Les bases des vibrations en langage simple

← Balanset-1A Knowledge Base — all chapters

Ce chapitre présente le minimum théorique nécessaire pour travailler avec le Balanset-1A en connaissance de cause, plutôt que d'appuyer sur des boutons au hasard.

Qu'est-ce que la vibration et pourquoi la machine vibre

Tout rotor en rotation (tambour de broyeur, roue de ventilateur, arbre) devrait idéalement avoir son centre de masse exactement sur l'axe de rotation. En réalité, il existe toujours un léger décalage de masse — déséquilibre. Lorsque le rotor tourne, le “point lourd” l'entraîne latéralement à chaque tour, créant une force centrifuge qui fait vibrer la machine à la fréquence de rotation.

Important : le balourd n'est qu'une des causes de la vibration. Une machine vibre également en raison de :

• jeu et usure des roulements,
• désalignement d'arbre (accouplements, courroies),
• fissures et fixations desserrées (boulons, châssis),
• un arbre voilé,
• résonance structurelle,
• forces aérodynamiques et électromagnétiques (ventilateurs, variateurs de fréquence).

L'équilibrage ne supprime que le balourd. Tout le reste doit être réparé, pas équilibré. D'où la règle d'or : l'appareil ne peut pas “équilibrer” une machine défectueuse.

Dans quelle unité la vibration est mesurée

Le Balanset-1A mesure vitesse de vibration — la valeur efficace (RMS) en mm/s. C'est la grandeur standard pour évaluer l'état de la machine dans la plage de fréquence de fonctionnement.

Une échelle d'évaluation rapide et approximative (basée sur ISO 10816/20816, détails dans chapitre 06):

Pour les machines agricoles (broyeurs, faucheuses), les limites sont plus souples : jusqu'à 4,8 mm/s c'est correct, jusqu'à 7,1 mm/s sur supports souples, et compte tenu des conditions de travail “en dessous de 8 mm/s c'est déjà bien”.

Fréquence, vitesse de rotation et harmoniques

Supposons qu'un rotor tourne à 3000 tr/min. Cela fait 50 tours par seconde = 50 Hz. La vibration est décomposée en composantes fréquentielles — le spectre (FFT). Le spectre montre “qui fait vibrer” :

• 1x (fréquence de rotation) — la signature classique du déséquilibre. C'est la composante que l'équilibrage réduit.
• 2x, 3x (2e, 3e harmonique) — plus souvent désalignement de l'arbre, des fixations desserrées, un arbre voilé. Si 2x est supérieur à 1x — il est trop tôt pour équilibrer ; cherchez d'abord un désalignement ou un jeu mécanique.
• Hautes fréquences, “bruit” — défauts de roulement et d'engrenage.
• Basses fréquences non liées à la vitesse de rotation — fondation/fixations desserrées, aérodynamique.
• Multiples de la fréquence secteur (par ex. 6 × 50 Hz = 300 Hz) — interférence électromagnétique provenant d'un variateur de fréquence. Test : coupez le variateur pendant la décélération — si le pic disparaît, c'est électrique, pas mécanique.

Une règle pratique du support technique : si un pic du spectre se déplace proportionnellement quand vous modifiez la vitesse de rotation — c'est une harmonique de rotation ; si il reste fixe — c'est une résonance structurelle ou une source externe.

Ce que cela donne à l'écran :

Phase — “où pointe le point lourd”

Outre l'amplitude, l'appareil mesure phase — l'angle entre l'impulsion du tachymètre (le passage du repère réfléchissant devant le laser) et le maximum de vibration. La phase indique OÙ se situe le balourd. À partir de la variation d'amplitude et de phase après la pose d'une masse d'essai, l'appareil calcule la masse et l'angle de la masse de correction — le méthode du coefficient d'influence.

Conséquences pratiques :

• le repère tachymétrique ne doit pas être recollé entre les mesures — le “zéro” de phase se décale. Le tachymètre lui-même ne doit pas non plus être déplacé ni réorienté ;
• la vitesse de rotation doit être identique dans toutes les mesures d'une même série ;
• la phase doit être stable d'une mesure à l'autre (dispersion maximale d'environ 10 à 20°). Si la phase varie — la mesure n'est pas fiable ; recherchez une cause mécanique ou une résonance.

La résonance — le pire ennemi de l'équilibrage

Toute structure (rotor + supports + châssis) possède des fréquences propres. Si la vitesse de rotation de fonctionnement coïncide avec une fréquence propre, résonance une résonance survient : la vibration s'envole, la phase saute dans tous les sens, les calculs de l'appareil cessent de converger, et “l'appareil réclame sans cesse plus de masse”.

Signes de résonance :

• un léger changement de vitesse de rotation modifie la vibration de plusieurs fois ;
• après la pose de la masse calculée, la vibration augmente au lieu de diminuer ;
• l'amplitude et la phase sont instables alors que les conditions n'ont pas changé.

Que faire : équilibrer à une autre vitesse de rotation — généralement ci-dessous en s'écartant de la résonance. La méthode classique pour les broyeurs : équilibrage grossier à 600–900 tr/min, puis passage à la vitesse de travail. Les versions récentes du logiciel disposent d'une RunDown (coast-down) chart — lancez le rotor, coupez l'entraînement et enregistrez la décélération : les pics révèlent les fréquences de résonance, et vous choisissez la vitesse d'équilibrage entre elles.

Exemple réel : le rotor d'un client ne s'équilibrait pas à 1600 tr/min mais s'équilibrait bien à 1000 tr/min. La cause — une résonance proche de 1600.

Linéarité, et pourquoi on installe la moitié de la masse

Le calcul de l'appareil suppose que le système est linéaire: deux fois plus de masse — deux fois plus de réponse. Sur des machines rigides avec une bonne fondation, cela est proche de la réalité. Mais un broyeur sur un tracteur, une machine sur supports souples, ou une structure présentant du jeu et des fissures se comporte de façon non linéaire: la réponse à une masse n'est souvent pas proportionnelle.

D'où la règle validée par la pratique : installer 1/2 (sur les machines difficiles 1/3) de la masse calculée puis effectuer une mesure de contrôle. L'appareil affinera ensuite le reste. C'est plus rapide que de ressouder une lourde masse qui a “dépassé” la cible.

Balourd statique et dynamique

Statique — le point lourd se trouve d'un seul côté du rotor. Un rotor à l'arrêt sur des supports libres tourne de lui-même pour amener le côté lourd vers le bas. Il se corrige avec une seule masse dans un seul plan.

Dynamique — des points lourds situés à des extrémités et de côtés différents du rotor. Le rotor ne se contente pas de vibrer, il “oscille” en tournant. Des masses dans deux plans sont nécessaires. Impossible à détecter statiquement : le rotor tourné de 90°, les deux masses semblent se contrebalancer, mais en mouvement chaque point lourd tire de son côté.

Un plan ou deux ?

• Un plan — rotors étroits (disques, poulies, roues étroites). Règle empirique ISO 21940-11 : si la largeur du rotor est inférieure à la moitié de son diamètre (rapport ~1:2 ; en pratique le support recommande 1:3) — un seul plan suffit.
• Deux avions — rotors longs (tambours de broyeur, arbres, rotors de moissonneuse, ventilateurs à 3000 tr/min et plus). Le balourd aux deux extrémités du rotor s'influence mutuellement, c'est pourquoi l'appareil mesure simultanément deux voies (capteurs X1 et X2) et calcule les deux masses en même temps.

Classes de qualité d'équilibrage G (ISO 1940 / ISO 21940-11)

Le balourd résiduel est spécifié en g mm selon les classes G :

Plus la vitesse de rotation est élevée et plus le rotor est petit, plus la classe est stricte. Le logiciel Balanset intègre un calculateur de tolérance : entrez la masse du rotor, la vitesse de rotation et la classe G — il renvoie le balourd résiduel admissible en g·mm par plan. Exemple réel : un rotor de 80 kg à 3000 tr/min, G6,3 → tolérance ≈ 802 g·mm par plan.

Ne confondez pas les deux systèmes d'évaluation :

• mm/s (vitesse de vibration) — évaluation de la machine assemblée en place, selon ISO 10816/20816 ;
• g mm (balourd résiduel) — évaluation du rotor lui-même, selon ISO 1940/21940. Les machines à équilibrer travaillent en g·mm ; l'équilibrage sur site s'appuie généralement sur les mm/s.

Mini-glossaire