Comprendre les défauts des éléments roulants
Définition : Que sont les défauts des éléments roulants ?
Défauts des éléments roulants Les dommages, défauts ou imperfections des billes ou des rouleaux des roulements à éléments roulants. Ces défauts comprennent des écaillages superficiels, des fissures, des contaminations incrustées, des inclusions de matériau et des imperfections géométriques. Lorsqu'un élément roulant défectueux tourne dans le roulement, il crée des impacts sur les bagues intérieure et extérieure, générant des vibrations. vibration au fréquence de rotation de la balle (BSF) avec des bandes latérales caractéristiques à fréquence de la cage (FTF) espacement.
Les défauts des éléments roulants sont moins courants que les défauts de chemin de roulement, représentant environ 10 à 15% des défaillances de roulements, mais lorsqu'ils se produisent, ils produisent des signatures de vibration distinctives et peuvent progresser rapidement jusqu'à une défaillance complète du roulement.
Types de défauts des éléments roulants
1. Écaillures de surface
Le défaut le plus courant des éléments roulants :
- Cause: Fatigue du contact roulant provoquant l'écaillage du matériau
- Apparence: Cratère ou fosse sur la surface de la balle/du rouleau
- Taille: Généralement de 0,5 à 3 mm au début, peut devenir plus grand
- Impact: Crée des impacts sur les deux races lorsque le défaut les frappe
- Fréquence: Génère des vibrations à BSF et 2×BSF
2. Fissures
- Cause: Surcharge, dommages dus à un impact ou fatigue
- Types: Fissures superficielles ou fissures souterraines
- Progression: La fissure se propage jusqu'à ce que la pièce se détache (devenant une écaillage)
- Détection: Difficile à détecter jusqu'à ce que l'écaillage se produise
- Danger: Peut conduire à une défaillance catastrophique soudaine si la balle se fragmente
3. Inclusions matérielles
- Cause: Défauts de fabrication : corps étrangers ou vides dans l'acier du roulement
- Effet: Crée une concentration de stress, initie une fatigue prématurée
- Détection: Habituellement non détectable jusqu'à ce que l'écaillage se développe autour de l'inclusion
- Prévention: Matériaux de roulement de haute qualité avec acier propre
4. Contamination intégrée
- Cause: Particules dures (saleté, copeaux de métal) pressées sur la surface de la balle
- Effet: Crée une bosse surélevée qui impacte les courses
- Progression: L'indentation devient un facteur de stress et peut entraîner un écaillage
- Détection: Génère des vibrations d'impact au BSF
5. Dommages causés par la corrosion et l'humidité
- Apparence: Taches de rouille, piqûres, rugosité de surface
- Progression: Les zones corrodées deviennent des sites d'initiation de la fatigue
- Prévention: Étanchéité adéquate, lubrifiants anticorrosion
6. Brinelling et bosselures
- Cause: Charge d'impact (chute, choc, dommages dus à la manipulation)
- Apparence: Indentations permanentes sur la surface de la balle
- Effet: Les bosses créent des impacts et des concentrations de contraintes
- Prévention: Manipulation soigneuse, procédures d'installation appropriées
Signature vibratoire
Contenu fréquentiel
Les défauts des éléments roulants produisent des motifs distinctifs :
- Fréquence primaire : BSF (fréquence de rotation de la balle), généralement 2 à 3 fois la vitesse de course
- Deuxième harmonique : 2×BSF souvent plus fort que le fondamental (le défaut frappe les deux courses par tour)
- Espacement des bandes latérales : FTF (fréquence de cage) bandes latérales, PAS 1× bandes latérales
- Modèle: BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF, créant une “ clôture à piquets ” avec un espacement FTF
Caractéristiques distinctives
| Fonctionnalité | Défaut de la course extérieure | Défaut de la race intérieure | Défaut d'élément roulant |
|---|---|---|---|
| Fréquence primaire | BPFO (3-5×) | BPFI (5-7×) | BSF (2-3×) |
| Espacement des bandes latérales | Aucun ou minime | ±1× (vitesse de l'arbre) | ±FTF (vitesse de la cage) |
| Stabilité de l'amplitude | Relativement stable | Écurie | Variable (dépend de la position de la balle) |
| Occurrence | Le plus courant (~40%) | Commun (~35%) | Le moins courant (~10-15%) |
Variabilité d'amplitude
Une caractéristique des défauts des éléments roulants :
- L'amplitude varie entre les mesures à mesure que la charge de l'élément défectueux varie
- Lorsque la balle est défectueuse dans la zone de charge : amplitude élevée
- Lorsque la bille est défectueuse en face de la zone de charge : amplitude inférieure
- Cette variabilité peut compliquer les tendances, mais constitue un diagnostic des défauts de balle.
Progression et conséquences
Développement des défauts
- Initiation: Petite fissure de surface ou inclusion
- Micro-éclats : Un petit morceau de matériau se détache
- Croissance des éclats : Les impacts sur les bords des défauts propagent les dommages
- Écaillures multiples : Les dommages secondaires causés par les débris créent des défauts supplémentaires
- Fragmentation de la balle : Dans les cas graves, la balle entière peut se fissurer et se fragmenter
- Échec complet : Le roulement perd sa capacité de charge
Dommages secondaires
- Dégâts de course : Une bille défectueuse endommage les surfaces intérieures et extérieures de la bague de roulement
- Circulation des débris : Le matériau écaillé crée une abrasion à trois corps
- Dommages à la cage : Les irrégularités de la surface de la balle peuvent endommager les poches de la cage
- Détérioration rapide : Une fois qu'une balle est endommagée, les autres suivent rapidement
Causes courantes
Défauts de fabrication et de matériaux
- Inclusions ou vides internes dans le matériau de la balle
- Traitement thermique inapproprié
- Défauts de finition de surface
- Imperfections géométriques (boules non rondes)
Dommages à l'installation
- Impact lors de la manipulation (chute, choc)
- Effet Brinell dû à une surcharge statique ou à des vibrations à l'arrêt
- Contamination lors de l'installation par des particules noyées
Conditions de fonctionnement
- Lubrification inadéquate provoquant une détérioration de la surface
- La surcharge accélère la fatigue
- Courant électrique traversant le roulement provoquant des piqûres
- Environnement corrosif attaquant les surfaces de balle
- Contamination par particules dures créant des indentations
Détection et diagnostic
Analyse des vibrations
- Calculer BSF et FTF pour roulement installé
- Recherche spectre d'enveloppe pour le pic BSF
- Vérifier le modèle de bande latérale FTF (fonction de diagnostic clé)
- Recherchez 2×BSF qui a souvent une amplitude plus élevée
- Plusieurs mesures peuvent montrer une variabilité d'amplitude
Inspection physique
- Démonter le roulement et inspecter chaque bille/rouleau individuellement
- Recherchez des éclats, des fissures, des matériaux incrustés et de la corrosion
- Sentir la rugosité de la surface (balles lisses ou rugueuses)
- Vérifier la précision géométrique (ovalisation)
- Photographier les défauts pour la documentation
Mesures correctives
Réponse immédiate
- Augmenter la fréquence de surveillance en fonction de la gravité
- Remplacement du roulement plan
- Enquêter sur la cause profonde pour éviter toute récidive
- Vérifiez les dommages secondaires aux courses
Analyse des causes profondes
- Revoir la sélection des roulements (cote adéquate ?)
- Vérifier l'adéquation de la lubrification
- Vérifier les sources de contamination
- Évaluer les pratiques d'installation
- Envisager une spécification de roulement améliorée en cas de défaillance prématurée
Les défauts des éléments roulants, bien que moins fréquents que les défauts de chemin de roulement, nécessitent la compréhension de leur signature fréquentielle BSF distinctive et des bandes latérales FTF pour un diagnostic précis. Une détection précoce grâce à l'analyse de l'enveloppe permet une maintenance planifiée avant que le défaut n'évolue vers des dommages graves aux roulements et une défaillance potentiellement catastrophique.
Catégories : GlossaireDiagnostic des vibrations
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