Ce qu’il faut savoir sur l’équilibrage

Avec les corps en rotation, le déséquilibre est un phénomène omniprésent. Un exemple typique est celui des systèmes d'outils rotatifs sur les machines-outils.

Comme le balourd génère une force centrifuge qui augmente linéairement avec le balourd et s'élève au carré avec le nombre de tours, plus un rotor tourne vite, plus le balourd est perceptible. Mais comment le déséquilibre survient-il, comment le mesurer et comment l'éliminer par l'équilibrage ?

Sur la page suivante, nous avons compilé les principes théoriques de l'équilibrage, qui constituent la base de l'équilibrage des outils.

Le centre de gravité d‘un rotor se trouve en dehors de l‘axe de rotation

• également mesurable quand l‘élément n‘est pas en mouvement, ex: balance pour meule.
• exerce pendant la rotation une force centrifuge perpendiculaire à l‘axe de rotation.
• peut être supprimé par un équilibrage en 1 plan. La situation du plan est sans importance. Un Moment de déséquilibre peut subsister après l‘équilibrage statique.

M_u = Masse du déséquilibre (en g)
r = Distance entre le déséquilibre (M_u) et l‘axe de rotation (en mm)
M = Masse du rotor (en kg)
e = Distance entre le centre de gravité et l‘axe de rotation (en μm)
S = Centre de gravité
F_F = Force centrifuge
Valeur du déséquilibre statique: D = M_u • r = M • e
Unité du déséquilibre: [D] = g • mm = kg • μm

Le centre de gravité se trouve sur l‘axe de rotation

• mesurable que si rotor en rotation
• provoque un moment de flexion lors de la rotation
• les forces centrifuges des deux masse de déséquilibre s‘annulent (pas de force latérale)
• peut seulement être supprimé par équilibrage en 2 plans

M_U1, M_U2 = Masses des déséquilibres (en g)
S = Centre de gravité
r = Distance entre les déséquilibres (M_d1 et M_d2) et l‘axe de rotation (en mm)
M = Masse du rotor (en kg)
F_F1, F_F2 = Forces centrifuges
M_U1 = M_U2
F_F1 = F_F2

Combinaison entre le déséquilibre statique et le moment du déséquilibre

• Cas général sur rotors techniques.

L‘équilibrage sert à corriger / répartir les masses asymétriques d‘un rotor.
Cela peut être réalisé par:

• Rajout de masse, ex: équilibrage des roues de voiture
• Enlèvement de masse, ex: par perçage
• Transfert de masse, ex: anneaux, vis.

Correction de la part statique d‘un déséquilibre

• Le centre de gravité du rotor est repositionné sur l‘axe de rotation (Excentricité e = 0)
• La part moment du déséquilibre dynamique persiste.

Correction total du déséquilibre (statique et moment)

• La situation des plans est en principe sans importance (mais un grand écart est favorable).

• Les forces centrifuges engendrées sont mesurées par les capteurs de force.
• La mesure des forces centrifuges est effectuée sur 2 plans / nivaux différents sur la broche d‘équilibrage en suspension. Du fait que les trajectoires des forces tournent avec la broche, il résulte un signal de force sinusoïdale. Hormis la force du signal, il faut également déterminer la position angulaire parnrapport à la broche.
• Les signaux de force du déséquilibre sont déterminés par les plans d‘équilibrage. Si la position des plans est modifiée elle intervient dans le calcul du déséquilibre.
• Le calcul du déséquilibre détermine les corrections d‘équilibrage.

Dans la norme DIN ISO 1940-1 (anciennement VDI-directive 2060) sont définies les bases sur
la mesure du déséquilibre et l‘équilibrage. La précision d‘un équilibrage est déterminé par la
classe de qualité d’équilibrage G (anciennement: Q).

La qualité d’équilibrage ne compte toujours que pour une vitesse d‘utilisation donnée du rotor.

Le déséquilibre résiduel admissible est calculé par le nombre de tours d‘utilisation (régime), le
poids du rotor et la qualité d‘équilibrage.

U_adm = (G•M)/n • 9549

U_adm = Déséqulibre admissible du rotor en gmm
G = Qualité d’équilibrage
M = Poids / Masse du rotor en kg
n = Nombre de tours d‘utilisation du
9549 = coefficient multiplicateur

Dans l‘exemple précédent le déséquilibre admissible est de 1,3 gmm. Pour mieux illustrer cette
valeur, il est intéressant de convertir le déséquilibre en concentricité / excentricité.

U_zul = M • e_zul
e_zul = U_zul/M =1.3 gmm/800g = 0.0016 mm = 1.6 μm

Le centre de gravité du porte-pince peut donc être désaxé au maximum de 1,6 μm . Lors de
l‘équilibrage l‘axe du cône de préhension, ex. HSK sert d‘axe de rotation. Mais dans la fraiseuse
le porte-outil tourne autour de l‘axe de la broche.

Même des broches neuves peuvent présenter un défaut de concentricité jusqu‘à 5 μm. (cela
représente un défaut d‘excentricité de e = 2,5 μm).

Autre exemple:

Qualité d‘équilibrage G = 1
Nombre de tours n = 40.000 1/min
Poids outil / porte-outil M = 0,8 kg
D_adm. = 0,2 gmm
E_adm. = 0,3 μm