Comprendre la moyenne synchrone
Définition : Qu'est-ce que la moyenne synchrone ?
Moyenne synchrone (également appelé moyenne temporelle ou moyenne du signal) est une technique de traitement du signal dans analyse des vibrations qui améliore la synchronisation périodique et synchrone de la vitesse vibration Composants tout en supprimant le bruit aléatoire et les vibrations asynchrones. La méthode consiste à échantillonner les vibrations de manière répétée sur plusieurs tours d'arbre (déclenchés par un signal tachymétrique par tour), puis à calculer la moyenne des points correspondants à chaque tour. Les composantes périodiques, identiques à chaque tour, se renforcent grâce au moyennage, tandis que le bruit aléatoire et les composantes asynchrones s'annulent, améliorant ainsi considérablement le rapport signal/bruit.
La moyenne synchrone est particulièrement puissante pour diagnostiquer les problèmes d'engrenage (en isolant les caractéristiques individuelles de l'engrènement des engrenages) et peut révéler des motifs périodiques subtils enfouis dans le bruit qui seraient invisibles dans la norme. formes d'onde temporelles ou Spectres FFT.
Comment fonctionne la moyenne synchrone
Le processus
- Signal de déclenchement : Impulsion une fois par tour de tachymètre ou phaseur clé définit le début de chaque révolution
- Segmentation des données : Signal de vibration divisé en segments de longueur égale, un par tour
- Alignement : Tous les segments alignés pour déclencher l'impulsion (même point de départ)
- Moyenne point par point : Points correspondants dans chaque segment moyennés ensemble
- Résultat: Forme d'onde moyenne unique représentant une révolution
- Réduction du bruit : Les composantes aléatoires s'annulent ; les composantes périodiques se renforcent
Base mathématique
- Les signaux périodiques s'additionnent de manière cohérente (s'ajoutent en phase)
- Le bruit aléatoire s'additionne de manière incohérente (s'annule statistiquement)
- Amélioration du rapport signal/bruit ∝ √N, où N = nombre de moyennes
- Exemple : 100 moyennes améliorent le rapport signal/bruit de 10× (20 dB)
Applications
1. Diagnostic de la boîte de vitesses
Application la plus courante et la plus puissante :
Isolation des engrenages
- Moyenne synchrone avec l'engrenage d'intérêt
- Améliore le motif de maillage de cet engrenage
- Supprime les autres engrenages et roulements
- Révèle les défauts dentaires individuels
Analyse dent par dent
- La forme d'onde moyenne montre clairement l'engagement de chaque dent
- Une dent endommagée apparaît comme une déviation du motif
- Peut identifier quelle dent spécifique est endommagée
- Évaluation de la gravité à partir de l'ampleur de l'écart
2. Amélioration de l'analyse des roulements
- Moyenne sur la période de la bague extérieure pour l'isolement des défauts de la bague extérieure
- Améliore les impacts périodiques des défauts de roulement
- Réduit le masquage provenant d'autres sources de vibrations
- Particulièrement utile dans les environnements très bruyants
3. Vibration de torsion
- Améliorer les composants de torsion synchrones avec la rotation
- Supprime les vibrations latérales et le bruit
- Révéler les résonances de torsion et l'excitation
4. Équilibrage
- Améliorer amplitude et phase précision de mesure
- Particulièrement dans les environnements bruyants
- Plus fiable coefficient d'influence détermination
Avantages
Réduction du bruit
- Amélioration spectaculaire du rapport signal/bruit
- Peut extraire des signaux enfouis 20 à 30 dB sous le bruit
- Rend les mesures possibles dans des environnements difficiles
Isolement d'anomalie
- Sépare la signature d'un composant des autres
- Exemple : isoler le maillage du pignon du maillage de l'engrenage dans la boîte de vitesses
- Identifie quel composant est défectueux
Résolution améliorée
- Révèle des motifs et des défauts subtils
- Affiche les détails masqués dans le signal brut
- Permet une détection précoce des défauts
Exigences et limites
Exigences
- Tachymètre : Un déclencheur fiable une fois par tour est essentiel
- Vitesse constante : La vitesse doit être relativement constante (±1-2%)
- Moyennes suffisantes : Généralement 50 à 200 tours pour de bons résultats
- Signal périodique : Améliore uniquement les composants véritablement périodiques
Limites
- Supprime les défauts non synchrones : Défauts aléatoires, la plupart des défauts de roulement réduits
- Variations de vitesse : Changements de vitesse lors du calcul de la moyenne des résultats de flou
- Temps requis: Doit collecter des données sur de nombreuses révolutions
- Pas en temps réel : Post-traitement requis
Comparaison avec d'autres techniques
Moyenne synchrone vs. moyenne linéaire
- Synchrone: Les moyennes dans le domaine temporel, synchrones avec la rotation, améliorent la périodicité
- Linéaire: Moyenne des spectres FFT, réduit les variations aléatoires dans toutes les fréquences
- Cas d'utilisation : Synchrone pour les engrenages ; linéaire pour le lissage général du spectre
Moyenne synchrone vs. analyse d'enveloppe
- Moyenne synchrone : Domaine temporel, améliore les modèles périodiques
- Analyse de l'enveloppe: Domaine fréquentiel, détecte les impacts répétitifs
- Complémentaire: Peut combiner les deux pour une analyse complète
Mise en œuvre pratique
Installation
- Installer un tachymètre avec une impulsion claire une fois par tour
- Définir le nombre de moyennes (50 à 200 en moyenne)
- Définir la longueur du signal (1 tour, 10 tours, etc.)
- Vérifier la stabilité de la vitesse
Collecte de données
- Acquérir des données de vibration sur une période de moyenne
- L'instrument segmente et fait automatiquement la moyenne
- Afficher la forme d'onde moyenne
- Calculer souvent la FFT du signal moyen (spectre amélioré)
Interprétation
- Examiner la forme d'onde moyenne pour les modèles périodiques
- Rechercher des écarts indiquant des défauts
- Comparer aux signatures connues comme bonnes
- Quantifier la gravité du défaut à partir de l'amplitude de l'écart
Variations avancées
Moyenne synchrone des engrenages
- Déclenchement à partir de l'engrenage d'intérêt (pas de l'arbre)
- Affiche le motif de maillage pour cet engrenage spécifique
- Nécessite un encodeur ou un tachymètre multi-impulsions
Moyenne multi-ordre
- Moyenne de plusieurs commandes simultanément
- Séparer les composants 1×, 2×, 3×
- Fournit un contenu de commande complet
Signal de différence
- Soustraire le signal moyen du signal brut
- Le résidu montre ce qui a été supprimé (composants asynchrones)
- Utile pour identifier les défauts de roulement après le retrait de l'engrènement
Le moyennage synchrone est une technique sophistiquée de traitement du signal qui améliore considérablement la visibilité des vibrations périodiques synchrones à la vitesse, tout en supprimant le bruit et les composants asynchrones. La maîtrise du moyennage synchrone permet un diagnostic avancé des réducteurs, la détection précoce des défauts dans les environnements bruyants et l'identification de signatures spécifiques de composants dans les machines complexes.
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