Qu'est-ce que la fréquence d'engrènement ? Diagnostic de boîte de vitesses • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors. Qu'est-ce que la fréquence d'engrènement ? Diagnostic de boîte de vitesses • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors.

Qu'est-ce que la fréquence d'engrènement ? Diagnostic de boîte de vitesses

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Comprendre la fréquence d'engrènement des engrenages

Définition : Qu'est-ce que la fréquence d'engrènement ?

Fréquence d'engrènement (GMF, également appelée fréquence d'engrènement des dents ou fréquence d'engagement des dents) est la vibration Fréquence générée par l'engrènement des dents d'un engrenage lors de leur entrée et de leur sortie de contact pendant la rotation. Elle est calculée en multipliant le nombre de dents d'un engrenage par sa vitesse de rotation (GMF = Nombre de dents × tr/min / 60). La GMF représente la vitesse d'engrènement des dents et constitue généralement la fréquence dominante dans le spectre vibratoire des boîtes de vitesses.

La compréhension et la surveillance du GMF sont fondamentales pour le diagnostic de la boîte de vitesses car l'amplitude, harmoniques, et bandes latérales Les pics GMF fournissent des informations détaillées sur l'état des engrenages, notamment l'usure, le désalignement, les défauts des dents et l'adéquation de la lubrification.

Calcul de la fréquence d'engrènement des engrenages

Formule de base

Le GMF peut être calculé à partir de l'un ou l'autre des engrenages d'une paire d'engrènement :

  • GMF = Npignon × tr/minpignon / 60 (en utilisant le pignon)
  • GMF = Nengrenage × tr/minengrenage / 60 (en utilisant du matériel)
  • Les deux méthodes donnent le même résultat (obligatoire, puisque les dents s'engrènent)

Exemples de calculs

Exemple 1 : boîte de vitesses simple

  • Entrée (Pignon) : 20 dents à 1800 tr/min
  • Sortie (engrenage) : 60 dents à 600 tr/min
  • FMG = 20 × 1800 / 60 = 600 Hz
  • Vérification : 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓

Exemple 2 : boîte de vitesses à plusieurs étages

  • Première étape : 18 dents à 3600 tr/min → GMF₁ = 1080 Hz
  • Deuxième étape : 25 dents à 1200 tr/min → GMF₂ = 500 Hz
  • Troisième étape : 30 dents à 400 tr/min → GMF₃ = 200 Hz
  • Spectre: Affiche les pics aux trois fréquences ainsi que les harmoniques et les bandes latérales

GMF dans les spectres de vibrations

Boîte de vitesses normale (saine)

  • Pic GMF : Pic clair à la fréquence calculée
  • Amplitude: Modérée, constante dans le temps
  • Harmoniques : 2×GMF et 3×GMF peuvent être présents mais de faible amplitude (< 25% de GMF)
  • Bandes latérales : Minimal ou absent
  • Vitesses de l'arbre : 1× pics pour les arbres d'entrée et de sortie inférieurs à GMF

Signatures anormales indiquant des problèmes

Amplitude GMF élevée

  • Cause: Usure générale des engrenages, désalignement, charges élevées
  • Indicateur: L'amplitude du GMF augmente avec le temps
  • Action: Augmenter la fréquence de surveillance, planifier les inspections

Harmoniques GMF multiples

  • Cause: Défauts de dents d'engrenage, usure importante, mauvais contact
  • Modèle: 2×GMF, 3×GMF, 4×GMF avec des amplitudes significatives
  • Gravité: Plus d'harmoniques = condition plus sévère

Bandes latérales autour de GMF

Les bandes latérales sont une modulation du GMF par les vitesses de l'arbre :

  • Bandes latérales du pignon : GMF ± vitesse de l'arbre d'entrée → indique des défauts de pignon
  • Bandes latérales d'engrenage : GMF ± vitesse de l'arbre de sortie → indique des défauts d'engrenage
  • Bandes latérales multiples : GMF ± n×(vitesse de l'arbre) où n = 1, 2, 3… → défauts dentaires spécifiques
  • Bandes latérales asymétriques : Un côté plus fort indique un engrenage excentrique ou un espacement inégal des dents

Interprétation diagnostique

Évaluation de l'état des engins

Condition Amplitude GMF Harmoniques bandes latérales
Neuf/Bon Bas, stable Minimal (< 25% de GMF) Absent ou très petit
Usure normale Augmentation modérée et progressive 2×GMF présent mais faible De petites bandes latérales peuvent apparaître
Usure modérée Forte augmentation continue 2×, 3×GMF visible Bandes latérales claires ± fréquences d'arbre
Usure/dommages importants Très élevé Harmoniques multiples (4×, 5×+) Familles à bandes latérales multiples
Défaut localisé Modéré Présent Bandes latérales fortes et régulièrement espacées

Signatures de défauts spécifiques

Désalignement des engrenages

  • Harmoniques élevées 2×GMF et 3×GMF
  • Les vibrations axiales peuvent être élevées
  • Amélioré par la correction de l'alignement des engrenages

Engrenage excentrique

  • Bandes latérales fortes à ±1× vitesse de l'arbre de l'engrenage excentrique
  • Le contact des dents varie une fois par tour
  • Peut voir une modulation d'amplitude dans la forme d'onde temporelle

Dent cassée ou fissurée

  • Bandes latérales de grande amplitude à l'espacement de la vitesse de l'arbre
  • Un impact par tour d'engrenage défectueux
  • Peut montrer des événements impulsifs sous forme d'onde temporelle
  • Croissance rapide de l'amplitude

Lubrification inadéquate

  • Amplitude GMF élevée due à une friction accrue
  • Augmentation du bruit à haute fréquence
  • Augmentation de la température dans la boîte de vitesses

GMF et résonance structurelle

Le GMF tombe souvent dans la gamme qui excite les résonances structurelles :

  • GMF typique : 200-2000 Hz pour les réducteurs industriels
  • Encadrer les fréquences naturelles : Souvent 50-500 Hz
  • Correspondance : Les GMF ou les harmoniques peuvent exciter les résonances du cadre ou du boîtier
  • Résultat: Bruit d'engrenage bruyant, vibrations excessives du carter
  • Solution : Renforcer le boîtier, ajouter de l'amortissement, modifier le nombre de dents de l'engrenage (modifie le GMF)

Stratégie de surveillance

Établissement de la ligne de base

  • Enregistrez l'amplitude GMF lorsque la boîte de vitesses est neuve ou fraîchement révisée
  • Documenter les niveaux harmoniques et de bandes latérales normaux
  • Établir des limites d’alarme (généralement 2 à 3 fois la ligne de base)

Paramètres de tendance

  • Amplitude GMF : Indicateur principal de l'état général de l'engrenage
  • Rapports harmoniques : 2×GMF/GMF, une augmentation de 3×GMF/GMF indique une détérioration
  • Énergie de la bande latérale : Somme des amplitudes des bandes latérales
  • Contenu haute fréquence : Énergie à large bande dans la gamme 5-50 kHz (état de surface de l'engrenage)

Niveaux d'alarme

  • Alerte: Amplitude GMF 2× ligne de base
  • Alarme: Amplitude GMF 4× ligne de base ou augmentation rapide
  • Critique: Harmoniques multiples et fortes, bandes latérales étendues ou ligne de base 10×

La fréquence d'engrènement est essentielle à la surveillance et au diagnostic de l'état des réducteurs. Comprendre le calcul de la fréquence d'engrènement, les schémas spectraux normaux et anormaux, ainsi que l'importance diagnostique des harmoniques et des bandes latérales, permet de détecter efficacement les problèmes d'engrenages bien avant une défaillance catastrophique, ce qui permet une maintenance planifiée et prévient les pertes de production coûteuses.

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Catégories : AnalyseGlossaire
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