Quelles sont les fréquences de défauts de roulement ? Détection des défauts • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors. Quelles sont les fréquences de défauts de roulement ? Détection des défauts • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors.

Quelles sont les fréquences de défauts des roulements ? Détection des défauts

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Comprendre les fréquences de défaut des roulements

Définition : Quelles sont les fréquences de défaut des roulements ?

Fréquences de défaut des roulements (également appelées fréquences de défauts de roulement ou fréquences caractéristiques) sont spécifiques vibration Fréquences générées lorsque les éléments roulants (billes ou rouleaux) d'un roulement passent sur des défauts tels que des fissures, des écaillures ou des piqûres sur les chemins de roulement ou sur les éléments roulants eux-mêmes. Ces fréquences sont mathématiquement prévisibles en fonction de la géométrie du roulement et de la vitesse de rotation de l'arbre, ce qui en fait des indicateurs de diagnostic précieux pour la détection précoce des défauts. défauts de roulement.

Comprendre et identifier ces fréquences à travers analyse des vibrations permet au personnel de maintenance de détecter les problèmes de roulements des mois avant qu'ils ne deviennent apparents par une augmentation de la température, du bruit ou une défaillance catastrophique, permettant une maintenance planifiée et évitant des temps d'arrêt imprévus coûteux.

Les quatre fréquences de défaut fondamentales

Chaque roulement à éléments roulants présente quatre fréquences de défaut caractéristiques, chacune correspondant à un type de défaut différent :

1. BPFO – Fréquence de passe de balle, course extérieure

La vitesse à laquelle les éléments roulants passent par un point fixe sur la bague extérieure :

  • Signification physique : Si un défaut existe sur la bague extérieure, chaque élément roulant le heurte à son passage, créant un impact répétitif
  • Valeur typique: Vitesse de rotation de l'arbre 3 à 5 fois supérieure pour la plupart des roulements
  • Formule: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
  • Le plus courant : Les défauts de la bague extérieure sont le mode de défaillance le plus fréquent des roulements
  • Effet de zone de charge : Une bague extérieure stationnaire signifie que le défaut est dans une position constante par rapport à la charge

2. BPFI – Fréquence de passage de balle, bague intérieure

La vitesse à laquelle les éléments roulants passent par un point fixe sur la bague intérieure :

  • Signification physique : La bague intérieure tourne avec l'arbre, donc un défaut sur la bague intérieure est frappé par chaque élément roulant lors de leur passage
  • Valeur typique: Vitesse de rotation de l'arbre 5 à 7 fois supérieure pour la plupart des roulements
  • Formule: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
  • Supérieur au BPFO : Fréquence toujours plus élevée que BPFO pour le même roulement
  • Bandes latérales : Affiche presque toujours 1× bandes latérales en raison de la modulation de la zone de charge

3. BSF – Fréquence de rotation de la balle

La fréquence de rotation d'un élément roulant tournant sur son propre axe :

  • Signification physique : Si un élément roulant présente un défaut, il impacte les deux bagues à cette fréquence
  • Valeur typique: 1,5 à 3 × vitesse de l'arbre
  • Formule: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
  • Le moins courant : Les défauts des éléments roulants sont moins fréquents que les défauts de la bague
  • Motif complexe : Le défaut entre en contact avec les deux races, créant une signature vibratoire complexe

4. FTF – Fréquence fondamentale du train

La fréquence de rotation de la cage de roulement (retenue) :

  • Signification physique : Vitesse à laquelle la cage tourne, transportant les éléments roulants autour du roulement
  • Valeur typique: 0,35-0,45× vitesse de l'arbre (sous-synchrone)
  • Formule: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
  • Défauts de la cage : Les cages usées ou endommagées excitent cette fréquence
  • Indicateur d'instabilité : Peut également apparaître lors d'instabilités du rotor induites par les roulements

Variables de formule expliquées

Les formules de fréquence de défaut utilisent ces paramètres géométriques de roulement :

  • N = Nombre d'éléments roulants (billes ou rouleaux)
  • n = Fréquence de rotation de l'arbre (Hz) ou vitesse (tr/min)
  • Bd = Diamètre de la bille ou du rouleau
  • Pd = Diamètre primitif (diamètre du cercle passant par les centres des éléments roulants)
  • β = Angle de contact (angle entre la direction de la charge et l'axe du roulement, généralement 0 à 40°)

La plupart des logiciels d’analyse des vibrations incluent des bases de données de roulements avec ces paramètres précalculés pour des milliers de modèles de roulements.

Comment les fréquences de défaut apparaissent dans les spectres de vibrations

Apparence de base

Lorsqu'un roulement présente un défaut :

  • Pic primaire : La fréquence des défauts apparaît comme un pic distinct dans le spectre de fréquences
  • Harmoniques: Plusieurs harmoniques (2×, 3×, 4×) de la fréquence de défaut apparaissent à mesure que le défaut s'aggrave
  • Bandes latérales : Pour les défauts de la bague intérieure et des éléments roulants, les bandes latérales 1× autour de la fréquence de défaut sont courantes
  • Croissance de l'amplitude : L'amplitude de la fréquence du défaut augmente à mesure que le défaut progresse

Motifs de bandes latérales

Les bandes latérales fournissent des informations de diagnostic cruciales :

  • Défauts de la course intérieure : BPFI avec bandes latérales ±1×, ±2× (défaut tournant dans/hors de la zone de charge)
  • Défauts de la course extérieure : Le BPFO peut avoir des bandes latérales 1× si la bague extérieure peut tourner légèrement
  • Défauts des éléments roulants : BSF avec bandes latérales espacées FTF (modulation de fréquence en cage)
  • Espacement des bandes latérales : Identifie quel composant est défectueux

Stade précoce vs. stade tardif

  • Stade précoce : De petits pics à peine au-dessus du niveau de bruit peuvent nécessiter analyse d'enveloppe détecter
  • Stade modéré : Pics clairs avec harmoniques et bandes latérales en FFT standard
  • Stade avancé : Amplitude très élevée, nombreuses harmoniques, augmentation du bruit à large bande
  • Stade tardif : Le spectre devient chaotique avec un bruit de fond élevé et de nombreux pics

Techniques de détection

Analyse FFT standard

  • Calculer FFT du signal de vibration
  • Rechercher des pics aux fréquences de roulement calculées
  • Efficace pour les défauts modérés à avancés
  • Peut manquer des défauts à un stade précoce enfouis dans le bruit

Analyse d'enveloppe (la plus efficace)

Analyse de l'enveloppe (démodulation) est la référence absolue en matière de détection des défauts de roulement :

  • Filtre les vibrations à basse fréquence et à haute énergie (dues à un déséquilibre, etc.)
  • Se concentre sur les impacts à haute fréquence des défauts de roulement
  • Peut détecter les défauts 6 à 12 mois plus tôt que la FFT standard
  • Le spectre d'enveloppe montre clairement les fréquences et les modèles de défauts

Techniques du domaine temporel

Application pratique

Procédure de diagnostic

  1. Identifier le roulement : Déterminer le modèle et l'emplacement du roulement
  2. Calculer les fréquences : Utilisez la géométrie du roulement pour calculer BPFO, BPFI, BSF, FTF (ou recherchez dans la base de données)
  3. Collecter des données de vibration : Mesurer au niveau du boîtier de roulement avec accéléromètre
  4. Analyser le spectre : Rechercher des fréquences calculées dans le spectre FFT ou enveloppe
  5. Confirmer le diagnostic : Vérifiez les harmoniques et les bandes latérales compatibles avec le type de défaut
  6. Évaluer la gravité : L'amplitude et le contenu harmonique indiquent le stade de progression du défaut
  7. Plan d'action : Planifier le remplacement des roulements en fonction de la gravité et de la criticité de l'équipement

Exemple de diagnostic

Moteur avec roulement SKF 6308 fonctionnant à 1800 tr/min (30 Hz) :

  • Fréquences calculées : BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
  • Observé dans le spectre d'enveloppe : Pic à 173 Hz avec des harmoniques à 346 Hz, 519 Hz
  • Bandes latérales : Bandes latérales de ±30 Hz autour du pic de 173 Hz
  • Diagnostic: Défaut de bague intérieure confirmé (BPFI avec 1× bandes latérales)
  • Action: Prévoir un remplacement des roulements dans un délai de 2 à 4 semaines en fonction de l'amplitude

Importance de la maintenance prédictive

  • Alerte précoce : Détecter les défauts 6 à 24 mois avant la défaillance
  • Diagnostic spécifique : Identifier quel composant du roulement est endommagé
  • Suivi des tendances : Suivre les amplitudes de fréquence des défauts pour prédire la durée de vie restante
  • Maintenance planifiée : Planifiez les remplacements pendant les temps d'arrêt qui vous conviennent
  • Prévenir les dommages secondaires : Remplacez le roulement avant qu'une défaillance catastrophique n'endommage l'arbre, le boîtier ou d'autres composants
  • Économies de coûts : Évitez les réparations d'urgence, les pertes de production et les dommages collatéraux

Les fréquences de défauts de roulements comptent parmi les outils de diagnostic les plus performants en analyse vibratoire. Leur prévisibilité mathématique, combinée aux techniques modernes d'analyse d'enveloppe, permet une détection précoce et fiable des défauts de roulements, constituant ainsi la pierre angulaire de programmes de maintenance prédictive efficaces pour les équipements rotatifs.

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