Équilibrage de l'arbre de transmission : guide complet

Imaginez que vous conduisez un camion et que vous ressentez soudainement une forte vibration ou un bruit sourd lors de l'accélération ou du changement de vitesse. Plus qu'une simple nuisance, ce phénomène pourrait être le signe d'un arbre de transmission déséquilibré. Pour les ingénieurs et les techniciens, ces vibrations et bruits indiquent une perte d'efficacité, une usure accélérée des composants et des temps d'arrêt potentiellement coûteux s'ils ne sont pas corrigés.

Dans ce guide complet, nous proposons des solutions pratiques aux problèmes d'équilibrage des arbres de transmission. Vous apprendrez ce qu'est un arbre de transmission et pourquoi il doit être équilibré, vous reconnaîtrez les dysfonctionnements courants à l'origine de vibrations ou de bruits, et vous suivrez une procédure claire, étape par étape, pour l'équilibrage dynamique des arbres de transmission. En appliquant ces bonnes pratiques, vous économiserez sur les réparations, réduirez le temps de dépannage et garantirez le bon fonctionnement de votre machine ou de votre véhicule avec un minimum de vibrations.

Table des matières

• 1. Types d'arbres de transmission
• 2. Dysfonctionnements de l'entraînement du joint universel
• 3. Équilibrage de l'arbre de transmission
• 4. Machines modernes d'équilibrage des arbres de transmission
• 5. Préparation de l'équilibrage de l'arbre de transmission
• 6. Procédure d'équilibrage de l'arbre de transmission
• 7. Classes de précision d'équilibrage recommandées pour les rotors rigides

1. Types d'arbres de transmission

Un cardan (arbre de transmission) est un mécanisme qui transmet le couple entre des arbres qui se croisent au centre du cardan et qui peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre selon un certain angle. Dans un véhicule, l'arbre de transmission transmet le couple de la boîte de vitesses (ou boîte de transfert) aux essieux moteurs dans le cas d'une configuration classique ou à transmission intégrale. Pour les véhicules à transmission intégrale, le joint universel relie généralement l'arbre moteur de la boîte de vitesses à l'arbre moteur de la boîte de transfert, et les arbres moteurs de la boîte de transfert aux arbres moteurs des transmissions principales des essieux moteurs.

Les organes montés sur le châssis (comme la boîte de vitesses et la boîte de transfert) peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres grâce à la déformation de leurs supports et du châssis lui-même. Les essieux moteurs, quant à eux, sont fixés au châssis par la suspension et peuvent se déplacer par rapport au châssis et aux organes qui y sont montés grâce à la déformation des éléments élastiques de la suspension. Ce mouvement peut modifier non seulement les angles des arbres de transmission reliant les organes, mais aussi la distance entre eux.

La transmission par cardan présente un inconvénient important : la rotation non uniforme des arbres. Si un arbre tourne uniformément, l'autre ne le fait pas, et ce manque d'uniformité augmente avec l'angle entre les arbres. Cette limitation empêche l'utilisation d'une transmission à joint universel dans de nombreuses applications, telles que la transmission des véhicules à traction avant, où l'enjeu principal est la transmission du couple aux roues tournantes. Cet inconvénient peut être partiellement compensé par l'utilisation de doubles joints universels sur un arbre, qui sont tournés d'un quart de tour l'un par rapport à l'autre. Toutefois, dans les applications nécessitant une rotation uniforme, on utilise généralement des joints homocinétiques (CV). Les joints homocinétiques sont une conception plus avancée, mais aussi plus complexe, qui permet d'atteindre le même objectif.

Les transmissions par cardan peuvent être constituées d'un ou de plusieurs cardans reliés par des arbres de transmission et des supports intermédiaires.

Figure 1. Schéma d'une transmission à cardan : 1, 4, 6 - arbres de transmission ; 2, 5 - joints universels ; 3 - liaison de compensation ; u1, u2 - angles entre les arbres

En général, une transmission par cardan se compose des cardans 2 et 5, des arbres de transmission 1, 4 et 6, et d'une liaison de compensation 3. Parfois, l'arbre de transmission est monté sur un support intermédiaire fixé à la traverse du châssis du véhicule. Les cardans assurent la transmission du couple entre les arbres dont les axes se croisent à angle. On distingue les cardans homocinétiques et homocinétiques. Ces derniers sont ensuite classés en élastiques et rigides. Les cardans homocinétiques peuvent être à rotule avec rainures de séparation, à rotule avec levier de séparation et à came. Ils sont généralement installés dans l'entraînement des roues directrices, où l'angle entre les arbres peut atteindre 45°, et le centre du cardans doit coïncider avec le point d'intersection des axes de rotation de la roue et de son axe de braquage.

Les joints universels élastiques transmettent le couple entre des arbres dont les axes se croisent selon un angle de 2 à 3° grâce à la déformation élastique des éléments de liaison. Un joint homocinétique non uniforme rigide transmet le couple d'un arbre à l'autre grâce à la liaison mobile de pièces rigides. Il est constitué de deux chapes (3 et 5), dans les trous cylindriques desquelles les extrémités A, B, V et G de l'élément de liaison (la croix 4) sont montées sur des roulements. Les chapes sont reliées rigidement aux arbres 1 et 2. La chape 5 peut tourner autour de l'axe BG de la croix et, simultanément, avec la croix, autour de l'axe AV, permettant ainsi la transmission de la rotation d'un arbre à l'autre avec un angle variable.

Figure 2. Schéma d'un joint universel rigide à vitesse non uniforme

Si l'arbre 7 tourne autour de son axe d'un angle α, l'arbre 2 tournera d'un angle β pendant la même période. La relation entre les angles de rotation des arbres 7 et 2 est déterminée par l'expression suivante tanα = tanβ * cosγ, où γ est l'angle de positionnement des axes des arbres. Cette expression indique que l'angle β est parfois inférieur, égal ou supérieur à l'angle α. L'égalité de ces angles se produit tous les 90° de rotation de l'arbre 7. Par conséquent, avec une rotation uniforme de l'arbre 1, la vitesse angulaire de l'arbre 2 est non uniforme et varie selon une loi sinusoïdale. L'irrégularité de la rotation de l'arbre 2 devient d'autant plus importante que l'angle γ entre les axes de l'arbre augmente.

Si la rotation non uniforme de l'arbre 2 est transmise aux arbres des unités, des charges pulsatoires supplémentaires se produiront dans la transmission, augmentant avec l'angle γ. Pour empêcher la rotation non uniforme de l'arbre 2 d'être transmise aux arbres des unités, deux joints universels sont utilisés dans la transmission à cardan. Ils sont installés de manière à ce que les angles γ1 et γ2 soient égaux ; les fourches des joints universels, fixées sur l'arbre 4 à rotation non uniforme, doivent être positionnées dans le même plan.

La conception des principaux composants des transmissions à cardan est illustrée à la figure 3. Un cardan homocinétique est constitué de deux fourches (1) reliées par une croix (3). L'une des fourches est parfois munie d'une bride, tandis que l'autre est soudée au tube de l'arbre de transmission ou possède une extrémité cannelée (6) (ou manchon) pour la connexion à l'arbre de transmission. Les tourillons de la croix sont montés dans les œillets des deux fourches sur des roulements à aiguilles (7). Chaque roulement est logé dans un boîtier (2) et maintenu dans l'œillet de la fourche par un capuchon, fixé à la fourche par deux boulons verrouillés par les languettes de la rondelle. Dans certains cas, les roulements sont fixés dans les fourches par des anneaux élastiques. Pour conserver la lubrification du roulement et le protéger de l'eau et des saletés, un joint auto-serrant en caoutchouc est utilisé. La cavité intérieure de la croix est remplie de graisse par un graisseur, qui atteint les roulements. La croix est généralement équipée d'une soupape de sécurité pour protéger le joint des dommages causés par la pression de la graisse pompée dans la croix. La connexion cannelée (6) est lubrifiée à l'aide du graisseur (5).

Figure 3. Détails d'un joint universel rigide à vitesse non uniforme

L'angle maximal entre les axes des arbres reliés par des joints homocinétiques non uniformes rigides ne dépasse généralement pas 20°, car l'efficacité diminue considérablement à des angles plus grands. Si l'angle entre les axes des arbres varie entre 0 et 2%, les tourillons de la croix sont déformés par les roulements à aiguilles, ce qui entraîne une défaillance rapide du joint homocinétique.

Dans les transmissions des véhicules à chenilles à grande vitesse, on utilise souvent des joints universels avec des types d'accouplement à engrenages, qui permettent la transmission du couple entre des arbres dont les axes se croisent à des angles allant jusqu'à 1,5...2°.

Les arbres de transmission sont généralement fabriqués de manière tubulaire, à l'aide de tubes en acier spécial soudés ou sans soudure. Les culasses des joints universels, des manchons cannelés ou des embouts sont soudés aux tubes. Pour réduire les charges transversales agissant sur l'arbre de transmission, l'équilibrage dynamique est effectué avec les joints universels assemblés. Le déséquilibre est corrigé en soudant des plaques d'équilibrage à l'arbre de transmission ou, parfois, en installant des plaques d'équilibrage sous les chapeaux de palier des joints universels. La position relative des pièces de raccordement cannelées après l'assemblage et l'équilibrage de la transmission à cardan en usine est généralement indiquée à l'aide d'étiquettes spéciales.

La liaison de compensation de la transmission à cardan est généralement réalisée sous la forme d'une liaison cannelée, permettant un mouvement axial des pièces de la transmission à cardan. Elle consiste en une pointe cannelée qui s'insère dans le manchon cannelé de la transmission à cardan. La lubrification est introduite dans le raccord cannelé par l'intermédiaire d'un raccord de graissage ou appliquée lors de l'assemblage et remplacée après une utilisation prolongée du véhicule. Un joint et un couvercle sont généralement installés pour éviter les fuites de graisse et la contamination.

Pour les arbres de transmission longs, des supports intermédiaires sont généralement utilisés dans les transmissions à cardan. Un support intermédiaire se compose généralement d'un support boulonné à la traverse du châssis du véhicule, dans lequel un roulement à billes est monté dans un anneau élastique en caoutchouc. Le roulement est scellé des deux côtés par des capuchons et comporte un dispositif de lubrification. L'anneau élastique en caoutchouc permet de compenser les imprécisions de montage et les défauts d'alignement des roulements qui peuvent se produire en raison des déformations du châssis.

Un joint universel avec roulements à aiguilles (figure 4a) se compose d'étriers, d'une croix, de roulements à aiguilles et de joints. Les coupelles avec les roulements à aiguilles sont montées sur les tourillons de la croix et étanchées avec des joints. Les coupelles sont fixées dans les étriers par des anneaux d'arrêt ou des capuchons fixés par des vis. Les joints universels sont lubrifiés à l'aide d'un raccord de graissage par l'intermédiaire de perçages internes dans la croix. Une soupape de sécurité est utilisée pour éliminer la pression excessive de l'huile dans le joint. Lors de la rotation uniforme de l'arcade motrice, l'arcade entraînée tourne de manière non uniforme : elle avance et recule par rapport à l'arcade motrice deux fois par tour. Pour éliminer la rotation non uniforme et réduire les charges d'inertie, deux joints universels sont utilisés.

Des joints universels homocinétiques sont installés dans l'entraînement des roues motrices avant. L'entraînement des véhicules GAZ-66 et ZIL-131 par cardan homocinétique se compose d'étriers 2, 5 (figure 4b), de quatre billes 7 et d'une bille centrale 8. La fourche motrice 2 est solidaire de l'arbre d'essieu intérieur, tandis que la fourche motrice est forgée avec l'arbre d'essieu extérieur, à l'extrémité duquel est fixé le moyeu de la roue. Le couple moteur de l'étrier 2 à l'étrier 5 est transmis par les billes 7, qui se déplacent le long de rainures circulaires dans les étriers. La bille centrale 8 sert à centrer les culasses et est maintenue en place par les goujons 3, 4. La fréquence de rotation des chapes 2 et 5 est la même en raison de la symétrie du mécanisme par rapport aux chapes. La modification de la longueur de l'arbre est assurée par les connexions cannelées libres des arcades avec l'arbre.

Figure 4. Joints universels : a - joint universel : 1 - capuchon ; 2 - coupelle ; 3 - roulement à aiguilles ; 4 - joint ; 5, 9 - culasses ; 6 - soupape de sécurité ; 7 - croix ; 8 - raccord de graissage ; 10 - vis ; b - joint universel à vitesse constante : 1 - arbre d'essieu intérieur ; 2 - culasse motrice ; 3, 4 - goujons ; 5 - culasse motrice ; 6 - arbre d'essieu extérieur ; 7 - billes ; 8 - bille centrale

2. Dysfonctionnements de l'entraînement du joint universel

Les dysfonctionnements de la transmission par cardan se manifestent généralement par des chocs violents dans les joints universels qui se produisent lorsque le véhicule est en mouvement, en particulier lors des changements de vitesse et des augmentations soudaines de la vitesse du vilebrequin (par exemple, lors de la transition entre le freinage et l'accélération). Un signe de dysfonctionnement du joint universel peut être son échauffement à une température élevée (plus de 100°C). Ce phénomène est dû à une usure importante des bagues et des tourillons du joint universel, des roulements à aiguilles, des croix et des raccords cannelés, ce qui entraîne un désalignement du joint universel et des charges axiales d'impact importantes sur les roulements à aiguilles. L'endommagement des joints en liège de la croix du joint universel entraîne une usure rapide du tourillon et de son roulement.

Lors de l'entretien, l'entraînement du joint universel est vérifié en faisant tourner l'arbre de transmission à la main dans les deux sens. Le degré de rotation libre de l'arbre détermine l'usure des joints universels et des raccords cannelés. Tous les 8 à 10 000 kilomètres, l'état des raccords boulonnés des brides de l'arbre entraîné de la boîte de vitesses et de l'arbre d'entraînement de la transmission principale avec les brides des joints universels d'extrémité et la fixation du support intermédiaire de l'arbre de transmission sont vérifiés. L'état des bottes en caoutchouc des raccords cannelés et des joints en liège de la croix du joint universel est également vérifié. Tous les boulons de fixation doivent être serrés à fond (couple de serrage 8-10 kgf-m).

Les roulements à aiguilles des joints universels sont lubrifiés avec l'huile liquide utilisée pour les unités de transmission ; les raccords cannelés de la plupart des véhicules sont lubrifiés avec des graisses (US-1, US-2, 1-13, etc.) ; l'utilisation de graisse pour lubrifier les roulements à aiguilles est strictement interdite. Dans certains véhicules, les raccords cannelés sont lubrifiés avec de l'huile de transmission. Le roulement de support intermédiaire, monté dans un manchon en caoutchouc, n'a pratiquement pas besoin d'être lubrifié, car il est lubrifié lors du montage en usine. Le roulement de support du véhicule ZIL-130 est lubrifié avec de la graisse à travers un raccord à pression lors de l'entretien régulier (tous les 1100-1700 km).

Figure 5. Entraînement par cardan : 1 - bride de fixation de l'arbre de transmission ; 2 - croix du joint universel ; 3 - étrier du joint universel ; 4 - étrier coulissant ; 5 - tube de l'arbre de transmission ; 6 - roulement à aiguilles avec extrémité fermée.

La transmission par cardan se compose de deux cardans avec roulements à aiguilles, reliés par un arbre creux, et d'un étrier coulissant avec cannelures en développante. Pour assurer une protection fiable contre la saleté et une bonne lubrification de la connexion cannelée, l'arcade mobile (6), reliée à l'arbre secondaire (2) de la boîte de vitesses, est placée dans une extension (1) fixée au carter de la boîte de vitesses. En outre, cet emplacement de la connexion cannelée (en dehors de la zone entre les joints) augmente considérablement la rigidité de la transmission à cardan et réduit la probabilité de vibrations de l'arbre lorsque la connexion cannelée coulissante s'use.

L'arbre de transmission est constitué d'un tube électrosoudé à paroi mince (8), dans lequel deux chapes identiques (9) sont emmanchées à chaque extrémité, puis soudées à l'arc. Les logements de roulements à aiguilles (18) de la croix (25) sont emmanchés à la presse dans les œillets des chapes (9) et fixés par des bagues de retenue à ressort (20). Chaque roulement de cardan contient 22 aiguilles (21). Des capuchons emboutis (24) sont emmanchés à la presse sur les tourillons saillants des croix, dans lesquels sont installées des bagues en liège (23). Les roulements sont lubrifiés à l'aide d'un graisseur angulaire (17) vissé dans un trou fileté au centre de la croix, relié à des canaux traversants dans les tourillons de la croix. De l'autre côté de la croix du joint universel se trouve une soupape de sécurité (16) située en son centre. Elle est conçue pour évacuer l'excès de graisse lors du remplissage de la croix et des roulements, et pour empêcher toute accumulation de pression à l'intérieur de la croix pendant le fonctionnement (la soupape s'active à une pression d'environ 3,5 kg/cm²). La présence d'une soupape de sécurité est nécessaire car une augmentation excessive de la pression à l'intérieur de la croix peut endommager (extrusion) les joints en liège.

Figure 6. Assemblage de l'arbre de transmission : 1 - extension de la boîte de vitesses ; 2 - arbre secondaire de la boîte de vitesses ; 3 et 5 - déflecteurs de saleté ; 4 - joints en caoutchouc ; 6 - étrier coulissant ; 7 - plaque d'équilibrage ; 8 - tube de l'arbre de transmission ; 9 - étrier ; 10 - étrier à bride ; 11 - boulon ; 12 - bride du pignon d'entraînement de l'essieu arrière ; 13 - rondelle élastique ; 14 - écrou ; 15 - essieu arrière ; 16 - soupape de sécurité ; 17 - raccord de graissage angulaire ; 18 - roulement à aiguilles ; 19 - anneau de l'arcade ; 20 - anneau de retenue du ressort ; 21 - aiguille ; 22 - rondelle avec extrémité torique ; 23 - anneau de liège ; 24 - capuchon estampé ; 25 - croix

L'arbre de transmission, assemblé avec les deux cardans, est soigneusement équilibré dynamiquement à ses deux extrémités par soudage de plaques d'équilibrage (7) sur le tube. Par conséquent, lors du démontage de l'arbre, toutes ses pièces doivent être soigneusement marquées afin de pouvoir les remonter à leur position d'origine. Le non-respect de cette consigne perturbe l'équilibre de l'arbre et provoque des vibrations susceptibles d'endommager la transmission et la carrosserie du véhicule. Si des pièces individuelles s'usent, notamment si le tube se plie sous l'effet d'un choc, rendant impossible l'équilibrage dynamique de l'arbre après le montage, il est nécessaire de remplacer l'arbre complet.

Dysfonctionnements possibles de l'arbre de transmission, leurs causes et leurs solutions

Cause du dysfonctionnement	Solution
Vibrations de l'arbre de transmission
1. Flexion de l'arbre due à un obstacle	1. Redresser et équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé ou remplacer l'arbre assemblé
2. Usure des roulements et des croix	2. Remplacer les roulements et les croix et équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé.
3. Usure des bagues d'extension et de l'étrier coulissant	3. Remettre en place l'extension et l'étrier coulissant et équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé.
Cliquetis au démarrage et en roue libre
1. Usure des cannelures de l'arcade coulissante ou de l'arbre du réducteur secondaire	1. Remplacer les pièces usées. Lors du remplacement de l'étrier coulissant, équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé.
2. Desserrer les boulons qui fixent l'étrier à la bride du pignon d'entraînement de l'essieu arrière.	2. Serrer les boulons
Projection d'huile des joints de cardan
Usure des anneaux de liège dans les joints de joints universels	Remplacer les anneaux de liège en maintenant la position relative de toutes les pièces de l'arbre de transmission pendant le remontage. En cas d'usure des croisillons et des paliers, remplacer les paliers et les croisillons et équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé.

3. Équilibrage de l'arbre de transmission

Après avoir été réparé et assemblé, l'arbre de transmission est équilibré dynamiquement sur une machine. Un modèle de machine d'équilibrage est illustré à la figure 7. La machine se compose d'une plaque (18), d'un cadre pendulaire (8) monté sur quatre tiges élastiques verticales (3), assurant son oscillation dans le plan horizontal. Un support et une poupée avant (9), fixés sur un support (4), sont montés sur les tubes longitudinaux du cadre pendulaire (8). La poupée arrière (6) est montée sur une traverse mobile (5), permettant l'équilibrage dynamique d'arbres de transmission de différentes longueurs. Les broches des poupées sont montées sur des roulements à billes de précision. La broche de la poupée avant (9) est entraînée par un moteur électrique installé dans la base de la machine, par l'intermédiaire d'une courroie trapézoïdale et d'un arbre intermédiaire, sur lequel est montée une branche (10) (disque gradué). En outre, deux béquilles (15) avec des goupilles de verrouillage rétractables (17) sont installées sur le plateau de la machine (18), assurant la fixation des extrémités avant et arrière du cadre du pendule en fonction de l'équilibrage de l'extrémité avant ou arrière de l'arbre d'entraînement.

Figure 7. Machine d'équilibrage dynamique pour arbres de transmission

1-pince ; 2-amortisseurs ; 3-tige élastique ; 4-étrier ; 5-traverse mobile ; 6-pointe arrière ; 7-barre transversale ; 8-bâti pendulaire ; 9-pointe motrice avant ; 10-disque de bras ; 11-millivoltmètre ; 12-bras de l'arbre collecteur-rectificateur ; 13-capteur magnéto-électrique ; 14-standard fixe ; 15-standard fixateur ; 16-support ; 17-fixateur ; 18-plaque d'appui

Les supports fixes (14) sont montés à l'arrière de la plaque de la machine et des capteurs magnétoélectriques (13) y sont installés, avec des tiges reliées aux extrémités du cadre du pendule. Pour éviter les vibrations de résonance du cadre, des amortisseurs (2) remplis d'huile sont installés sous les supports (4).

Lors de l'équilibrage dynamique, l'arbre de transmission et son étrier coulissant sont installés et fixés sur la machine. Une extrémité de l'arbre de transmission est reliée par une bride-étrier à la bride de la poupée d'entraînement avant, et l'autre extrémité par le col de support de l'étrier coulissant au manchon cannelé de la poupée arrière. La facilité de rotation de l'arbre de transmission est ensuite vérifiée et une extrémité du cadre pendulaire de la machine est fixée à l'aide du fixateur. Après le démarrage de la machine, la branche du redresseur est tournée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, amenant l'aiguille du millivoltmètre à sa valeur maximale. La valeur du millivoltmètre correspond à l'amplitude du déséquilibre. L'échelle du millivoltmètre est graduée en grammes-centimètres ou en grammes de contrepoids. En continuant de tourner la branche du redresseur dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, la valeur du millivoltmètre est ramenée à zéro et la machine est arrêtée. À partir de cette valeur, le déplacement angulaire (angle de déséquilibre) est déterminé et, par rotation manuelle de l'arbre de transmission, cette valeur est réglée sur la branche de l'arbre intermédiaire. La soudure de la plaque d'équilibrage se situera sur le dessus de l'arbre de transmission, et la partie lestée en dessous, dans le plan de correction. La plaque d'équilibrage est ensuite fixée et nouée avec un fil fin à une distance de 10 mm de la soudure. La machine est démarrée et l'équilibrage de l'extrémité de l'arbre de transmission avec la plaque est vérifié. Le déséquilibre ne doit pas dépasser 70 g/cm. Ensuite, en libérant une extrémité et en fixant l'autre extrémité du cadre du pendule avec le support de fixation, l'équilibrage dynamique de l'autre extrémité de l'arbre de transmission est réalisé selon la séquence technologique décrite ci-dessus.

Les arbres de transmission présentent certaines caractéristiques d'équilibrage. Pour la plupart des pièces, la base de l'équilibrage dynamique est constituée par les cols de support (par exemple, les rotors des moteurs électriques, les turbines, les broches, les vilebrequins, etc. ), mais pour les arbres de transmission, ce sont les brides. Lors de l'assemblage, il y a inévitablement des écarts entre les différentes connexions, ce qui entraîne un déséquilibre. Si le déséquilibre minimal ne peut être atteint lors de l'équilibrage, l'arbre est rejeté. La précision de l'équilibrage est influencée par les facteurs suivants :

• Espace dans la connexion entre la courroie d'atterrissage de la bride de l'arbre de transmission et le trou intérieur de la bride de serrage des poupées de support gauche et droite ;
• Faux-rond radial et d'extrémité des surfaces de base de la bride ;
• Espaces dans les articulations et les assemblages cannelés. La présence de graisse dans la cavité de l'assemblage cannelé peut entraîner un déséquilibre « flottant ». Si cela empêche d'atteindre la précision d'équilibrage requise, l'arbre de transmission est équilibré sans graisse.

Certains déséquilibres peuvent être totalement impossibles à corriger. Si l'on observe un frottement accru dans les joints universels de l'arbre de transmission, l'influence mutuelle des plans de correction augmente. Cela entraîne une diminution des performances et de la précision de l'équilibrage.

Français Selon OST 37.001.053-74, les normes de déséquilibre suivantes sont établies : les arbres de transmission à deux articulations (deux supports) sont équilibrés dynamiquement, et à trois (trois supports) - assemblés avec le support intermédiaire ; les brides (étriers) des arbres de transmission et des accouplements pesant plus de 5 kg sont équilibrées statiquement avant l'assemblage de l'arbre ou de l'accouplement ; les normes de déséquilibre résiduel pour les arbres de transmission à chaque extrémité ou au support intermédiaire des arbres de transmission à trois articulations sont évaluées par déséquilibre spécifique ;

Le déséquilibre résiduel maximal admissible à chaque extrémité de l'arbre ou au niveau du support intermédiaire, ainsi que pour les arbres de transmission à trois articulations, quelle que soit leur position sur le support d'équilibrage, ne doit pas dépasser : 6 g/cm³/kg pour les transmissions de voitures particulières, de camions légers (jusqu'à 1 t) et de très petits autobus ; 10 g/cm³/kg pour les autres. Le déséquilibre résiduel maximal admissible de l'arbre de transmission ou de l'arbre de transmission à trois articulations doit être assuré sur le support d'équilibrage à une fréquence de rotation correspondant à leurs fréquences dans la transmission à la vitesse maximale du véhicule.

Pour les arbres de transmission et les arbres de transmission à trois articulations des camions d'une capacité de charge de 4 t et plus, des petits et grands autobus, une réduction de la fréquence de rotation des arbres de transmission sur le banc d'équilibrage à 70% à la vitesse maximale du véhicule est autorisée. Conformément à la norme OST 37.001.053-74, la fréquence de rotation des arbres de transmission pour l'équilibrage doit être égale à :

n_b = (0,7 ... 1,0) n_r,

où n_b – fréquence de rotation d'équilibrage (doit correspondre aux principales données techniques du support, n=3000 min^-1; n_r – fréquence de rotation de travail maximale, min^-1.

Dans la pratique, en raison de l'écart entre les joints et les raccords cannelés, l'arbre de transmission ne peut pas être équilibré à la fréquence de rotation recommandée. Dans ce cas, une autre fréquence de rotation est choisie, à laquelle il s'équilibre.

4. Machines modernes d'équilibrage des arbres de transmission

Figure 8. Machine à équilibrer pour arbres de transmission d'une longueur maximale de 2 mètres et d'un poids maximal de 500 kg

Le modèle a 2 pieds et permet l'équilibrage dans 2 plans de correction.

Machine à équilibrer pour arbres de transmission d'une longueur maximale de 4200 mm et d'un poids maximal de 400 kg

Figure 9. Machine à équilibrer pour arbres de transmission d'une longueur maximale de 4 200 mm et d'un poids maximal de 400 kg

Le modèle dispose de 4 supports et permet l'équilibrage dans 4 plans de correction simultanément.

Figure 10. Machine horizontale à équilibrer les roulements durs pour l'équilibrage dynamique des arbres de transmission

1 - Elément d'équilibrage (arbre de transmission) ; 2 - Base de la machine ; 3 - Supports de la machine ; 4 - Entraînement de la machine ; Les éléments structurels des supports de la machine sont illustrés à la figure 9.

Figure 11. Éléments de support de la machine pour l'équilibrage dynamique des arbres de transmission

1 - Support gauche non réglable ; 2 - Support intermédiaire réglable (2 pièces) ; 3 - Support droit fixe non réglable ; 4 - Poignée de verrouillage du cadre de support ; 5 - Plate-forme de support mobile ; 6 - Écrou de réglage vertical du support ; 7 - Poignées de verrouillage de la position verticale ; 8 - Support de serrage du support ; 9 - Pince mobile à palier intermédiaire ; 10 - Poignée de verrouillage de la pince ; 11 - Verrouillage du support de serrage ; 12 - Broche d'entraînement pour l'installation de l'article ; 13 - Broche d'entraînement

5. Préparation de l'équilibrage de l'arbre de transmission

Nous examinerons ci-dessous la mise en place des supports de la machine et l'installation de l'élément d'équilibrage (arbre de transmission à quatre supports) sur les supports de la machine.

Figure 12. Installation des brides de transition sur les broches de la machine à équilibrer

Figure 13. Installation de l'arbre de transmission sur les supports de la machine à équilibrer

Figure 14. Mise à niveau horizontale de l'arbre de transmission sur les supports de l'équilibreuse à l'aide d'un niveau à bulle

Figure 15. Fixation des supports intermédiaires de la machine à équilibrer pour empêcher le déplacement vertical de l'arbre de transmission

Faites tourner l'article manuellement d'un tour complet. Assurez-vous qu'il tourne librement et qu'il ne se bloque pas sur les supports. Ensuite, la partie mécanique de la machine est mise en place et l'installation de l'article est terminée.

6. Procédure d'équilibrage de l'arbre de transmission

Le processus d'équilibrage de l'arbre de transmission sur la machine à équilibrer sera examiné en utilisant le système de mesure Balanset-4 comme exemple. Le Balanset-4 est un kit d'équilibrage portable conçu pour l'équilibrage dans un, deux, trois et quatre plans de correction des rotors, qu'ils tournent sur leurs propres roulements ou qu'ils soient montés sur une machine à équilibrer. L'appareil comprend jusqu'à quatre capteurs de vibrations, un capteur d'angle de phase, une unité de mesure à quatre canaux et un ordinateur portable.

L'ensemble du processus d'équilibrage, y compris la mesure, le traitement et l'affichage des informations sur l'ampleur et l'emplacement des poids correctifs, est effectué automatiquement et ne nécessite pas de compétences ou de connaissances supplémentaires de la part de l'utilisateur, au-delà des instructions fournies. Les résultats de toutes les opérations d'équilibrage sont enregistrés dans les archives d'équilibrage et peuvent être imprimés sous forme de rapports si nécessaire. Outre l'équilibrage, le Balanset-4 peut également être utilisé comme un vibro-tachomètre classique, permettant de mesurer sur quatre canaux la valeur quadratique moyenne (RMS) de la vibration totale, la valeur RMS de la composante rotative de la vibration et le contrôle de la fréquence de rotation du rotor.

En outre, l'appareil permet d'afficher des graphiques de la fonction temporelle et du spectre de vibration par vitesse de vibration, ce qui peut être utile pour évaluer l'état technique de la machine équilibrée.

Figure 16. Vue extérieure du dispositif Balanset-4 utilisé comme système de mesure et de calcul de la machine à équilibrer les arbres de transmission

Figure 17. Exemple d'utilisation du Balanset-4 comme système de mesure et de calcul de la machine à équilibrer les arbres de transmission

Figure 18. Interface utilisateur de l'appareil Balanset-4

Le dispositif Balanset-4 peut être équipé de deux types de capteurs : des accéléromètres de vibration pour mesurer les vibrations (accélération vibratoire) et des capteurs de force. Les capteurs de vibration sont utilisés sur les machines d'équilibrage post-résonance, tandis que les capteurs de force sont utilisés sur les machines pré-résonance.

Figure 19. Installation des capteurs de vibrations Balanset-4 sur les supports de la machine à équilibrer

L'orientation de l'axe de sensibilité des capteurs doit correspondre à la direction du déplacement vibratoire du support, dans ce cas, horizontale. Pour plus d'informations sur l'installation des capteurs, voir ÉQUILIBRAGE DES ROTORS EN CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT. L'installation des capteurs de force dépend des caractéristiques de conception de la machine.

1. Installer les capteurs de vibrations 1, 2, 3, 4 sur les supports de la machine à équilibrer.
2. Connecter les capteurs de vibrations aux connecteurs X1, X2, X3, X4.
3. Installer le capteur d'angle de phase (tachymètre laser) 5 de manière à ce que l'écart nominal entre la surface radiale (ou d'extrémité) du rotor équilibré et le boîtier du capteur soit compris entre 10 et 300 mm.
4. Fixez une marque de ruban réfléchissant d'une largeur d'au moins 10 à 15 mm sur la surface du rotor.
5. Connecter le capteur d'angle de phase au connecteur X5.
6. Connectez l'appareil de mesure au port USB de l'ordinateur.
7. Lorsque vous utilisez l'alimentation secteur, connectez l'ordinateur au bloc d'alimentation.
8. Branchez le bloc d'alimentation sur un réseau 220 V, 50 Hz.
9. Allumez l'ordinateur et sélectionnez le programme "BalCom-4".
10. La touche "F12-four-plane" (ou la touche de fonction F12 du clavier de l'ordinateur) permet de sélectionner le mode de mesure simultanée des vibrations dans quatre plans à l'aide des capteurs de vibrations 1, 2, 3, 4, connectés respectivement aux entrées X1, X2, X3, et X4 de l'unité de mesure.
11. Un schéma mnémotechnique illustrant le processus de mesure simultanée des vibrations sur quatre canaux de mesure (ou le processus d'équilibrage sur quatre plans) apparaît sur l'écran de l'ordinateur, comme le montre la figure 16.

Avant de procéder à l'équilibrage, il est recommandé de prendre des mesures en mode vibromètre (touche F5).

Figure 20. Mesures en mode vibromètre

Si l'amplitude totale des vibrations V1s (V2s) correspond approximativement à l'amplitude de la composante rotationnelle V1o (V2o), on peut supposer que la principale contribution aux vibrations du mécanisme est due au déséquilibre du rotor. Si l'amplitude totale des vibrations V1s (V2s) dépasse largement l'amplitude de la composante rotationnelle V1o (V2o), il est recommandé d'inspecter le mécanisme : vérifier l'état des roulements, assurer une fixation solide sur les fondations, vérifier que le rotor n'entre pas en contact avec des pièces fixes pendant la rotation et prendre en compte l'influence des vibrations d'autres mécanismes, etc.

L'étude des graphiques de fonction temporelle et des spectres de vibration obtenus dans le mode « Graphiques-Analyse Spectrale » peut être utile ici.

Figure 21. Graphiques de la fonction temporelle et du spectre des vibrations

Le graphique indique les fréquences auxquelles les niveaux de vibration sont les plus élevés. Si ces fréquences diffèrent de la fréquence de rotation du rotor du mécanisme équilibré, il est nécessaire d'identifier les sources de ces vibrations et de prendre des mesures pour les éliminer avant l'équilibrage.

Il est également important de veiller à la stabilité des relevés en mode vibromètre - l'amplitude et la phase de la vibration ne doivent pas varier de plus de 10-15% pendant la mesure. Dans le cas contraire, le mécanisme pourrait fonctionner à proximité d'une zone de résonance. Dans ce cas, la vitesse du rotor doit être ajustée.

Lors de l'équilibrage sur quatre plans en mode « Primaire », cinq cycles d'étalonnage et au moins un cycle de vérification de la machine équilibrée sont nécessaires. La mesure des vibrations lors du premier cycle sans masse d'essai est effectuée dans l'espace de travail « Équilibrage sur quatre plans ». Les cycles suivants sont effectués avec une masse d'essai, installée successivement sur l'arbre de transmission dans chaque plan de correction (au niveau de chaque support de la machine d'équilibrage).

Avant chaque exécution ultérieure, les mesures suivantes doivent être prises :

• Arrêter la rotation du rotor de la machine équilibrée.
• Retirer le poids d'essai précédemment installé.
• Installer le poids d'essai dans l'avion suivant.

Figure 23. Espace de travail de l'équilibrage à quatre plans

Après avoir terminé chaque mesure, les résultats de la fréquence de rotation du rotor (N_ob), ainsi que les valeurs efficaces (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) et les phases (F₁, F₂, F₃, F₄) de la vibration à la fréquence de rotation du rotor équilibré sont enregistrées dans les champs correspondants de la fenêtre du programme. Après la cinquième exécution (poids dans le plan 4), l'espace de travail « Poids d'équilibrage » (voir figure 24) apparaît, affichant les valeurs calculées des masses (M).₁, M₂, M₃, M₄) et les angles d'installation (f₁, f₂, f₃, f₄) des poids correcteurs qui doivent être installés sur le rotor dans quatre plans pour compenser son déséquilibre.

Figure 24. Espace de travail avec les paramètres calculés des poids correcteurs dans quatre plans

Attention ! Après avoir terminé la mesure lors du cinquième passage de la machine équilibrée, il est nécessaire d'arrêter la rotation du rotor et de retirer la masse d'essai précédemment installée. Ce n'est qu'après cela que l'on peut procéder à l'installation (ou au retrait) des masses correctives sur le rotor.

La position angulaire d'ajout (ou de retrait) de la masse corrective sur le rotor, dans le système de coordonnées polaires, est mesurée à partir de l'emplacement de la masse d'essai. Le sens de mesure de l'angle coïncide avec le sens de rotation du rotor. En cas d'équilibrage par pales, la pale du rotor équilibré, considérée conditionnellement comme la première pale, coïncide avec l'emplacement de la masse d'essai. Le sens de numérotation des pales indiqué sur l'écran de l'ordinateur suit le sens de rotation du rotor.

Dans cette version du programme, le poids correcteur est ajouté au rotor par défaut. Ceci est indiqué par le repère dans le champ « Ajouter ». Si une correction du déséquilibre par retrait du poids (par exemple, par perçage) est nécessaire, cochez le repère dans le champ « Supprimer » à l'aide de la souris ; la position angulaire du poids correcteur sera alors automatiquement modifiée de 180 degrés.

Après avoir installé les masses correctives sur le rotor équilibré, appuyez sur la touche « Quitter – F10 » (ou sur la touche de fonction F10 du clavier) pour revenir à l'espace de travail précédent « Équilibrage sur quatre plans » et vérifier l'efficacité de l'équilibrage. Une fois la vérification terminée, les résultats de la fréquence de rotation du rotor (N) s'affichent._ob) et les valeurs efficaces (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) et les phases (F₁, F₂, F₃, F₄) des vibrations à la fréquence de rotation du rotor équilibré sont enregistrées. Simultanément, l'espace de travail « Masselottes d'équilibrage » (voir Figure 21) apparaît au-dessus de l'espace de travail « Équilibrage sur quatre plans », affichant les paramètres calculés des masselottes correctives supplémentaires à installer (ou à retirer) sur le rotor pour compenser son déséquilibre résiduel. De plus, cet espace de travail affiche les valeurs du déséquilibre résiduel obtenues après l'équilibrage. Si les valeurs de vibration résiduelle et/ou de déséquilibre résiduel du rotor équilibré respectent les exigences de tolérance spécifiées dans la documentation technique, l'équilibrage peut être terminé. Dans le cas contraire, il peut être poursuivi. Cette méthode permet de corriger les erreurs éventuelles par approximations successives pouvant survenir lors de l'installation (retrait) de la masselotte corrective sur le rotor équilibré.

Si le processus d'équilibrage se poursuit, des poids correctifs supplémentaires doivent être installés (ou retirés) sur le rotor équilibré selon les paramètres spécifiés dans l'espace de travail « Poids d'équilibrage ».

Le bouton « Coefficients – F8 » (ou la touche de fonction F8 du clavier de l'ordinateur) permet de visualiser et d'enregistrer dans la mémoire de l'ordinateur les coefficients d'équilibrage du rotor (coefficients d'influence dynamique) calculés à partir des résultats des cinq cycles d'étalonnage.

7. Classes de précision d'équilibrage recommandées pour les rotors rigides

Tableau 2. Classes de précision d'équilibrage recommandées pour les rotors rigides.

Classes de précision d'équilibrage recommandées pour les rotors rigides

Types de machines (rotors)	Classe de précision de l'équilibrage	Valeur eper Ω mm/s
Vilebrequins d'entraînement (structurellement déséquilibrés) pour grands moteurs diesel marins à faible vitesse (vitesse du piston inférieure à 9 m/s)	G 4000	4000
Vilebrequins d'entraînement (structurellement équilibrés) pour grands moteurs diesel marins à faible vitesse (vitesse du piston inférieure à 9 m/s)	G 1600	1600
Vilebrequins d'entraînement (structurellement déséquilibrés) sur isolateurs de vibrations	G 630	630
Vilebrequins d'entraînement (structurellement déséquilibrés) sur des supports rigides	G 250	250
Moteurs à piston assemblés pour voitures particulières, camions et locomotives	G 100	100
Pièces automobiles : roues, jantes, essieux, transmissions
Vilebrequins d'entraînement (structurellement équilibrés) sur isolateurs de vibrations	G 40	40
Machines agricoles	G 16	16
Vilebrequins d'entraînement (équilibrés) sur supports rigides
Concasseurs
Arbres de transmission (arbres de transmission, arbres à vis)
Turbines à gaz pour avions	G 6.3	6.3
Centrifugeuses (séparateurs, décanteurs)
Moteurs électriques et générateurs (avec une hauteur d'arbre d'au moins 80 mm) avec une vitesse de rotation nominale maximale de 950 min-1
Moteurs électriques dont la hauteur d'arbre est inférieure à 80 mm
Les fans
Entraînements par engrenages
Machines à usage général
Machines de découpe des métaux
Machines à papier
Pompes
Turbocompresseurs
Turbines hydrauliques
Compresseurs
Entraînements commandés par ordinateur	G 2.5	2.5
Moteurs électriques et générateurs (avec une hauteur d'arbre d'au moins 80 mm) avec une vitesse de rotation nominale maximale supérieure à 950 min-1
Turbines à gaz et à vapeur
Entraînements de machines à découper le métal
Machines textiles
Conducteurs d'équipements audio et vidéo	G 1	1
Entraînements de machines à rectifier
Broches et entraînements d'équipements de haute précision	G 0.4	0.4

Questions fréquemment posées sur l'équilibrage des arbres de transmission

Qu'est-ce que l'équilibrage de l'arbre de transmission ?

L'équilibrage de l'arbre de transmission consiste à corriger tout déséquilibre de masse afin qu'il tourne en douceur et sans vibrations. Cela consiste à mesurer les points les plus lourds de l'arbre, puis à ajouter ou retirer de petites masses (par exemple, en soudant des masses d'équilibrage) pour compenser ce déséquilibre. Un arbre de transmission équilibré fonctionne de manière uniforme, ce qui évite les vibrations excessives et l'usure des composants du véhicule.

Pourquoi l’équilibrage de l’arbre de transmission est-il important ?

Un arbre de transmission déséquilibré peut entraîner de fortes vibrations, notamment à certaines vitesses, et provoquer des bruits sourds lors des accélérations ou des changements de vitesse. À terme, ces vibrations peuvent endommager les roulements, les joints universels et d'autres composants de la transmission. L'équilibrage de l'arbre de transmission élimine ces vibrations, garantissant une conduite plus souple, réduisant les contraintes sur les pièces et évitant des dommages ou des temps d'immobilisation coûteux.

Quels sont les symptômes courants d’un arbre de transmission déséquilibré ?

Les symptômes typiques d'un arbre de transmission déséquilibré ou défectueux comprennent des vibrations ou des secousses perceptibles au niveau du plancher ou du siège du véhicule, notamment à vitesse accrue. Vous pouvez également entendre des cognements ou des cliquetis lors des changements de vitesse ou des accélérations et décélérations. Dans certains cas, le joint universel peut surchauffer en raison d'un déséquilibre. Si vous observez ces signes, il est probable que l'arbre de transmission ait besoin d'être équilibré ou réparé.

Comment équilibrer un arbre de transmission ?

L'équilibrage de l'arbre de transmission est généralement réalisé à l'aide d'une équilibreuse spécialisée. L'arbre de transmission est monté et mis en rotation à grande vitesse, tandis que des capteurs détectent tout déséquilibre. Un technicien fixe ensuite de légers poids sur l'arbre de transmission (ou retire de la matière) à des emplacements précis, en fonction des relevés de la machine. Ce processus est répété jusqu'à ce que l'arbre de transmission tourne sans vibrations significatives. Des systèmes modernes comme le Balanset-4 peuvent guider ce processus et calculer précisément où et combien de poids ajouter pour un équilibrage précis.

Conclusion

En conclusion, un équilibrage correct de l’arbre de transmission est essentiel pour la sécurité, les performances et les économies de coûts. En détectant et en corrigeant les déséquilibres, vous prévenez l'usure inutile des pièces, évitez les pannes et maintenez les performances optimales de votre machine. Les systèmes d'équilibrage modernes, comme nos appareils Balanset-1 et Balanset-4, optimisent le processus et permettent même aux petits ateliers d'obtenir des résultats professionnels.

Si vous rencontrez des vibrations persistantes au niveau de votre arbre de transmission ou avez besoin d'une solution d'équilibrage fiable, n'hésitez pas à agir. Suivez les étapes décrites dans ce guide ou consultez nos experts pour obtenir de l'aide. Avec la bonne approche et le bon équipement, vous pouvez garantir le bon fonctionnement et la fiabilité de votre arbre de transmission pendant de nombreuses années. Contactez nous pour en savoir plus ou pour explorer le meilleur équipement d'équilibrage d'arbre de transmission pour vos besoins.