Qu’est-ce que la vibration forcée ? Réponse à une excitation externe • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l’équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors Qu’est-ce que la vibration forcée ? Réponse à une excitation externe • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l’équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors

Qu’est-ce qu’une vibration forcée ? Réponse à une excitation externe

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Comprendre les vibrations forcées

Définition : Qu'est-ce qu'une vibration forcée ?

Vibrations forcées Il s'agit d'un mouvement oscillatoire provoqué par une force périodique externe appliquée à un système mécanique. La vibration se produit à la fréquence de la force appliquée (fréquence d'excitation), et son amplitude est proportionnelle à l'intensité de la force d'excitation et inversement proportionnelle à la résistance du système au mouvement à cette fréquence. vibration Dans les machines tournantes, on observe des vibrations forcées, dont les sources de forçage courantes incluent : déséquilibrer (force centrifuge de rotation), désalignement (forces de couplage) et pulsations aérodynamiques/hydrauliques.

La vibration forcée est fondamentalement différente de vibration auto-excitée (où le système génère sa propre oscillation entretenue) et les vibrations libres (réponse transitoire après une impulsion). La compréhension des principes des vibrations forcées est essentielle car elle explique comment l'amplitude des vibrations est liée à la gravité du défaut et comment les vibrations peuvent être contrôlées en réduisant la force d'excitation ou en modifiant la réponse du système.

Caractéristiques des vibrations forcées

Correspondance de fréquence

  • La fréquence de vibration est égale à la fréquence d'excitation
  • Si l'excitation est appliquée à 30 Hz, la vibration est de 30 Hz.
  • Contrairement aux vibrations auto-entretenues qui se produisent à la fréquence naturelle
  • Fréquence prévisible en fonction de la source de forçage

Proportionnalité de l'amplitude

  • Amplitude de vibration proportionnelle à la grandeur de la force
  • Doubler la force → doubler la vibration (système linéaire)
  • Supprimer la force → arrêts de vibration
  • Contrôlable par réduction de la force

Relation de phase

  • Précis phase relation entre la force et la réponse
  • La phase dépend de la fréquence par rapport à la fréquence naturelle.
  • En dessous de la résonance : vibration en phase avec la force
  • À la résonance : déphasage de 90°
  • Au-dessus de la résonance : déphasage de 180°

Stabilité

  • Le système est stable — les vibrations sont limitées.
  • Ne pousse pas sans limites
  • Amplitude limitée par la force appliquée et la réponse du système
  • Contrastes avec les vibrations auto-excitées instables

Fonctions de forçage courantes dans les machines

1. Déséquilibre (1× Forçage)

  • Forcer: Force centrifuge de rotation due à l'excentricité de la masse
  • Fréquence: Une fois par tour (1× vitesse de l'arbre)
  • Ampleur: F = m × r × ω² (proportionnel au carré de la vitesse)
  • Le plus courant : Principale source de vibrations dans la plupart des équipements rotatifs

2. Désalignement (2× Forçage)

  • Forcer: Forces de couplage dues au décalage angulaire/parallèle
  • Fréquence: Deux fois par tour (2× vitesse de l'arbre)
  • Caractéristiques: Composante axiale élevée

3. Aérodynamique/Hydraulique (Passage de pale/aube)

  • Forcer: Pulsations de pression dues à l'interaction pale-stator
  • Fréquence: Nombre de lames × vitesse de rotation de l'arbre
  • Exemples : Ventilateurs, pompes, compresseurs

4. Forces d'engrènement

  • Forcer: L'engagement dentaire crée une charge périodique
  • Fréquence: Nombre de dents × vitesse de rotation de l'arbre
  • Ampleur: Lié au couple transmis et à la qualité des dents

5. Forces électromagnétiques

  • Forcer: Pulsations du champ magnétique dans les moteurs/générateurs
  • Fréquence: 2× fréquence de ligne (120/100 Hz)
  • Indépendant: De la vitesse mécanique (forcement asynchrone)

Réponse à la contrainte : Comportement du système

En dessous de la fréquence naturelle (rigidité contrôlée)

  • Amplitude de vibration ≈ Force / Rigidité
  • Réponse en phase avec la force
  • L'amplitude augmente avec la vitesse pour les forces dépendant de la vitesse.
  • Zone de fonctionnement typique pour la plupart des rotors rigides

À la fréquence naturelle (résonance)

  • Amplitude de vibration ≈ Force / (Amortissement × Fréquence naturelle)
  • Amplitude amplifiée par le facteur Q (généralement 10 à 50×)
  • déphasage de 90°
  • De petites forces créent de grandes vibrations
  • L'amortissement est le seul facteur limitant

Au-dessus de la fréquence naturelle (à masse contrôlée)

  • Amplitude de vibration ≈ Force / (Masse × Fréquence²)
  • Déphasage de 180° (vibration opposée à la direction de la force)
  • L'amplitude diminue lorsque la fréquence augmente.
  • Zone de fonctionnement des rotors flexibles au-dessus des vitesses critiques

Vibrations forcées par rapport aux autres types

Vibrations forcées vs. vibrations libres

  • Forcé: Forçage continu, vibration soutenue, à la fréquence de forçage
  • Gratuit: Réponse impulsionnelle, amortissement des vibrations, à la fréquence naturelle
  • Exemple: Le test de vibration par à-coups produit des vibrations libres ; la machine en marche produit des vibrations forcées.

Vibration forcée vs. vibration auto-excitée

  • Forcé: Force externe, amplitude proportionnelle à la force, stable
  • Auto-enthousiaste : Source d'énergie interne, amplitude limitée par la non-linéarité, instable
  • Exemples : Le déséquilibre est forcé ; tourbillon d'huile est auto-excité

Contrôle et atténuation

Réduire la contrainte

  • Équilibre : Réduit directement les forces de déséquilibre
  • Alignement : Réduit les forces de désalignement
  • Réparation des défauts : Résoudre les problèmes mécaniques créant des forces
  • Le plus efficace : Éliminer ou minimiser la source de forçage

Modifier la réponse du système

  • Modifier la rigidité : Éloignez les fréquences naturelles des fréquences forcées.
  • Ajouter un amortissement : Réduire l'amplification par résonance
  • Modifier la masse : Modifier les fréquences naturelles
  • Isolement: Réduire la transmission des forces à la structure

Éviter la résonance

  • Veillez à ce que les fréquences d'excitation ne correspondent pas aux fréquences naturelles.
  • Marge de séparation typiquement ±20-30%
  • Analyse de la phase de conception pour vérifier
  • Limitation de vitesse si la résonance est inévitable

Importance pratique

La plupart des vibrations des machines sont forcées

  • Déséquilibre, défaut d'alignement, engrenage des engrenages — autant de vibrations forcées
  • Prévisible et contrôlable grâce à la réduction des forçages
  • Les actions de maintenance standard (équilibrage, alignement) permettent de corriger les contraintes.

Approche diagnostique

  • Identifier la fréquence d'excitation à partir du spectre
  • Correspondance avec les sources de forçage connues (1×, 2×, engrenage, etc.)
  • Diagnostiquer la source de forçage
  • Réduire le forçage grâce à un entretien approprié

Les vibrations forcées constituent le type de vibration fondamental des machines tournantes ; elles résultent de forces périodiques externes agissant sur le système. La compréhension des principes des vibrations forcées (adaptation de fréquence, proportionnalité d’amplitude et caractéristiques de réponse) permet un diagnostic précis des sources de vibration, des actions correctives appropriées (réduction de la force d’excitation ou modification de la réponse) et des stratégies de conception visant à minimiser les vibrations par la réduction de la force d’excitation et l’évitement de la résonance.

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