Tolérances d'alignement d'arbres : définition, importance et comment obtenir un alignement dans les limites de tolérance

Un alignement correct des machines est essentiel pour prolonger leur longévité, améliorer leur fiabilité et réduire les coûts de maintenance. Cependant, atteindre un alignement parfait à 100 % est quasiment impossible dans certaines configurations. C'est pourquoi la plupart des machines et des accouplements ont des tolérances d'alignement qui offrent une plage limitée d'alignements admissibles.

Ce guide explique précisément ce que sont les tolérances d'alignement et pourquoi elles sont si importantes lors de la réalisation d'alignements. Il fournit également des conseils pratiques sur la manière de respecter les tolérances et explique pourquoi il peut être important de les resserrer pour certains équipements.

Quelles sont les tolérances d’alignement des arbres ?

Les tolérances d'alignement correspondent au désalignement admissible, angulaire ou décalé, entre les arbres accouplés sans compromettre la fiabilité. Elles fournissent une plage dans laquelle la machine peut fonctionner avec une efficacité maximale et un minimum de dommages aux composants.

Les tolérances d'alignement des arbres sont souvent déterminées par la vitesse de rotation de la machine. Des vitesses de rotation élevées nécessitent des tolérances plus strictes, tandis que des machines plus lentes peuvent avoir des tolérances plus élevées.

Les normes d'alignement d'arbres standard sont définies par des organismes tels que l'American National Standards Institute (ANSI) et l'American Petroleum Institute (API). Elles sont également spécifiées par l'Organisation internationale de normalisation (ISO). Cependant, chaque machine peut avoir ses propres tolérances d'alignement spécifiées par le fabricant d'équipement d'origine (OEM).

Pourquoi les tolérances d'alignement des arbres sont importantes

Un alignement correct de l'arbre dans les tolérances est essentiel pour garantir la longévité et l'efficacité de machines tournantesLorsque les arbres sont désalignés au-delà des limites acceptables, des forces excessives sont transmises aux roulements, aux joints et aux autres composants, ce qui entraîne une augmentation des vibrations, de la chaleur et de l'usure. Cela peut entraîner une défaillance prématurée des équipements, des temps d'arrêt coûteux et des frais de maintenance plus élevés. Le respect de tolérances strictes d'alignement des arbres minimise ces contraintes et prolonge la durée de vie de la machine et de ses composants.

De plus, un alignement précis améliore l'efficacité opérationnelle. Des arbres mal alignés peuvent entraîner des pertes d'énergie dues à une augmentation des frottements et des vibrations, réduisant ainsi les performances globales du système et augmentant les coûts d'énergie. Pour les accouplements, un alignement correct des arbres garantit leur bon fonctionnement dans les limites de leur conception, évitant ainsi une usure excessive ou des défaillances.

Au-delà des dommages matériels, un mauvais alignement des actifs critiques peut présenter des risques pour la sécurité, tels que des défaillances inattendues dans turbines à grande vitesse ou des compresseurs, ce qui rend l'alignement précis essentiel pour la sécurité des travailleurs.

Enfin, l’obtention d’un alignement dans les limites de tolérance améliore également les indicateurs de performance clés tels que le temps moyen entre pannes (MTBF) et le temps moyen de réparation (MTTR), optimisant ainsi les performances et minimisant les coûts opérationnels.

Types de désalignement d'arbre

Le désalignement se présente sous deux formes : décalé (également appelé parallèle, lorsque les arbres sont décalés) et angulaire (lorsque les arbres sont inclinés l'un par rapport à l'autre). Les tolérances d'alignement offrent une tolérance maximale pour ces deux types de désalignement.

La tolérance de désalignement parallèle ou décalé se mesure en minuscules unités, appelées mils. Un mil correspond à un millième de pouce (ou 0.001 pouce), soit environ l'épaisseur d'un cheveu. Cette petite valeur peut être imperceptible à l'œil nu, mais quelques mils suffisent à faire la différence entre une machine alignée dans les limites de tolérance et une machine mal alignée.

Le désalignement angulaire se mesure en millièmes de pouce (mils par pouce), ce qui indique l'inclinaison des arbres sur une distance donnée. Par exemple, un désalignement angulaire de 1 millième de pouce (mil/pouce) signifie que l'écart entre les axes des arbres augmente de 1 millième de pouce (mil) par pouce de longueur.

Autres facteurs affectant les tolérances

Comme mentionné précédemment, les tolérances d'alignement des arbres dépendent de la vitesse de rotation d'une machine et de son comportement en fonctionnement. Les tableaux de tolérance d'alignement des arbres basés sur la vitesse fournissent des indications sur le désalignement acceptable en fonction de la vitesse de rotation de la machine. Ces tableaux, souvent fournis par les fabricants ou selon les normes industrielles, garantissent que l'alignement répond aux exigences de la machine, réduisant ainsi l'usure des roulements, des joints et des accouplements.

Les machines changent également pendant le fonctionnement en raison de croissance thermique et les charges opérationnelles. La chaleur provoque la dilatation des composants métalliques, ce qui modifie l'alignement des arbres, tandis que des forces telles que le couple ou les contraintes sur les tuyauteries peuvent provoquer des mouvements supplémentaires. Pour remédier à ce problème, les techniciens effectuent un alignement à froid, en désalignant intentionnellement les arbres légèrement afin de tenir compte des variations attendues et de garantir un alignement parfait lorsque la machine est en fonctionnement. Par exemple, si un moteur monte de 4 mils à chaud, il est aligné de 4 mils plus bas à froid. Les outils d'alignement laser modernes simplifient ces ajustements en prenant en compte les données de dilatation thermique.

Tolérances d'alignement d'arbres et tolérances d'alignement d'accouplements

Il est également important de noter qu'il existe une distinction entre les tolérances d'alignement d'arbre et les tolérances d'alignement d'accouplement. Les tolérances d'alignement d'arbre protègent la machine elle-même, ainsi que les composants tels que les roulements et les joints. Les tolérances d'alignement d'accouplement protègent l'accouplement lui-même ; elles peuvent donc différer des tolérances d'alignement d'arbre.

Les tolérances d'alignement des accouplements sont souvent supérieures à celles des machines, notamment pour les accouplements flexibles. Cependant, pour certains types d'accouplements rigides, les tolérances de l'accouplement peuvent être plus strictes que celles de l'arbre. L'alignement des arbres permet généralement de respecter les tolérances d'alignement des accouplements.

Que faire lorsque la tolérance ne suffit pas

Les tolérances d'alignement sont généralement exprimées par un nombre représentant le décalage maximal pouvant encore être considéré comme conforme. Par exemple, pour une machine, la tolérance peut être de 8 mils de décalage et de 0.5 mils/pouce de désalignement angulaire. Cela signifie que si 8 mils et 0.5 mils/pouce sont conformes à la tolérance, toute valeur inférieure l'est également.

Dans la plupart des cas, plus le désalignement est faible, meilleur sera le fonctionnement de la machine. Ainsi, si un alignement décalé de seulement 8 mils peut être dans les limites de tolérance, un alignement de 6 mils, soit 2 mils de moins que la tolérance indiquée, serait encore plus optimal.

Pour de nombreuses machines, le respect des tolérances publiées par les fabricants ou des normes industrielles garantit un fonctionnement fiable. Ces tolérances sont conçues pour des applications générales où un léger désalignement n'a pas d'impact significatif sur les performances. Elles concilient précision et considérations pratiques comme le temps et le coût d'alignement, ce qui les rend adaptées aux actifs non critiques ou aux conditions de fonctionnement standard.

Cependant, pour les actifs critiques tels que les compresseurs centrifuges dans les raffineries, les générateurs dans les centrales électriques ou les broches à grande vitesse dans l'industrie manufacturière, des spécifications d'alignement plus strictes peuvent améliorer considérablement la longévité et minimiser les temps d'arrêt. Les équipements critiques fonctionnent souvent à des régimes élevés ou dans des conditions exigeantes (fonctionnement continu, couple élevé ou environnements difficiles), où même de légers défauts d'alignement peuvent amplifier les vibrations, solliciter les roulements et les joints, voire entraîner des pannes catastrophiques. Le resserrement des tolérances au-delà des normes publiées réduit ces risques, améliorant ainsi la fiabilité et la sécurité.

Déterminer quand resserrer les tolérances implique de peser les avantages d’un alignement plus précis par rapport à l’effort nécessaire pour obtenir et maintenir l’alignement.

Alignement dans les tolérances, la méthode facile

Les techniciens réalisent l'alignement à l'aide d'outils tels que des indicateurs à cadran, qui mesurent le désalignement lorsque les arbres tournent, ou systèmes d'alignement laser avancés, qui fournissent des données en temps réel et des conseils automatisés pour des ajustements précis.

Les outils d'alignement laser mono-axes Pruftechnik sont équipés de tableaux de tolérances intégrés pour vous aider à respecter facilement les tolérances des spécifications de la norme ANSI. Sélectionnez simplement le type et le format d'accouplement, le diamètre et la vitesse de rotation de la machine, et le système d'alignement affichera un tableau présentant trois niveaux d'alignement : minimal, standard et de précision. L'alignement minimal se situe juste dans les limites de tolérance, tandis que l'alignement de précision dépasse les normes de tolérance et constitue l'alignement le plus précis possible.

Ensuite, prenez simplement des mesures en faisant tourner l’arbre, obtenez des résultats en temps réel et suivez le flux de travail automatisé et guidé jusqu’à ce que vous obteniez un alignement dans les limites de tolérance.

Pour les machines nécessitant des tolérances plus strictes que la norme, les outils Pruftechnik permettent également aux utilisateurs de définir leurs propres tolérances, y compris les tolérances asymétriques, afin d'obtenir l'alignement requis pour leur application spécifique. Les techniciens peuvent utiliser une étiquette RFID pour étiqueter la machine, et les outils Pruftechnik peuvent lire la RFID, se connecter au cloud et extraire l'historique des données d'alignement, y compris les tolérances définies par l'utilisateur, pour des alignements de précision plus rapides.

Les tolérances d'alignement indiquent aux techniciens le niveau d'alignement requis, mais les outils Pruftechnik facilitent l'alignement dans les tolérances, même pour les techniciens sans expérience préalable. En savoir plus sur les outils d'alignement d'arbres laser Pruftechnik ici.