Essais de vibrations de torsion

Les essais de vibrations de torsion permettent de transformer un problème présumé — un bruit inexpliqué, une fissure de fatigue, une réclamation inattendue liée au bruit, aux vibrations et au confort (NVH) — en données concrètes. Cette page explique en quoi consiste un essai de vibrations de torsion, à quoi ressemble un montage d'essai type et comment en réaliser un.

En quoi consistent les essais de vibrations de torsion ?

Un essai de vibrations de torsion permet de déterminer comment la vitesse de rotation d’un arbre varie sur toute sa plage de fonctionnement — généralement lors d’un essai de montée en régime, au cours duquel la vitesse est fait varier du ralenti au régime maximal, tandis que le système de mesure enregistre en continu les variations de vitesse de rotation. En zoomant sur n'importe quel court intervalle de cette montée en régime, on observe l'oscillation sous-jacente : des fluctuations rapides de vitesse superposées à la tendance générale du régime, générées par des impulsions de couple provenant de la combustion, de l'engrènement des engrenages ou d'autres sources rotatives.

L’objectif de l’essai est de capturer ce comportement avec une résolution et une couverture de la plage de vitesse suffisantes pour identifier :

les ordres de torsion présents et leur intensité
Si un ordre quelconque recoupe une fréquence propre de la structure (risque de résonance)
Comment l’amplitude varie en fonction de la vitesse et de la charge
si le comportement observé correspond aux prévisions issues de la conception ou de la simulation

Configuration type pour les essais

Un système d'essai de vibrations de torsion comprend généralement :

Un capteur de vitesse (capteur magnétique, codeur optique ou codeur incrémental) monté sur l’arbre — vilebrequin, arbre à cames, arbre de turbine ou arbre d’entrée/de sortie de boîte de vitesses, selon l’application
Une électronique de traitement du capteur pour conditionner et nettoyer le signal brut
Un dispositif de mesure haute résolution, utilisant des cartes d’acquisition de vitesse fonctionnant dans la gamme des gigahertz pour obtenir une résolution angulaire très fine, quel que soit le nombre de dents du capteur
Un logiciel d’analyse permettant de traiter les données du domaine angulaire pour obtenir des ordres, des spectres et des diagrammes de diagnostic

Pour les applications présentant des exigences dynamiques supplémentaires — telles que le comportement du système de distribution sur des moteurs en fonctionnement —, cette même philosophie de mesure s’étend à des canaux analogiques rapides (échantillonnage à plusieurs mégahertz) parallèlement à la référence de vitesse, permettant ainsi l’analyse synchronisée de plusieurs composants à mouvement rapide au cours d’un même essai.

Ce que vous apporte un essai de vibrations de torsion

Un test bien mené ne se résume pas à un simple chiffre : il fournit un ensemble de vues diagnostiques sur lesquelles les ingénieurs peuvent s'appuyer directement :

des diagrammes en cascade, illustrant l'évolution de l'amplitude en fonction des ordres et de la vitesse
des diagrammes de contour, offrant un aperçu visuel rapide des ordres problématiques
Des diagrammes de Campbell, révélant les points de croisement entre les lignes d’ordre et les fréquences naturelles — signe classique d’un risque de résonance
Des données quantifiées sur l’assise, le décollage ou le comportement dynamique pour les essais spécifiques au système de distribution

Ces résultats alimentent directement les décisions de conception : ajustement de l’équilibrage, ajout ou réglage d’amortisseurs, révision de la géométrie des engrenages ou du système de distribution, ou simplement confirmation qu’un composant est sûr sur toute sa plage de fonctionnement.

Secteurs et applications que nous testons

Moteurs automobiles et moteurs à usage intensif (essais du vilebrequin et du système de distribution sur des moteurs en marche et en fonctionnement)

Groupes motopropulseurs pour la course et le sport automobile

Moteurs diesel marins et stationnaires, y compris les applications liées aux énergies renouvelables et à la combustion de l'hydrogène

Turbines à vapeur et à gaz

Systèmes de transmission des véhicules électriques

Réducteurs pour éoliennes

Image : Variations de régime d'un moteur diesel à quatre cylindres et à quatre temps

Spectrogramme 3D, représentation en cascade
Ordres de la fluctuation de vitesse par rapport à la vitesse

Figure : Variations de régime d'un moteur diesel à quatre cylindres et à quatre temps — Valeurs individuelles, moyennes et totales

Spectrogramme 3D, diagramme de contours (fausses couleurs)
Ordres de la fluctuation de vitesse par rapport à la vitesse

Figure : Variations de régime d'un moteur diesel à quatre cylindres et à quatre temps. 2d : Commandes individuelles, valeur moyenne et valeur totale

Ordres d'ordre 2D issus du spectrogramme 3D

Commandes individuelles en 2D, valeur moyenne et valeur totale

Courbes de Locus pour les ordres 2 et 6

Angle de rotation de l'image et erreur de transmission des réducteurs avec une résolution de l'ordre du sous-micromètre

1x angle de torsion, 2x angle d'oscillation
sur un déphaseur d'arbre à cames

Image : Déplacement angulaire d'un moteur à trois cylindres à quatre temps, angle de décalage VCT et angle de vibration

1x angle de torsion et2x vitesse
sur un seul déphaseur d'arbre à cames

Image : Déplacement angulaire d'un moteur à trois cylindres à quatre temps avec système VCT, à l'arrêt et en accélération

Anglede torsion statique etdynamique

sur un déphaseur d'arbre à cames

Image : Déplacement angulaire d'un moteur à trois cylindres à quatre temps avec système VCT, en régime statique et dynamique.

Angle de torsion statique et dynamique
sur un déphaseur d'arbre à cames

Image : Angle de vibration d'après les fluctuations de vitesse mesurées

Courbes d'enveloppe de l'angle d'oscillation
à faible charge et à pleine charge

Angle de vibration de l'image à partir des fluctuations de vitesse mesurées dans les domaines temporel et spectral

Spectre d'ordre 3D del'angle d'oscillation
à faible charge et à pleine charge

Image : Angle de vibration à partir des fluctuations de vitesse mesurées dans les domaines temporel et spectral. Décomposition en cycles de travail

Visualisation en 3D de la décompositionen cycles de travail
à faible charge et à pleine charge, tous ordres confondus

Figure : Angle de vibration – Décomposition en cycles de fonctionnement

Ordres simples en 2D = images en coupe du spectre en 3D

Image : Essai de laminage sur un seul flanc – Analyse de la commande

Erreur de transmission d'un couple d'engrenages 57:60
avec décomposition fractionnaire (onde longue et onde courte)

Image : Essai de roulement sur un seul flanc – Spectres d'ordre, analyse du bruit de structure des engrenages à plusieurs étages

Rotation moyenne de l'
del'engrenagede 57 mmprésentant une zone endommagée (percuteur)

Évaluation graphique de l'analyse d'ordre. La base de temps commune à tous les canaux permet une évaluation multicanal fiable des canaux de vitesse, ainsi que le rapport des grandeurs mesurées analogiques à un canal de vitesse.

Rotation moyenne de l'
à engrenagesde 60mmavec décomposition proportionnelle et valeurs caractéristiques DIN

Spectre d'ordre de l'
derotation moyennéede l'engrenage de 60 mm (1er ordre = erreur de concentricité

Graphique interactif de mesure de la course des soupapes (zoom, rotation, pointeur de mesure, schémas en coupe)

Vitesse en vernières calculée à partir de la course de la soupape, dérivée normalisée selon l'angle de rotation (
)

Figure : Spectres d'ordre de la course de soupape. La commande des soupapes est analysée à partir des grandeurs analogiques mesurées que sont la course de soupape et la vitesse de soupape, en fonction de la position de l'arbre à cames.

Course de soupape mesurée à partir de la vitesse,
Décomposition en cycles de fonctionnement

Module logiciel d'imagerie pour l'évaluation automatisée des paramètres dynamiques

Course de la soupape sur le circuit de base ; valeurs négatives dues à la déviation de la soupape d'
ion au pic de pression de combustion

Image illustrant l'évaluation du système de distribution

Course maximale de la soupape (valeur et position angulaire)
et vitesse d'atterrissage supérieure à la vitesse

Pourquoi choisir ROTEC pour vos essais ?

L'approche « tout-en-un » de ROTEC couvre l'ensemble de la chaîne de mesure — capteurs, conditionnement des signaux, acquisition de données haute résolution et logiciels d'analyse post-traitement — et s'appuie sur des décennies d'expérience en ingénierie dans les domaines de la course automobile, de la conduite sur route et des applications pour véhicules lourds. C'est cette combinaison qui permet de transformer les données brutes de vitesse en un diagnostic fiable, et pas seulement en un simple graphique.

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#Foire aux questions

Foire aux questions

Vous avez une question ? Nous sommes là pour vous aider.

À quoi ressemble la solution ROTEC pour l'analyse de la rotation et que signifie « RAS » ?

Le système d'analyse rotationnelle (RAS) de ROTEC est utilisé depuis plus de 30 ans par des professionnels des secteurs de la construction mécanique, de l'automobile, de la production d'énergie et du sport automobile pour analyser de manière exhaustive les composants rotatifs.

Grâce à sa méthode de mesure unique, qui utilise une carte de comptage à 12,3 GHz et une approche strictement angulaire pour la détection et l'analyse de la vitesse de rotation, le système RAS offre à ses utilisateurs un avantage inégalé.

ROTEC propose non seulement des capteurs de vitesse optiques et magnétiques, y compris des adaptateurs de conditionnement de signal, mais aussi le système de mesure modulaire RASdelta ainsi qu’un logiciel spécialisé et convivial pour la mesure et l’analyse. Cela permet de bénéficier d’une solution complète provenant d’un seul et même fournisseur. Les produits de technologie de mesure ROTEC sont parfaitement harmonisés et fournissent des résultats pertinents en très peu de temps après une mise en place simple de la chaîne de mesure.

Grâce à l’approche de la mesure de vitesse basée sur l’angle, les problèmes tels que les vibrations des capteurs peuvent être détectés dès la première mesure et corrigés immédiatement. Cela permet d’éviter efficacement les mesures erronées et coûteuses.

Notre équipe d’experts chez ROTEC ENGINEERING, composée d’utilisateurs de longue date, se fera un plaisir de vous aider à relever des défis complexes.

Existe-t-il des options permettant de personnaliser les systèmes de mesure et les logiciels ?

Le frontal ROTEC RASdelta est un système de mesure modulaire polyvalent pouvant être configuré individuellement avec 8 ou 16 cartes de mesure afin de répondre à vos besoins spécifiques en matière de mesure.

Notre logiciel RAS vous offre un système modulaire complet pour l'analyse de composants rotatifs et de systèmes complexes. Il s'agit d'un outil efficace destiné aux ingénieurs en mécanique qui ne nécessite aucune connaissance en programmation pour effectuer des mesures ou des analyses.

Si vous avez des questions spécifiques en matière de métrologie, notre équipe de consultants expérimentés de ROTEC ENGINEERING se fera un plaisir de vous aider.

ROTEC propose-t-elle d'autres services en plus des systèmes de mesure, par exemple des conseils sur mesure ou un accompagnement de projet ?

ROTEC propose non seulement des capteurs de vitesse, des systèmes de traitement des signaux, des systèmes de mesure (DAQ) et des logiciels de mesure et d'analyse, mais également des services d'ingénierie et de conseil.

Nos prestations comprennent la conception de points de mesure en CAO, l'usinage mécanique des composants, la mise en œuvre et l'étalonnage des capteurs, la réalisation des tâches de mesure et l'analyse des résultats conformément aux exigences de nos clients, y compris la présentation des résultats. L'équipe ROTEC ENGINEERING peut également prendre en charge des sous-projets dans le cadre de l'accompagnement de projets.

Existe-t-il une formation ou une assistance technique pour la mise en service et l'intégration des systèmes de mesure ?

Outre notre semaine annuelle de formation ROTEC, dispensée en allemand et en anglais, nous proposons également des formations sur mesure destinées aux utilisateurs. Ces formations sont spécialement adaptées à votre utilisation spécifique du système de mesure ROTEC et comprennent, outre les bases théoriques et une présentation détaillée du logiciel, des démonstrations pratiques de mesures réalisées dans votre environnement. Cela garantit que les futurs utilisateurs soient préparés de manière optimale à votre application spécifique.

De plus, nous sommes ravis de vous accompagner lors de la mise en service de nouveaux systèmes de mesure afin que vous puissiez vous familiariser le plus rapidement possible avec les paramètres et les possibilités du logiciel RAS.

Comment l'accompagnement est-il assuré et existe-t-il des solutions d'auto-assistance ?

Outre notre équipe commerciale et d'assistance basée à Munich, qui dessert directement le marché d'Europe centrale depuis ce site, ROTEC collabore également avec des partenaires locaux sur de nombreux marchés internationaux. Ces partenaires accompagnent les utilisateurs locaux pour toutes les questions relatives à la technologie de mesure ROTEC, à l'assistance de premier niveau et aux demandes commerciales, grâce à un personnel qualifié.

Nos clients du monde entier apprécient la proximité de nos équipes commerciales et d'assistance, car cela nous permet de garantir une assistance efficace, même pour les questions ponctuelles.

Outre le contact personnel, ROTEC propose également une base de connaissances complète pour l'auto-assistance. N'hésitez pas à vous inscrire à notre base de connaissances pour obtenir des informations détaillées sur la mesure et l'analyse des vibrations de torsion, des erreurs de transmission et des systèmes de vannes, entre autres.