Surveillance Conditionnelle : Résonance et Fréquence Naturelle

Résonance et Fréquence Naturelle

Avez-vous déjà essayé d’équilibrer un ventilateur et sa vibration ne diminue pas, quoi que vous fassiez ? Cela est peut-être causé par la résonance.

Trois conseils pour diagnostiquer la résonance et six façons de la corriger ci-dessous.

Faits

La résonance est responsable de 40 % des cas récurrents de balourd et est également, malgré sa facilité de diagnostic, l’une des pannes les plus négligées.

Parmi les pannes les plus courantes, la résonance possède la force destructrice la plus importante. Elle est également à l’origine de 90 % des fractures structurelles dues à la fatigue des matériaux et des soudures, ainsi que de la réduction de la durée de vie des roulements causée par la surcharge.

Définition de la Fréquence Naturelle

Pour comprendre la résonance, nous devons d’abord comprendre ce qu’est la fréquence naturelle. La définition est à peu près la suivante :

La fréquence naturelle est la fréquence à laquelle un objet continue de vibrer après avoir été frappé. Cela ne pourrait pas être plus clair.

Tous les objets et systèmes mécaniques ont une fréquence naturelle. Ils peuvent même en avoir plusieurs selon leur géométrie.

MAINTENANT ! Que se passe-t-il lorsque vous excitez cet objet à la même fréquence que sa fréquence naturelle ? Eh bien, c’est la résonance.

Définition de la Résonance

La résonance est un phénomène qui amplifie une vibration. Elle se produit lorsqu’une vibration est transmise à un autre objet dont la fréquence naturelle est identique ou très proche de celle de la source.

Consultez également la définition de Wikipédia.

Exemples

Regardez l’exemple d’un pendule.

Lorsque je pousse le pendule, l’énergie que j’applique ne se perd pas immédiatement. Elle reste sous forme de mouvement du pendule qui se dissipe progressivement. Si je le pousse une fois par cycle, cette nouvelle énergie s’accumule à l’énergie qui se trouvait déjà dans le pendule sous forme de mouvement, tout comme lorsque vous poussez votre enfant sur la balançoire.

Notez le cas contraire. Lorsque je stimule le pendule à une fréquence différente, je lutterai contre l’énergie déjà accumulée et donc aucune énergie ne s’ajoutera à l’existante.

Quelque chose de très similaire se produit dans les machines tournantes. Lorsque la vitesse d’un moteur se rapproche de sa fréquence naturelle, il entre en résonance. Ainsi, toute vibration due au balourd, aussi faible soit-elle, sera amplifiée. De cette façon, de petites masses provoqueront des changements surprenants dans la vibration.

Enfin, comme si tout cela ne suffisait pas, la vibration d’une machine ne se comporte pas de manière linéaire. La quantité de vibration produit de petits changements structurels qui modifient momentanément la fréquence naturelle ainsi que l’amortissement, la faisant se comporter légèrement différemment à différents niveaux de vibration. Tout cela complique l’équilibrage.

Apprenez à Diagnostiquer la Résonance

La résonance est facile à diagnostiquer ; cependant, il est important de savoir comment la détecter. Une machine, en fonctionnement, augmentera progressivement sa vibration. La résonance provoquera une augmentation soudaine de la vibration lorsque la machine atteint sa vitesse finale. Il en va de même lors du « ralentissement » : lorsque les RPM s’éloignent un peu de la fréquence naturelle, la vibration diminue immédiatement.

Il existe trois types de tests que vous pouvez effectuer pour diagnostiquer la résonance.

Test de Démarrage et d’Arrêt | Résonance

Ce test est effectué en enregistrant la vibration lors de l’arrêt de la machine. Confirmez que la vibration diminue effectivement de façon drastique dans les premières secondes.

Test d’Arrêt

Test de Choc | Fréquence Naturelle

Dans le « test de choc », l’enregistrement de la vibration est effectué après avoir frappé la machine. Dans le spectre, vous observerez alors les fréquences résonantes de la structure. Vous pouvez confirmer le diagnostic à 95 % de certitude si l’une de ces fréquences est proche de la vitesse de rotation (assurez-vous de connaître avec certitude la vitesse de rotation). En général, cette étude suffit à diagnostiquer la résonance ; cependant, il existe un autre test en cas de besoin d’un test confirmatoire.

Test de Choc

FFT du Test de Choc de Résonance

Diagramme de Bode dans l’Analyse de Résonance

Un diagramme de Bode est un test de décélération ou d’accélération qui intègre la vibration et les RPM mesurées par un tachymètre ou un capteur de RPM. Ce test calcule la FFT et la phase liée au signal de RPM à chaque intervalle de temps. Ce test confirme la résonance en observant un changement de phase de 180° entre les moments avant et après le croisement de la fréquence suspectée.

Corriger la Résonance

La bonne nouvelle est que le phénomène de résonance est facile à corriger. Il suffit d’éloigner la fréquence naturelle de la fréquence d’excitation.

Les actions correctives se divisent en deux :

Modifier la Fréquence Naturelle

Vous pouvez augmenter la fréquence naturelle en augmentant la rigidité de la structure. Assurez-vous de renforcer la structure dans la même direction que la fréquence naturelle. C’est la solution la plus courante pour éviter de modifier les performances de la machine.

Vous pouvez également diminuer la fréquence naturelle en réduisant la rigidité de la structure. Ce n’est pas aussi courant, mais c’est tout aussi possible et efficace, à condition que les performances de la machine ne soient pas compromises.

Vous pouvez diminuer la fréquence naturelle en ajoutant de la masse. Modifier la masse d’une structure changera sa fréquence naturelle et l’éloignera donc également de sa vitesse de rotation.

Vous pouvez également augmenter la fréquence naturelle en retirant de la masse. C’est l’action la moins fréquente, mais elle est tout aussi efficace.

Modifier les RPM pour les Éloigner de la Fréquence Naturelle

Si un variateur contrôle la vitesse du moteur, modifiez alors les RPM. C’est la solution la plus simple. Dans le cas d’une transmission par courroie/poulie, changer le diamètre de la poulie pourrait être la solution. Dans tous les cas, il est important de vérifier que les performances de la machine restent suffisantes pour ses fonctions, et bien sûr que la consommation de courant ne dépasse pas la recommandation du fabricant.

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