Comprendre l'équilibrage sur un seul plan
Équilibrage monoplan est un équilibrage procédure dans laquelle le rotor déséquilibrer se corrige en ajoutant ou en retirant de la masse dans un seul plan radial, perpendiculaire à l'axe de rotation. C'est la méthode appropriée lorsque le balourd est principalement statique de nature — c'est-à-dire lorsque le centre de masse du rotor est décalé par rapport à l'axe de rotation, mais qu'aucun couple ou moment significatif ne tend à faire osciller le rotor d'un bout à l'autre. Étant la technique d'équilibrage la plus simple et la plus économique, elle ne nécessite qu'un seul plan de correction et, en général, un seul poids d'essai passage pour terminer.
1. Définition : qu'est-ce que l'équilibrage sur un seul plan ?
Tout rotor présente un certain balourd, mais le geometry La nature de ce balourd détermine la manière dont il doit être corrigé. Lorsque le point lourd peut être considéré comme situé dans un seul plan — ou lorsque sa faible extension axiale ne produit aucun moment de basculement significatif —, une seule correction suffit à rétablir l'équilibre. C'est là la condition déterminante pour un travail en un seul plan : le balourd se comporte comme une force purement radiale, et non comme un couple de forces. Lorsqu'un couple est présent, le rotor oscille et aucune correction unique ne peut annuler les deux extrémités à la fois, ce qui constitue la limite qui sépare le travail en un seul plan du équilibrage dynamique (sur deux plans).
2. Quand recourir à l'équilibrage sur un seul plan
L'équilibrage sur un seul plan convient à certaines géométries de rotor et à certaines conditions de fonctionnement.
Rotors à disque
Les rotors dont la longueur axiale (épaisseur) est faible par rapport à leur diamètre constituent les candidats idéaux — on les qualifie souvent de disques « étroits » ou « minces ». La masse étant concentrée essentiellement sur un seul plan, il y a peu de place pour qu'un couple se développe. Parmi les exemples typiques, on peut citer :
- Meules
- Lames de scie circulaire
- Turbines de ventilateur ou de soufflante à un étage
- Volants d'inertie
- Disques de frein
- Poulies simples
Rotors rigides en dessous de la première vitesse critique
Pour rotors rigides bien en deçà de leur premier vitesse critique, un équilibrage sur un seul plan peut suffire même lorsque le rotor présente une longueur axiale importante, à condition que celui-ci ne se déforme pas ou ne fléchisse pas pendant son fonctionnement. Le mot clé est rigide: l'arbre doit conserver sa forme afin qu'une correction reste valable sur toute la plage de fonctionnement.
Lorsque l'on sait que le balourd est statique
Si le balourd provient d'une seule source localisée — accumulation de matière, pale de ventilateur manquante, montage excentré — et que les mesures de vibrations indiquent principalement in-phase en cas de mouvement au niveau des deux paliers, la situation est statique et une correction sur un seul plan est appropriée. En comparant les phase aux deux extrémités, c'est le test pratique : un mouvement en phase indique un balourd statique, tandis qu'un mouvement en opposition de phase signale la présence d'un couple.
3. La procédure d'équilibrage sur un seul plan
La procédure suit une boucle simple et systématique fondée sur le coefficient d'influence méthode.
Étape 1 — Mesure initiale
Lorsque le rotor tourne à sa vitesse normale, mesurez et notez le vecteur de vibration initial — à la fois amplitude et de phase — en un ou plusieurs points de palier. Cela permet de capturer les vibrations générées par le balourd initial et sert de référence pour tout ce qui suit.
Étape 2 — Fixez un poids d'essai
Arrêtez la machine et fixez un poids d'essai connu à une position angulaire appropriée (généralement 0°) sur le plan de correction choisi. Le poids doit être suffisamment important pour modifier sensiblement les vibrations — une règle empirique utile consiste à viser une variation d'environ 25 à 50 % du vecteur de vibration. En choisissant un poids adapté dès le départ, on évite les essais inutiles ; le Calculateur de masse d'essai permet de calculer la masse de démarrage en toute sécurité à partir du poids et de la vitesse du rotor.
Étape 3 — Essai
Redémarrez la machine et mesurez le nouveau vecteur de vibrations au(x) même(s) endroit(s). Cette mesure reflète l'effet combiné du balourd initial plus le poids d'essai — la somme des deux sous forme de vecteurs.
Étape 4 — Calculer le poids de correction
En comparant le vecteur initial et le vecteur d'essai, l'instrument effectue la soustraction de vecteurs qui isole l'effet propre du poids d'essai et calcule le coefficient d'influence — le niveau de vibration généré par le rotor par unité de poids à un angle donné. À partir de ce coefficient, il calcule la masse exacte et la position angulaire du poids de correction permanent poids de correction ce qui annulera le balourd initial. Les calculs mathématiques sous-jacents peuvent être effectués à l'aide de Calculateur du coefficient d'influence dans un seul plan.
Étape 5 — Installer la correction et vérifier
Retirez le poids d'essai, installez définitivement le poids de correction calculé — en ajoutant de la masse ou en en retirant (perçage, meulage) à l'emplacement indiqué — puis faites fonctionner la machine pour vérifier que les vibrations ont diminué jusqu'à un niveau acceptable. Si de légères vibrations persistent, un équilibre de compensation affine le résultat, et le résultat final balourd résiduel peut être vérifié par rapport à un ISO 21940-11 balance grade.
4. Équilibrage sur un seul plan sur le terrain
Bien que l'équilibrage sur un seul plan puisse être effectué sur une machine dédiée machine à équilibrer, sa véritable force réside dans le fait qu'il peut être mis en œuvre in situ, le rotor tournant sur ses propres paliers à la vitesse de fonctionnement. Un appareil portable à deux canaux tel que le Balanset-1A mesure l'amplitude et la phase 1× avant et après l'application du poids d'essai, calcule le coefficient d'influence et indique la masse et l'angle précis nécessaires à la correction, puis vérifie le balourd résiduel une fois le poids mis en place. Son laser optique tachymètre, déclenché par une bande de bande réfléchissante, fournit la référence de phase par tour sur laquelle repose le calcul. Étant donné que le rotor est mesuré dans des conditions réelles de fonctionnement — vitesse réelle, montage réel, température réelle — équilibrage sur place permet de saisir l'état réel de fonctionnement qu'une machine d'équilibrage ne peut pas reproduire intégralement.
5. Avantages de l'équilibrage sur un seul plan
- Simplicité: un seul plan de correction est concerné, ce qui facilite la planification, la mise en œuvre et la compréhension de la tâche.
- La vitesse : Le processus ne nécessite généralement que deux ou trois cycles (initial, test, vérification), ce qui permet de gagner du temps et de réduire les temps d'arrêt de la machine.
- Rapport coût-efficacité : Moins de mesures et des calculs plus simples permettent de réduire les coûts de main-d'œuvre et d'utiliser des équipements moins sophistiqués.
- Accessibilité: Un rotor de type disque comporte de nombreux points où il est possible d'ajouter ou de retirer des poids, ce qui offre une grande souplesse quant à l'emplacement de la correction.
6. Limites et cas dans lesquels il ne faut pas l'utiliser
La simplicité de cette méthode s'accompagne de limites bien réelles qu'il convient de respecter.
Impossible de corriger le balourd de couple
Si le rotor présente un balourd de couple important balourd de couple — des points de poids égaux situés aux extrémités opposées mais dans des positions angulaires opposées — une correction sur un seul plan ne peut pas l'annuler. Ce couple ne génère aucune force radiale nette sur laquelle le plan unique pourrait agir, mais il provoque tout de même un balancement du rotor. Ce cas nécessite équilibrage à deux plans (dynamique).
Ne convient pas aux rotors longs
Les rotors dont le rapport longueur/diamètre est supérieur à environ 0,5–1,0 nécessitent généralement un équilibrage sur deux plans. Les induits de moteurs, les arbres de pompes et les longs rotors de ventilateurs font partie de cette catégorie, car leur longueur axiale favorise l'apparition d'un couple.
Ne réduit pas nécessairement les vibrations à tous les paliers
Une correction sur un seul plan, optimisée pour un roulement, peut laisser les vibrations au niveau d'un autre roulement pratiquement inchangées, en particulier sur un rotor plus long ou fonctionnant à une vitesse proche de la vitesse critique.
Inefficace pour les rotors flexibles
Les rotors fonctionnant au-delà de leur première vitesse critique se déforment pendant la rotation ; leur formes de mode require équilibrage multi-plans des techniques que le travail sur un seul plan ne permet pas d'obtenir.
7. Lien avec l'équilibrage statique
L'équilibrage sur un seul plan est étroitement lié à équilibrage statique; en effet, l'équilibrage sur un seul plan effectué sur une machine en rotation est un mesure dynamique du balourd statique. L'équilibrage statique classique permet de localiser le point lourd lorsque le rotor est à l'arrêt — en le posant sur des arêtes vives ou des rouleaux et en laissant la gravité le faire rouler jusqu'à son point lourd —, tandis que l'équilibrage monoplan mesure ce même balourd statique pendant que le rotor tourne. La méthode par rotation est plus précise, car elle détecte le balourd dans des conditions réelles de fonctionnement et en quantifie à la fois l'amplitude et l'angle, et pas seulement la direction.
8. Applications et secteurs d'activité types
L'équilibrage sur un seul plan est utilisé partout où la géométrie du rotor s'y prête :
- Travail du bois et travail des métaux : Lames de scie circulaire, meules, disques de coupe
- CVC : ventilateurs et soufflantes centrifuges à un étage.
- Matériel agricole : composants de moissonneuses-batteuses, poulies simples.
- Automobile: volants d'inertie, disques de frein, poulies simples.
- Manutention : poulies de convoyeur, rouleaux de renvoi.
Pour ces applications, l'équilibrage sur un seul plan offre un équilibre optimal entre efficacité, simplicité et coût, ce qui explique précisément pourquoi il reste l'une des techniques fondamentales dans équilibrage du rotor.
