Qu'est-ce que l'analyse de torsion ? Évaluation des vibrations de torsion • 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 l'analyse de torsion ? Évaluation des vibrations de torsion • 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 l'analyse de torsion ? Évaluation des vibrations de torsion

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Comprendre l'analyse de torsion

Définition : Qu'est-ce que l'analyse de torsion ?

Analyse de torsion est la mesure, l'évaluation et la modélisation de vibrations de torsion—oscillations de torsion autour de l'axe de l'arbre—dans les transmissions de machines tournantes. Contrairement vibrations latérales (flexion) qui est facilement mesurée avec la norme accéléromètres, Les vibrations de torsion nécessitent des techniques de mesure spécialisées (jauges de contrainte, tachymètres doubles, vibrométrie laser) et des analyses pour détecter les oscillations angulaires, déterminer les fréquences naturelles de torsion et évaluer le risque de fatigue dans les arbres, les accouplements et les engrenages.

L'analyse de torsion est essentielle pour les moteurs alternatifs, les arbres de transmission longs, les réducteurs de forte puissance et les moteurs à entraînement par fréquence variable (VFD), où les vibrations de torsion peuvent entraîner des défaillances catastrophiques de l'arbre ou de l'accouplement malgré des niveaux de vibrations latérales acceptables. Il s'agit d'une capacité de diagnostic spécialisée mais essentielle pour prévenir les pannes soudaines et inattendues des systèmes de transmission de puissance.

Pourquoi l'analyse de torsion est nécessaire

Vibrations de torsion et vibrations latérales

  • Latéral: Flexion, mouvement latéral, mesuré avec des accéléromètres standard
  • Torsion : Rotation autour de l'axe, pas de déplacement latéral, invisible pour les capteurs standards
  • Indépendance: Peut avoir une torsion sévère avec une inclinaison latérale basse (et vice versa)
  • Dommages : La torsion peut provoquer des défaillances de l'arbre/de l'accouplement sans avertissement à partir des mesures latérales

Modes de défaillance

  • Fractures de fatigue de l'arbre (généralement à 45° par rapport à l'axe)
  • Défaillance d'un élément d'accouplement (dents d'engrenage, éléments flexibles)
  • Rupture des dents d'engrenage due à des charges oscillantes
  • Dommages causés à la clavette et à la rainure de clavette par frottement

Techniques de mesure

1. Méthode de la jauge de contrainte

Mesure directe des contraintes de torsion :

  • Jauges de contrainte collées à 45° par rapport à l'axe de l'arbre (orientation de contrainte de cisaillement maximale)
  • Mesure la contrainte de cisaillement due à la torsion
  • Nécessite des bagues collectrices ou une télémétrie sans fil pour les arbres rotatifs
  • Le plus précis mais complexe et coûteux
  • Utilisation principale de la recherche et du développement

2. Méthode du double tachymètre

  • Deux capteurs optiques à différents emplacements de l'arbre
  • Mesurer la différence de phase entre les emplacements
  • Différence de phase = torsion angulaire = vibration de torsion
  • Sans contact et pratique
  • Limité aux torsions à basse fréquence (< 100 Hz typiquement)

3. Vibromètre de torsion laser

  • Système laser Doppler spécialisé
  • Mesure les fluctuations de la vitesse angulaire
  • Sans contact
  • Large gamme de fréquences
  • Cher mais puissant

4. Analyse du courant moteur

  • Les vibrations de torsion créent des fluctuations de courant
  • Analyser le spectre du courant du moteur
  • Indirect mais non invasif
  • Outil de dépistage utile

Analyse de torsion analytique

Modélisation mathématique

  • Modèle de torsion à masse concentrée de la transmission
  • Calculer les fréquences naturelles de torsion
  • Prédire la réponse aux sources d'excitation
  • Identifier les vitesses et les résonances critiques

Sources d'excitation

  • Moteurs alternatifs : Les impulsions de tir créent une excitation torsionnelle
  • Engrenage : L'engagement des dents crée un couple oscillant
  • Variateurs de fréquence : Harmoniques de fréquence de commutation PWM
  • Électrique: Fréquences de passage et de glissement des pôles du moteur

Diagramme de Campbell pour la torsion

  • Tracer les fréquences naturelles de torsion en fonction de la vitesse
  • Lignes d'ordre d'excitation superposées
  • Identifier les vitesses critiques de torsion (points d'interférence)
  • Guide de sélection de la vitesse de fonctionnement

Applications critiques

Entraînements de moteurs alternatifs

  • Générateurs diesel
  • Compresseurs de moteurs à gaz
  • Propulsion marine
  • Les pulsations de couple importantes nécessitent une analyse

Arbres de transmission longs

  • Entraînements de laminoir
  • Arbres d'hélices marines
  • Entraînements de machines à papier
  • La longueur crée une faible rigidité en torsion

Boîtes de vitesses haute puissance

  • Boîtes de vitesses d'éoliennes
  • Réducteurs industriels > 1000 CV
  • Excitation des modes de torsion par engrènement d'engrenage

Systèmes de moteurs VFD

  • Les variateurs de fréquence créent une excitation torsionnelle
  • Les harmoniques PWM peuvent exciter des résonances de torsion
  • Inquiétude croissante face à la prolifération des VFD

Résultats d'analyse

Fréquences naturelles de torsion

  • Identifier à partir d'une mesure ou d'un calcul
  • Comparer aux fréquences d'excitation
  • Vérifier la séparation adéquate

Niveaux de stress

  • Calculer la contrainte de cisaillement alternée à partir des vibrations mesurées
  • Comparer aux limites d'endurance des matériaux
  • Évaluer la consommation de fatigue
  • Déterminer si les contraintes sont acceptables

Amortissement

  • Mesure de la réponse aux résonances de torsion
  • Généralement très faible (< 1% de critique)
  • Un faible amortissement signifie des résonances aiguës

Stratégies d'atténuation

Séparation de fréquence

  • Assurer des fréquences naturelles de torsion séparées des fréquences d'excitation
  • Modifier le diamètre de l'arbre, la longueur ou la rigidité de l'accouplement
  • Modifier les inerties (ajouter un volant d'inertie)

Ajout d'amortissement

  • Amortisseurs de torsion (visqueux ou à friction)
  • Accouplements à haut amortissement
  • Réduit l'amplification de résonance

Changements de vitesse de fonctionnement

  • Éviter le fonctionnement continu à des vitesses critiques de torsion
  • Restreindre les plages de vitesse
  • Réglage du variateur de fréquence pour minimiser l'excitation

L'analyse de torsion est une discipline spécialisée en vibrations qui étudie les oscillations de torsion pouvant entraîner des défaillances catastrophiques, invisibles aux systèmes de surveillance standard des vibrations latérales. Bien qu'elle nécessite des techniques de mesure et d'analyse spécialisées, l'analyse de torsion est essentielle pour les moteurs alternatifs, les arbres longs, les réducteurs de forte puissance et les systèmes d'entraînement à fréquence variable (VFD), où les vibrations de torsion présentent des risques importants en termes de fiabilité et de sécurité.

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