Qu'est-ce que la résonance du châssis ? Vibrations de la structure des machines • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors. Qu'est-ce que la résonance du châssis ? Vibrations de la structure des machines • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors.

Qu'est-ce que la résonance du cadre ? Vibration de la structure de la machine

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Comprendre la résonance du cadre

Définition : Qu'est-ce que la résonance du cadre ?

Résonance du cadre est un type spécifique de résonance structurelle où le châssis, le boîtier, le carter ou l'enceinte de la machine vibre à l'un de ses fréquences naturelles En réponse à l'excitation des composants rotatifs. Contrairement aux résonances de fondation ou de socle, qui impliquent la structure de support, la résonance du châssis implique le corps de la machine lui-même : la structure en fonte ou en acier mécanosoudée qui entoure les éléments rotatifs.

La résonance du châssis est fréquente dans les machines dotées de grands carters relativement légers, comme les ventilateurs, les soufflantes, les pompes et les moteurs. Elle se manifeste généralement par un bruit excessif, des vibrations visibles des capots ou des panneaux, et une forte vibration des lectures sur le châssis qui sont disproportionnées par rapport aux vibrations réelles du rotor.

Situations de résonance du cadre commun

Cadres de moteurs et de générateurs

  • Fréquences naturelles : Généralement 50 à 400 Hz selon la taille et la construction
  • Excitation: 1× (déséquilibre), 2× fréquence de ligne (120 Hz pour les moteurs 60 Hz), forces électromagnétiques
  • Symptômes: Vibration du cadre beaucoup plus élevée que celle des roulements ; bourdonnement ou bourdonnement audible
  • Gravité: Les vibrations sur le châssis peuvent être 5 à 10 fois plus élevées que sur les roulements

Boîtiers de ventilateurs et de soufflantes

  • Fréquences naturelles : 20-200 Hz pour les ventilateurs industriels typiques
  • Excitation: Fréquence de passage des lames (nombre de lames × RPM)
  • Symptômes: Les panneaux du boîtier vibrent violemment ; bruit aérodynamique important
  • Caractéristiques: Peut se produire uniquement à des vitesses ou des conditions de débit spécifiques

Corps de pompe

  • Fréquences naturelles : 30-300 Hz selon la conception du boîtier
  • Excitation: Fréquence de passage des aubes, pulsations hydrauliques
  • Symptômes: Vibrations du tubage, bruit, risque de fissures de fatigue
  • Raccord hydraulique : Le boîtier rempli de liquide peut coupler les vibrations du rotor et du boîtier

Carters de boîte de vitesses

  • Excitation de fréquence d'engrènement
  • Les fréquences naturelles du cadre se chevauchent souvent avec les fréquences du maillage.
  • Gémissement caractéristique des engrenages lorsqu'ils résonnent

Signature et détection des vibrations

Symptômes caractéristiques

  • En fonction de l'emplacement : Les vibrations varient considérablement sur la surface du cadre (différences courantes de 10×)
  • Roulement contre cadre : Vibration du cadre >> vibration des roulements (peut être 3 à 10×)
  • Fréquence spécifique : Uniquement à la fréquence de résonance ; les autres fréquences sont normales
  • Sensible à la vitesse : Sévère dans une plage de vitesse étroite (±10-20% de la vitesse de résonance)
  • Mouvement visuel : Mouvement du cadre souvent visible à l'œil nu

Tests de diagnostic

Test d'impact (bump test)

  • Frappez le cadre avec un maillet en caoutchouc ou un marteau instrumenté
  • Mesurer la réponse avec accéléromètre
  • Identifier les fréquences naturelles du cadre à partir des pics de réponse en fréquence
  • Comparer aux fréquences de fonctionnement (1×, 2×, passage de lame, etc.)

Enquête par accéléromètre mobile

  • Mesurer les vibrations à de nombreux points du châssis pendant le fonctionnement
  • Créer une carte vibratoire montrant les zones hautes et basses
  • Le motif révèle la forme du mode (flexion, torsion, flexion du panneau)
  • Identifie les antinœuds (mouvement maximal) et les nœuds (mouvement minimal)

Mesure de la fonction de transfert

  • Mesurer la cohérence entre les vibrations des roulements (entrée) et les vibrations du châssis (sortie)
  • Une cohérence élevée à une fréquence spécifique confirme la résonance
  • La fonction de transfert montre le facteur d'amplification

Solutions et atténuation

Modifications de rigidification

Ajouter des nervures structurelles ou des goussets

  • Augmenter la rigidité en flexion du cadre
  • Augmente les fréquences naturelles au-dessus de la plage d'excitation
  • Relativement économique et efficace
  • Peut être adapté à l'équipement existant

Augmenter l'épaisseur du matériau

  • Épaissir les murs ou les panneaux à ossature
  • Augmente considérablement la rigidité et la fréquence
  • Peut nécessiter une modification de conception et de nouvelles pièces moulées/fabrications

Liens et contreventements structurels

  • Connectez les côtés opposés du cadre pour éviter la flexion
  • Le contreventement augmente la rigidité en torsion
  • Peut être ajouté en externe sans modifications internes

Addition de masse

  • Fréquence naturelle inférieure : Ajouter de la masse pour réduire la fréquence en dessous de la plage d'excitation
  • Placement stratégique : Ajoutez de la masse aux emplacements des antinœuds pour un effet maximal
  • Masse accordée : Ajout de masse soigneusement calculé pour changer de mode spécifique
  • Compromis : Augmentation du poids, peut ne pas être souhaitable pour toutes les applications

Traitements d'amortissement

Amortissement par couche contrainte

  • Matériau viscoélastique pris en sandwich entre des couches métalliques
  • Appliqué sur de grandes surfaces planes (panneaux, couvertures)
  • Réduit l'amplitude du pic de résonance de 50-80%
  • Efficace dans la gamme 20-500 Hz

Amortissement de la couche libre

  • Matériau d'amortissement collé directement à la surface vibrante
  • Plus simple que la couche contrainte mais moins efficace
  • Idéal pour les applications à accessibilité limitée

Changements opérationnels

  • Changement de vitesse : Fonctionner à une vitesse où la résonance ne se produit pas
  • Réduire le forçage : Améliorer l'équilibre et l'alignement pour réduire l'amplitude d'excitation
  • Modifications du processus : Modifier le débit, la pression ou la charge pour décaler les fréquences d'excitation

Prévention dans la conception

Principes de conception

  • Rigidité adéquate : Cadre de conception avec fréquences naturelles > 2× fréquence d'excitation la plus élevée
  • Distribution de masse : Évitez les masses concentrées créant des modes basse fréquence
  • Nervures et renforts : Intégrer des caractéristiques de raidissement dès le départ
  • Analyse modale : Analyse par éléments finis (FEA) lors de la conception pour prédire et optimiser les fréquences naturelles

Vérification de la conception

  • Test de prototype avec analyse d'impact
  • Mesure de la forme de déflexion opérationnelle sur les premières unités
  • Modifier la conception avant la production si des résonances sont constatées

Exemple de cas

Situation: Moteur de 75 CV entraînant un ventilateur centrifuge, bruit et vibrations excessifs

  • Symptômes: Vibration du châssis du moteur : 12 mm/s ; vibration des roulements : 2,5 mm/s seulement
  • Fréquence: 120 Hz (2× fréquence de ligne pour un moteur 60 Hz)
  • Essai d'impact : Fréquence naturelle du cadre révélée à 118 Hz
  • Cause première: Cadre résonnant à la fréquence de forçage électromagnétique
  • Solution : Ajout de quatre goussets en fer d'angle reliant les pieds du moteur aux cloches d'extrémité
  • Résultat: Fréquence naturelle du cadre décalée à 165 Hz, vibration réduite à 3,2 mm/s
  • Coût: $200 en matériaux contre $8 000 pour le remplacement du moteur

La résonance du cadre est un problème de vibration fréquent, mais souvent mal diagnostiqué. Reconnaître les symptômes caractéristiques (vibrations élevées du cadre par rapport aux vibrations des roulements, fréquences spécifiques, localisation) et appliquer des techniques de diagnostic appropriées (essais d'impact, analyse ODS) permet de trouver des solutions ciblées permettant de réduire considérablement les vibrations à moindre coût.

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Catégories : GlossaireDiagnostic des vibrations
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