Comprendre l'excentricité dans les machines rotatives
En dynamique du rotor, excentricité Il s'agit du décalage radial entre le centre de masse d'un rotor (son centre de gravité) et son centre géométrique — le véritable centre de son arbre. Dans un rotor parfaitement équilibré, ces deux centres coïncideraient, mais les imperfections de fabrication et la densité non uniforme du matériau font qu'il subsiste presque toujours une certaine excentricité. Lorsqu'un rotor excentrique tourne, la masse décentrée génère un force centrifuge, et cette force est la cause profonde de déséquilibrer vibration. L'excentricité, en d'autres termes, est le phénomène géométrique à l'origine du défaut le plus courant sur les machines.
1. Définition : qu'est-ce que l'excentricité ?
L'excentricité est une distance — généralement de l'ordre de quelques micromètres — mesurée perpendiculairement à l'axe de rotation, qui sépare le point où la masse est réellement centrée de l'endroit où l'arbre tourne. Comme il s'agit d'une propriété liée à la répartition de la masse plutôt qu'à l'aspect de la surface, l'excentricité réelle de la masse est invisible et ne peut être mesurée à l'aide d'un comparateur à cadran sur un rotor à l'arrêt. Elle ne se révèle que lorsque le rotor tourne et que la masse décalée commence à exercer une force centrifuge vers l'extérieur une fois par tour.
2. Le lien direct entre l'excentricité et le balourd
L'excentricité et le balourd sont les deux faces d'une même médaille. Le balourd est la mesure de l'effet de l'excentricité à une vitesse donnée ; l'excentricité en est la cause physique. L'amplitude du balourd est directement proportionnelle à la masse du rotor et à son excentricité :
Balourd (U) = Masse (M) × Excentricité (e)
Ce produit simple explique pourquoi l'excentricité est si importante. La force centrifuge qu'il génère augmente avec la carré de la vitesse de rotation ; ainsi, même une excentricité de quelques micromètres sur un rotor lourd tournant à grande vitesse peut générer une force considérable, provoquant de graves Vibrations and rapid usure des roulements. Vous pouvez constater à quel point cette force augmente fortement en fonction de la masse, de l'excentricité et de la vitesse à l'aide d'un calculateur de la force centrifuge due au balourd.
3. Types d'excentricité
Il est important de distinguer la véritable excentricité des imperfections géométriques connexes avec lesquelles elle est souvent confondue.
Excentricité de masse
L'excentricité réelle définie ci-dessus — le décalage entre le centre de masse et le centre géométrique. C'est ce qui provoque le balourd et constitue l'objectif de toute procédure d'équilibrage. Elle ne peut pas être mesurée directement à l'aide d'un comparateur à cadran sur un rotor à l'arrêt ; elle n'apparaît qu'en régime, sous la forme d'une force qui se manifeste une fois par tour et dont la direction (l'angle du point lourd) est déterminée à partir de la phase de la vibration 1×.
Excentricité géométrique (faux-rond)
Un écart de la surface du rotor par rapport à un cercle parfait — une mesure du « faux-rond » d'un arbre ou d'un rotor, également appelé faux-rond mécanique. Un tourillon peut être légèrement ovale, ou une poulie usinée de manière à être décentrée par rapport à son arbre. Contrairement à l'excentricité de masse, cela can être mesuré à l'aide d'un comparateur à cadran lors d'une rotation lente. Il ne reflète pas directement un balourd, mais une forme géométrique excentrique y contribue très souvent. Le concept distinct mais étroitement lié de excentricité du rotor décrit ce décalage géométrique dans le contexte des moteurs et de l'entrefer.
Faux-rond électrique
Il ne s'agit pas du tout d'un défaut physique, mais d'un artefact de mesure propre à la mesure sans contact sondes de proximité. Lorsque la perméabilité magnétique ou la conductivité électrique de la surface de l'arbre varie, la sonde renvoie un faux signal qui imite un faux-rond géométrique. Ce bruit doit être caractérisé et soustrait — généralement par compensation de câble et la soustraction du faux-rond à rotation lente — lors des essais de dynamique des rotors, sinon cela simulera un mouvement réel de l'arbre.
4. Causes de l'excentricité
L'excentricité de masse peut provenir de plusieurs sources au niveau du rotor :
- Tolérances de fabrication : Aucun processus d'usinage, de moulage ou d'assemblage n'est parfait ; de petites erreurs sont donc inévitables.
- Densité non uniforme du matériau : Les inclusions, les vides ou la porosité présents dans une pièce moulée ou forgée rendent le matériau non homogène et déplacent le centre de masse.
- Conception asymétrique : Certains composants, comme les vilebrequins, sont intrinsèquement asymétriques.
- Erreurs d'assemblage : Une poulie ou un roulement qui n'est pas parfaitement centré sur l'arbre crée une masse excentrique.
- Distorsion thermique : un réchauffement ou un refroidissement inégal peut déformer un rotor, ce qui modifie temporairement son centre de masse — un arc thermique, souvent qualifié de vecteur thermique, car tant son amplitude que sa direction ont leur importance.
5. Comment l'excentricité est traitée
Étant donné que l'excentricité de la masse est à l'origine du balourd, celle-ci est corrigée par équilibrage. En ajoutant ou en retirant de petites quantités de masse, le technicien crée une force centrifuge opposée qui ramène efficacement l'axe de masse du rotor vers son axe géométrique, réduisant ainsi au minimum la force nette et les vibrations qui en résultent. Sur une machine déjà assemblée, cette opération s'effectue sur place : un analyseur portable à deux canaux tel que le Balanset-1A mesure l'amplitude et la phase de la composante 1× au niveau des paliers de la machine, calcule la valeur poids de correction où et comment les ajouter, et vérifie que balourd résiduel ensuite. Notez que l'équilibrage annule le effet d'excentricité ; cela ne modifie pas la surface géométrique, de sorte qu'un rotor présentant un fort faux-rond géométrique peut être bien équilibré tout en frottant ou en affichant une valeur élevée sur un capteur de proximité.
