Comprendre la vibration auto-excitée

1. Définition : Qu'est-ce que la vibration auto-excitée ?

Vibration auto-excitée (également appelée vibration auto-induite ou instable) est un type de vibration particulièrement dangereux où le mouvement d'un système induit des forces qui, à leur tour, l'entretiennent ou l'amplifient. Cela crée une boucle de rétroaction où la vibration peut croître en amplitude, parfois jusqu'à des niveaux catastrophiques, sans augmentation correspondante de la fréquence de la force externe.

C'est fondamentalement différent d'une vibration forcée, comme déséquilibrer ou désalignement, où la vibration est une réponse directe à une entrée périodique spécifique (la fréquence de forçage). Dans un système auto-excité, la vibration crée sa propre force motrice.

2. Le mécanisme de boucle de rétroaction

Le mécanisme de vibration auto-excitée peut être résumé comme suit :

1. Un système (par exemple, un rotor dans un roulement) est en mouvement.
2. Une petite perturbation aléatoire provoque un léger déplacement ou un changement de vitesse.
3. Ce changement de mouvement modifie les forces agissant sur le système (par exemple, la pression du fluide dans un roulement ou la force de coupe d'un outil).
4. De manière critique, cette force modifiée agit d’une manière qui *ajoute de l’énergie* au système, poussant le composant plus loin dans la direction dans laquelle il allait déjà.
5. Ce mouvement accru génère une force encore plus grande, ce qui ajoute plus d’énergie, et ainsi de suite.

Cette boucle de rétroaction provoque une augmentation des vibrations jusqu'à ce qu'elles soient limitées par des non-linéarités dans le système (comme un arrêt brutal) ou qu'elles conduisent à une défaillance.

3. Exemples courants de vibrations auto-excitées

Plusieurs phénomènes bien connus dans le diagnostic des machines sont des exemples classiques de vibrations auto-excitées :

• Tourbillon d'huile et fouet à huile: Les exemples les plus courants dans les machines tournantes. Dans un palier lisse à film fluide, l'arbre en rotation crée un coin d'huile. Une perturbation peut entraîner la rotation du coin d'huile lui-même (tourbillonnage) autour du palier. La pression de ce coin tourbillonnant pousse l'arbre, ce qui ajoute de l'énergie au tourbillonnement. La vibration qui en résulte n'est pas à la vitesse de fonctionnement, mais à une fréquence sous-synchrone (généralement 0,42 à 0,48X). vitesse de course).
• Bavardage dans l'usinage : Lors de l'usinage des métaux (tournage ou fraisage), le broutage se produit lorsque l'outil de coupe se met à vibrer. Cette vibration entraîne une variation de l'épaisseur du copeau. Cette variation d'épaisseur du copeau provoque à son tour une fluctuation de la force de coupe, laquelle peut réinjecter de l'énergie dans la vibration de l'outil, provoquant un broutage violent.
• Flottaison aérodynamique : Vibration d'une aile d'avion : le mouvement de flexion et de torsion de l'aile modifie son profil aérodynamique. Ce changement de profil modifie la pression de l'air, ajoutant de l'énergie au mouvement de l'aile, ce qui peut entraîner une défaillance catastrophique en l'absence de contrôle.
• Rotor Frottements : État dans lequel un rotor entre en contact avec une pièce fixe. Le frottement peut chauffer le rotor et provoquer sa flexion. Cette flexion augmente la force de frottement, ce qui accroît la chaleur et la flexion, créant ainsi une boucle de rétroaction pouvant entraîner un grippage.

4. Caractéristiques clés et diagnostic

Les vibrations auto-excitées ont souvent des caractéristiques distinctes dans le Spectre FFT:

• Fréquences non synchrones : La vibration n'est généralement pas un multiple entier ou une harmonique de la vitesse de course. Elle se produit souvent à un sous-synchrone fréquence.
• Instabilité: L'amplitude peut être très instable et peut croître rapidement avec de petits changements dans les conditions de fonctionnement (vitesse, température, charge).
• Apparition soudaine : La vibration peut ne pas être présente du tout jusqu'à ce que la machine franchisse un certain seuil de vitesse ou de charge, auquel cas elle peut apparaître soudainement et avec une amplitude élevée.

Le diagnostic des vibrations auto-excitées implique l’identification de ces pics non synchrones caractéristiques et la compréhension des mécanismes physiques qui pourraient être à l’origine d’une telle instabilité dans la machine spécifique.

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