Méthode d'équilibrage (2) - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Méthode d'équilibrage (2)

1. Programme d'équilibrage

Il existe une façon plus pratique et aussi plus courante de calculer les corrections de masse requises, soit par le recours à un programme d'équilibrage.

Les analyseurs de vibrations dédiés à la surveillance des machines sont aujourd'hui pour la plupart équipés d'un tel programme. Vous sélectionnez alors la rubrique "Équilibrage" dans le menu principal pour aussitôt accéder aux premières fonctions du programme.

Les valeurs mesurées sont alors enregistrées et une fois l'acquisition des données complétée, les calculs de correction se font automatiquement. Il existe des programmes également disponibles pour des calculatrices de poche.

Quel que soit le programme dont vous disposez pour réaliser votre équilibrage, il sera pratiquement toujours capable de réaliser au moins l'ensemble des opérations suivantes :

• l'enregistrement des valeurs mesurées (amplitude et phase) et la valeur de la masse d'essai ;

 le calcul et l'affichage de la masse de correction et de son angle en fonction de la technique de correction choisie (par retrait ou par addition de masse) ;

 la répartition de la correction de masse, au besoin, en deux composantes séparées (sur deux pales de ventilateur par exemple) ;

 le réglage fin de la correction (fonction "TRIM") ;

 les calculs pour l'équilibrage sur plusieurs plans.

a. Correction du déséquilibre

La position de la masse d'essai est la position de référence à partir de laquelle vous mesurez l'angle de correction . Dans la méthode exposée jusqu'ici, la position de la masse d'essai et la position de la bande réfléchissante nécessaire pour déclencher la sonde photo-électrique sont indépendantes l'une de l'autre.

Toutefois, dans certains programmes d'équilibrage, la position de référence est plutôt établie en fonction de la position de la bande réfléchissante. Dans pareil cas, il est recommandé de faire coïncider la position de la masse d'essai à celle de la bande réfléchissante.

b. Pose de la masse de correction

La position de la masse de correction se mesure à partir de la position de la masse d'essai sur le rotor, comme il est montré à la figure 4.25. L'angle de correction  peut être positif ou négatif :

  • s'il est positif, il se mesure à partir de la position de la masse d'essai et dans le sens de rotation du rotor ;
  • s'il est négatif, il se mesure en sens inverse.

Vous posez la masse de correction à la même distance radiale que la masse d'essai après quoi vous enlevez la masse d'essai.

Pose de la masse de correction :

c. Masse de correction et rayon de correction

La forme du rotor peut parfois interdire la pose de la masse de correction au même rayon que la masse d'essai. Pour corriger le déséquilibre, il faut alors que le balourd de correction Uc soit égal dans les deux cas (figure 4.26). Vous pouvez calculer facilement la masse requise à l'aide de la relation suivante :

Uc = m1  r1 = m2  r2.

Balourd de correction Uc :

d. Répartition de la masse de correction

Sur certains rotors, la correction de masse ne peut être faite que sur un certain nombre de positions prédéterminées. En général, chaque correction requise est faite en effectuant deux corrections, une sur chaque position possible entourant la position calculée de la masse de correction.

La figure suivante représente un cas de ventilateur à cinq pales ne permettant des corrections de masses que sur les positions représentées et identifiées comme étant les positions 0 à 4. Un angle de 72° sépare alors chacune de ces positions.

Supposez qu'après un équilibrage, utilisant une masse d'essai à l'une des positions possibles (dès lors identifiée comme étant la pos. 0), le calcul de correction vous donne une masse de 20 g à 100°. Il semble impossible de poser la masse de correction. La solution consiste à répartir celle-ci entre la pos. 1 à 72° et la pos. 2 à 144°.

Répartition de la masse de correction :

Le calcul de répartition de masse implique le recours au diagramme vectoriel ou à l'une des fonctions du programme d'équilibrage qui effectue le calcul en quelques secondes. Vous n'avez qu'à indiquer le nombre de positions possibles pour que le programme affiche ensuite le résultat (figure suivante), soit, 15 g à la position 1 et 10 g à la position 2 dans l'exemple présenté plus tôt.
Programme d'équilibrage, fonction de répartition de masse :

e. Atteinte du degré d'équilibrage

Le degré de qualité d'équilibrage est jugé atteint lorsque la somme des masses de correction est inférieure ou égale à la masse résiduelle admissible mr calculée + 15 %.

En effet, pour tenir compte des erreurs éventuelles associées aux mesures de vibrations sur le terrain, une augmentation ne dépassant pas 15 % du balourd résiduel admissible est considérée acceptable.

f. Techniques de correction

Les méthodes de correction sont de deux types : celles par addition de masse au rotor et celles par retrait de masse au rotor. La première se prête bien à l'équilibrage "sur le terrain" ; la deuxième se prête mieux à l'équilibrage "en atelier".

Lorsque vous choisissez une méthode de correction, les points suivants sont à considérer :

- La valeur de la correction dépend en général de la quantité de matériau enlevé ou ajouté. La quantité en question doit donc pouvoir être déterminée avec précision.

- La correction se fait à un certain rayon fixé dans un plan donné. Les rayons comme les plans sont en général choisis en fonction de leur commodité ou bien par rapport à leur grande accessibilité.

- Les corrections peuvent être faites dans une position quelconque dans le plan choisi et au rayon choisi.

Méthodes par addition de masse :

Les méthodes de correction consistant en des additions de masse les plus courantes sont les suivantes :

- Des rondelles fixées par des vis et des écrous dans des trous qui sont soit percés à l'avance, soit percés spécialement pour l'équilibrage en cours. Elles peuvent être ôtées facilement, mais le trou demeure.

- Des bandes ou des fils de plomb de longueur connue. Du fait que le plomb est malléable, il est facile à couper en petits morceaux et à plier pour le placer dans les orifices du rotor. Il est également facile à ôter.

- Des lingots de plomb ou des pièces spécialement fabriquées à cette intention, de tailles et de masses assorties, pouvant être fixés sur la bordure intérieure des pales de ventilateurs où la force centrifuge aide à les maintenir en position.

- Des bouts de pâte à modeler ou de cire d'abeille. Très facile à utiliser, ils ne nécessitent aucun outil, mais chaque masse de correction doit être pesée individuellement. La pâte à modeler n'adhère que modérément sur certaines surfaces et ne doit être utilisée que sur des surfaces intérieures sans quoi la force centrifuge ou les sursauts au démarrage ou à l'arrêt peuvent la décoller.

Cependant, du fait que vous pouvez l'enlever sans laisser de traces permanentes sur le rotor, la pâte à modeler convient en premier lieu comme masse d'essai.

- Des rondelles rivetées.

- Des masses prépesées du même matériau que le rotor à l'endroit du plan de correction et soudées dans les positions appropriées.

- Des bouts de soudure de longueur connue dans la position qui convient. Une certaine habileté est nécessaire pour éviter que la soudure ne s'étende hors de la position choisie avant qu'elle ne soit solidifiée.

- Une quantité connue de résine époxy.

Méthodes par retrait de masse :
Les méthodes de correction par retrait de matériau les plus couramment utilisées sont les suivantes :

- Par le perçage de trous de diamètre préétabli et de longueur appropriée. Cette méthode présente l'avantage qu'aucun autre matériau n'est nécessaire et que la valeur de la correction peut être variable au lieu d'être limitée à des valeurs discrètes.La perceuse doit avoir une profondeur de perçage étalonnée de façon à déterminer la quantité de matière ôtée.

- Par le retrait de la matière superflue sur un tour, sur une rectifieuse, au laser, ou plus simplement à l'aide d'une meule.

En principe, aucune méthode n'est meilleure que l'autre. Toutefois, lorsque le déséquilibre initial est important, il est préférable d'utiliser l'addition de masse.

De plus, peu de rotors équilibrés "in situ" ne requierera une correction par retrait de masse. Elle est plutôt réservée à l'équilibrage des rotors en grandes séries effectué sur une machine à équilibrer.

2. Résumé sur une méthode d'équilibrage

• La première étape de la méthode générale d'équilibrage qui vous a été présentée dans cette étude consiste à mesurer la phase et l'amplitude initiale. Cela caractérise en effet le déséquilibre à corriger. L'angle de correction doit être de 180° par rapport à la position initiale de la masse de déséquilibre, celle-ci devant être égale à la masse de correction.

 La deuxième étape consiste à monter une masse d'essai et à mesurer son effet sur l'amplitude et la phase. La connaissance de cette effet permet d'évaluer la masse de correction.

 La mesure de la vibration avec une masse d'essai permet en effet de déterminer la position diamétralement opposée à la masse de déséquilibre. C'est le principe sur lequel reposent les deux méthodes que vous avez apprises pour effectuer les corrections d'équilibrage.

 La méthode d'équilibrage sur deux plans est similaire à la procédure sur un seul plan. La différence réside dans l'obligation de faire des mesures dans les deux plans puisque les balourds dans chaque plan ont un effet réciproque l'un sur l'autre.

Organigramme décrivant l'équilibrage sur un plan :

Organigramme décrivant l'équilibrage sur deux plans :

Vous vous êtes familiarisé avec la procédure d'équilibrage dynamique des rotors sur un et deux plans.

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