriqués à clipser (comme les poids pour pneus) | Pales de ventilateur, jantes fines, rotors légers | Plage de masse limitée. Risque de patinage à haut régime. |
| Adhésif (époxy) | Poids collé à la surface | Rotors de précision, environnements propres | Nécessite une surface propre et sèche. Température limite : environ 120 °C. |
| enlèvement de matière | Perçage ou meulage du matériau loin du côté lourd | Turbocompresseurs, broches à grande vitesse, impulseurs | Permanent et précis, mais irréversible. À utiliser lorsque l'ajout de poids n'est pas sans danger. |
Erreurs courantes lors de l'équilibrage sur site
| # | Erreur | Conséquence | Réparer |
|---|---|---|---|
| 1 | Capteur monté sur une protection ou un couvercle | La résonance du couvercle fausse les mesures d'amplitude et de phase → correction erronée | Toujours monter sur la surface métallique du logement de roulement |
| 2 | Masse d'essai trop légère | Les variations de phase et d'amplitude sont dans la bande de bruit → les coefficients d'influence sont peu fiables | Assurez au moins 20-30% de changement d’amplitude ou 20-30 degrés de décalage de phase sur au moins un capteur |
| 3 | Variation de vitesse entre les passages | Les vibrations à 1× varient avec le régime moteur au carré — même une variation de vitesse du 5% perturbe les données | Utilisez un tachymètre pour un suivi précis du régime moteur. Attendez que la vitesse se stabilise. |
| 4 | Leaving the trial weight on without telling the software | Correction calculation is skewed by the unaccounted trial weight → result is meaningless | Remove the trial weight before installing correction weights — or tick Leave on rotor in the Trial weight group so the software accounts for it |
| 5 | Confondre le plan 1 et le plan 2 | Les poids correcteurs sont placés dans les mauvais plans → les vibrations augmentent | Identifiez clairement les capteurs et les plans. Capteur 1 → Plan 1, Capteur 2 → Plan 2 |
| 6 | Mesure de l'angle opposé à la rotation | Correction goes 360° − f instead of f → the weight lands mirrored about the reference mark — up to 180° away from the correct position | Vérifiez le sens de rotation avant de commencer. Mesurez toujours dans le sens de rotation. |
| 7 | Dilatation thermique pendant les essais | Les variations du jeu des paliers entre les essais de démarrage à froid → mesures de dérive | Soit vous faites chauffer la machine jusqu'à atteindre un régime stabilisé avant le passage 0, soit vous effectuez tous les passages rapidement (moins de 5 min d'intervalle). |
| 8 | Utilisation d'un plan unique sur un rotor long | Le balourd de couple reste non corrigé → les vibrations peuvent même augmenter au niveau du palier opposé | Utilisez l’équilibrage sur deux plans pour tout rotor où L/D >= 0.5, où la séparation des plans est significative, ou lorsque la correction sur un plan affecte le roulement opposé |
Rapport de terrain : Équilibrage du rotor du broyeur
Machine : Broyeur à fléaux Maschio Bisonte 280, rotor de 165 kg, prise de force à 2 100 tr/min. Le client a signalé de fortes vibrations après le remplacement de 8 fléaux.
Mise en place : Deux accéléromètres sur les paliers, tachymètre laser sur l'arbre de prise de force. Mode deux plans Balanset-1A.
Exécution 0 : Capteur 1 = 12,4 mm/s à 47°, Capteur 2 = 8,9 mm/s à 213°. Zone D (danger) de la norme ISO 10816-3.
Essais : Poids d'essai de 500 g utilisé dans les deux plans. Réponse nette — variation d'amplitude > 60% aux deux capteurs.
Trial mass note: with Ksupport = 3 and KVibrations = 1 the trial weight formula suggests only ≈ 37 g for this rotor — the formula result is a minimum, and higher Ksupport/KVibrations factors call for heavier weights. The 500 g weight used on this job was well above that minimum; the >60% amplitude response confirmed a valid trial, which is the criterion that actually matters.
Correction : Plan 1 : 340 g soudés à 128°. Plan 2 : 215 g soudés à 276°.
Vérification : Capteur 1 = 0,8 mm/s, Capteur 2 = 0,6 mm/s. Zone ISO A (correcte). Aucun réglage nécessaire.
Équilibrage dynamique à deux plans d'un ventilateur
Les ventilateurs industriels (centrifuges, axiaux et à flux mixte) figurent parmi les rotors les plus fréquemment équilibrés sur site. La procédure ci-dessous décrit un équilibrage réel à deux plans sur un ventilateur radial à l'aide du Balanset-1A.
Détermination des plans et installation des capteurs
Nettoyez les surfaces d'installation des capteurs afin d'éliminer toute trace de saleté et d'huile. Les capteurs doivent s'ajuster parfaitement à la surface métallique du logement de roulement ; ne les montez jamais sur des couvercles, des protections ou des panneaux de tôle non supportés.
- Capteur 1 (rouge) : Installez-le plus près de l'avant du ventilateur (côté plan 1).
- Capteur 2 (vert) : Installez-le plus près de l'arrière du ventilateur (côté Plan 2).
- Plan 1 (zone rouge) : Plan de correction sur le disque de la turbine, plus près de l'avant.
- Plan 2 (zone verte) : Plan de correction plus proche de la plaque arrière ou du moyeu.
Raccordez les deux capteurs de vibrations et le tachymètre laser au Balanset‑1A. Fixez du ruban réfléchissant sur l'arbre ou le moyeu pour la référence du régime moteur.
Processus d'équilibrage
Mettez le ventilateur en marche et effectuez les premières mesures de vibration (Essai 0). Installez une masse d'essai de masse connue sur le plan 1 à un point quelconque, mettez le ventilateur en marche et enregistrez la variation de vibration (Essai 1). Déplacez la masse d'essai sur le plan 2 à un point quelconque, mettez le ventilateur en marche à nouveau et enregistrez la mesure (Essai 2). Le logiciel Balanset-1A utilise ces trois mesures pour calculer la masse et l'angle de correction pour chaque plan.
Mesure d'angle pour les poids de correction du ventilateur
L'angle est mesuré à partir de la position du poids d'essai dans le sens de rotation du ventilateur, exactement comme décrit dans le Mesure de l'angle de correction Voir la section ci-dessus. Marquez l'emplacement du poids d'essai (référence 0°), puis comptez l'angle indiqué dans le sens de rotation pour trouver la position du poids de correction.
En fonction des angles et des masses calculés par le logiciel, installez les masses de correction sur les plans 1 et 2. Relancez le ventilateur et vérifiez que les vibrations ont diminué jusqu'à un niveau acceptable. ISO 21940‑11 (généralement G 6.3 pour les ventilateurs à usage général). Si les vibrations résiduelles restent supérieures à la valeur cible, effectuez une passe de correction.
Questions fréquemment posées
Équipement pour l'équilibrage sur le terrain
Le Balanset-1A Il s'agit d'un instrument portable à deux canaux permettant l'équilibrage dynamique sur un et deux plans, ainsi que l'analyse des vibrations (vitesse globale, spectres, forme d'onde). Il est livré en kit complet :
- 2 capteurs de vibrations MEMS (accéléromètres basés sur l’ADXL335) avec fixations magnétiques
- Tachymètre laser (capteur de régime sans contact) avec ruban réfléchissant
- Unité de mesure USB (se connecte à n'importe quel ordinateur portable Windows)
- Logiciels : assistant d’équilibrage, vibromètre, analyseur de spectre
- Mallette de transport contenant tous les câbles et accessoires
RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.
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