Analyse des vibrations avec Balanset-1A : Guide du débutant pour le diagnostic spectral

Introduction : De l'équilibrage au diagnostic : exploitez pleinement le potentiel de votre analyseur de vibrations

Le Balanset-1A est principalement reconnu comme un outil efficace pour l'équilibrage dynamique. Cependant, ses capacités vont bien au-delà, ce qui en fait un analyseur de vibrations puissant et accessible. Équipé de capteurs sensibles et d'un logiciel d'analyse spectrale par transformée de Fourier rapide (FFT), le Balanset-1A est un excellent instrument pour une analyse vibratoire complète. Ce guide comble le vide laissé par le manuel officiel en expliquant ce que les données vibratoires révèlent sur l'état de la machine.

Ce guide est structuré de manière séquentielle pour vous guider des bases à l'application pratique :

• La section 1 posera les bases théoriques, expliquant simplement et clairement ce qu'est la vibration, comment fonctionne l'analyse spectrale (FFT) et quels paramètres spectraux sont essentiels pour un diagnosticien.
• La section 2 fournira des instructions étape par étape pour obtenir des spectres de vibrations de haute qualité et fiables à l'aide du dispositif Balanset-1A dans différents modes, en se concentrant sur les nuances pratiques non décrites dans les instructions standard.
• La section 3 constitue le cœur de l'article. Elle analyse en profondeur les « empreintes » – signes spectraux caractéristiques des défauts les plus courants : déséquilibre, désalignement, jeu mécanique et défauts de roulement.
• La section 4 intégrera les connaissances acquises dans un système unifié, offrant des recommandations pratiques pour la mise en œuvre d'une surveillance et d'un algorithme de prise de décision simple.

En maîtrisant le contenu de cet article, vous pourrez utiliser Balanset-1A non seulement comme dispositif d'équilibrage, mais également comme complexe de diagnostic d'entrée de gamme à part entière, vous permettant d'identifier les problèmes à un stade précoce, de prévenir les accidents coûteux et d'augmenter considérablement la fiabilité de votre équipement d'exploitation.

Section 1 : Principes fondamentaux de l'analyse vibratoire et spectrale (FFT)

1.1. Qu’est-ce que la vibration et pourquoi est-elle importante ?

Tout équipement rotatif, qu'il s'agisse d'une pompe, d'un ventilateur ou d'un moteur électrique, génère des vibrations en fonctionnement. Les vibrations sont l'oscillation mécanique d'une machine ou de ses composants par rapport à leur position d'équilibre. Dans un état idéal et pleinement fonctionnel, une machine génère un niveau de vibrations faible et stable : c'est son « bruit de fonctionnement » normal. Cependant, à mesure que des défauts apparaissent et se développent, ce bruit de fond vibratoire commence à changer.

La vibration est la réponse de la structure du mécanisme à des forces d'excitation cycliques. Les sources de ces forces peuvent être très diverses :

• Force centrifuge due au déséquilibre du rotor : Il résulte d'une répartition inégale de la masse par rapport à l'axe de rotation. C'est ce qu'on appelle le « point lourd » qui, lors de la rotation, crée une force transmise aux roulements et au carter de la machine.
• Forces associées aux imprécisions géométriques : Le désalignement des arbres couplés, la courbure de l'arbre, les erreurs dans les profils des dents de la boîte de vitesses : tout cela crée des forces cycliques provoquant des vibrations.
• Forces aérodynamiques et hydrodynamiques : Se produisent lors de la rotation des roues des ventilateurs, des extracteurs de fumée, des pompes et des turbines.
• Forces électromagnétiques : Caractéristique des moteurs et générateurs électriques et peut être provoquée, par exemple, par une asymétrie d'enroulement ou par la présence de spires court-circuitées.

Chacune de ces sources génère des vibrations aux caractéristiques uniques. C'est pourquoi l'analyse vibratoire est un outil de diagnostic si puissant. En mesurant et en analysant les vibrations, nous pouvons non seulement affirmer que la machine vibre fortement, mais aussi, avec un degré de probabilité élevé, en déterminer la cause profonde. Cette capacité de diagnostic avancée est essentielle à tout programme de maintenance moderne.

1.2. Du signal temporel au spectre : une explication simple de la FFT

Un capteur de vibrations (accéléromètre), installé sur le palier, convertit les oscillations mécaniques en signal électrique. Si ce signal est affiché sur un écran en fonction du temps, on obtient un signal temporel, ou forme d'onde. Ce graphique illustre l'évolution de l'amplitude des vibrations à chaque instant.

Dans un cas simple, comme un déséquilibre pur, le signal temporel ressemblera à une sinusoïde lisse. Cependant, en réalité, une machine est presque toujours soumise à plusieurs forces d'excitation simultanées. Par conséquent, le signal temporel est une courbe complexe, apparemment chaotique, dont il est pratiquement impossible d'extraire des informations diagnostiques utiles.

C'est là qu'un outil mathématique vient à la rescousse : la transformée de Fourier rapide (FFT). On peut l'imaginer comme un prisme magique pour les signaux vibratoires.

Imaginez qu'un signal temporel complexe soit un faisceau de lumière blanche. Il nous semble unifié et indiscernable. Mais lorsque ce faisceau traverse un prisme de verre, il se décompose en ses couleurs constitutives – rouge, orange, jaune, etc. – formant un arc-en-ciel. La FFT fait de même avec un signal vibratoire : elle extrait une courbe complexe du domaine temporel et la décompose en composantes sinusoïdales simples, chacune possédant sa propre fréquence et sa propre amplitude.

Le résultat de cette transformation est représenté sur un graphique appelé spectre vibratoire. Ce spectre est le principal outil de travail de toute personne effectuant une analyse vibratoire. Il permet de voir ce qui se cache dans le signal temporel : quelles vibrations « pures » constituent le bruit global de la machine.

1.3. Paramètres clés du spectre à comprendre

Le spectre de vibrations que vous verrez sur l'écran du Balanset-1A en mode « Vibromètre » ou « Graphiques » comporte deux axes, dont la compréhension est absolument nécessaire pour le diagnostic.

Axe horizontal (X) : Fréquence

Cet axe indique la fréquence des oscillations et est mesuré en hertz (Hz). 1 Hz correspond à une oscillation complète par seconde. La fréquence est directement liée à la source de vibration. Différents composants mécaniques et électriques d'une machine génèrent des vibrations à leurs fréquences caractéristiques et prévisibles. Connaître la fréquence à laquelle un pic de vibration élevé est observé permet d'identifier le responsable : une unité ou un défaut spécifique.

Fréquence de rotation (1x) : Il s'agit de la fréquence la plus importante pour tout diagnostic vibratoire. Elle correspond à la vitesse de rotation de l'arbre de la machine. Par exemple, si l'arbre d'un moteur tourne à 3 000 tours par minute (tr/min), sa fréquence de rotation sera : f = 3 000 tr/min / 60 s/min = 50 Hz. Cette fréquence est notée 1x. Elle sert de référence pour l'identification de nombreux autres défauts.

Axe vertical (Y) : Amplitude

Cet axe indique l'intensité ou la force des vibrations à chaque fréquence spécifique. Dans le dispositif Balanset-1A, l'amplitude est mesurée en millimètres par seconde (mm/s), ce qui correspond à la valeur efficace (RMS) de la vitesse de vibration. Plus le pic du spectre est élevé, plus l'énergie vibratoire est concentrée à cette fréquence et, en règle générale, plus le défaut associé est grave.

Harmoniques

Les harmoniques sont des fréquences qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale. Le plus souvent, la fréquence fondamentale est la fréquence de rotation 1x. Ainsi, ses harmoniques seront : 2x (seconde harmonique) = 2×1x, 3x (troisième harmonique) = 3×1x, 4x (quatrième harmonique) = 4×1x, et ainsi de suite. La présence et la hauteur relative des harmoniques apportent des informations diagnostiques cruciales. Par exemple, un déséquilibre pur se manifeste principalement à 1x avec de très faibles harmoniques. Cependant, un jeu mécanique ou un désalignement d'arbre génère toute une « forêt » d'harmoniques élevées (2x, 3x, 4x, etc.). L'analyse du rapport d'amplitude entre 1x et ses harmoniques permet de distinguer différents types de défauts.

Section 2 : Obtention d'un spectre de vibrations à l'aide de Balanset-1A

La qualité du diagnostic dépend directement de la qualité des données initiales. Des mesures incorrectes peuvent conduire à des conclusions erronées, à des réparations inutiles ou, à l'inverse, à passer à côté d'un défaut en développement. Cette section propose un guide pratique pour collecter des données précises et reproductibles à l'aide de votre appareil.

2.1. Préparation des mesures : la clé pour des données précises

Avant de connecter les câbles et de lancer le programme, il est essentiel de veiller à la bonne installation des capteurs. C'est l'étape la plus importante, déterminante pour la fiabilité de toutes les analyses ultérieures.

Méthode de montage : Le Balanset-1A est fourni avec des supports de capteur magnétiques. Cette méthode de montage est pratique et rapide, mais pour être efficace, plusieurs règles doivent être respectées. La surface au point de mesure doit être :

• Faire le ménage: Enlevez la saleté, la rouille et la peinture écaillée.
• Plat: Le capteur doit être parfaitement aligné avec la surface de l'aimant. Ne l'installez pas sur des surfaces arrondies ou des têtes de boulons.
• Massif: Le point de mesure doit faire partie de la structure porteuse de la machine (par exemple, le boîtier du roulement), et non d'un mince couvercle de protection ou d'une ailette de refroidissement.

Pour une surveillance stationnaire ou pour obtenir une précision maximale à hautes fréquences, il est recommandé d'utiliser une connexion filetée (goujon) si la conception de la machine le permet.

Emplacement: Les forces générées lors du fonctionnement du rotor sont transmises au carter de la machine par les roulements. Par conséquent, l'emplacement idéal pour installer les capteurs est le carter de roulement. Veillez à placer le capteur le plus près possible du roulement afin de mesurer les vibrations avec une distorsion minimale.

Sens de mesure : Les vibrations sont un processus tridimensionnel. Pour obtenir une image complète de l'état de la machine, des mesures doivent être effectuées dans trois directions :

• Horizontal radial (H) : Perpendiculaire à l'axe de l'arbre, dans le plan horizontal.
• Radial vertical (V) : Perpendiculaire à l'axe de l'arbre, dans le plan vertical.
• Axial (A) : Parallèle à l'axe de l'arbre.

En règle générale, la rigidité de la structure dans le sens horizontal est plus faible que dans le sens vertical, de sorte que l'amplitude des vibrations dans le sens horizontal est souvent la plus élevée. C'est pourquoi la direction horizontale est souvent choisie pour l'évaluation initiale. Cependant, les vibrations axiales apportent des informations uniques, essentielles pour diagnostiquer des défauts tels qu'un désalignement d'arbre.

Balanset-1A est un appareil à deux canaux, principalement présenté dans le manuel sous l'angle de l'équilibrage biplan. Cependant, pour le diagnostic, cela ouvre des possibilités bien plus vastes. Au lieu de mesurer les vibrations sur deux roulements différents, les deux capteurs peuvent être connectés au même palier, mais dans des directions différentes. Par exemple, le canal 1 du capteur peut être installé radialement (horizontalement) et le canal 2 axialement. L'acquisition simultanée des spectres dans les deux directions permet une comparaison instantanée des vibrations axiales et radiales, une technique standard en diagnostic professionnel pour une détection fiable des défauts d'alignement. Cette méthode élargit considérablement les capacités de diagnostic de l'appareil, allant au-delà de ce qui est décrit dans le manuel.

2.2. Étape par étape : Utilisation du mode « Vibromètre » (F5) pour une évaluation rapide

Ce mode est conçu pour le contrôle opérationnel des principaux paramètres vibratoires et est idéal pour une évaluation rapide de l'état des machines sur site. La procédure d'obtention d'un spectre dans ce mode est la suivante :

1. Connexion des capteurs : installez des capteurs de vibrations aux points sélectionnés et connectez-les aux entrées X1 et X2 de l'unité de mesure. Connectez le tachymètre laser à l'entrée X3 et fixez un marqueur réfléchissant sur l'arbre.
2. Démarrez le programme : Dans la fenêtre principale du programme Balanset-1A, cliquez sur le bouton « F5 - Vibration Meter ».
3. La fenêtre de travail s'ouvre (Fig. 7.4 du manuel). Sa partie supérieure affiche les valeurs numériques : vibration globale (V1s), vibration à la fréquence de rotation (V1o), phase (F1) et vitesse de rotation (N tr/min).
4. Démarrer la mesure : cliquez sur le bouton « F9 - Exécuter ». Le programme commencera à collecter et à afficher les données en temps réel.
5. Analyser le spectre : en bas de la fenêtre se trouve le graphique « Spectre de vibration - canaux 1 et 2 (mm/s) ». Il s'agit du spectre de vibration. L'axe horizontal indique la fréquence en Hz et l'axe vertical l'amplitude en mm/s.

Ce mode permet d'effectuer le premier et le plus important contrôle de diagnostic, recommandé même dans le manuel d'équilibrage. Comparez les valeurs de V1s (vibration globale) et V1o (vibration à fréquence de rotation 1x).

• Si V1s≈V1o, cela signifie que la majeure partie de l'énergie vibratoire est concentrée à la fréquence de rotation. La principale cause de vibration est probablement un déséquilibre.
• Si V1s≫V1o, cela indique qu'une part importante des vibrations est causée par d'autres sources (désalignement, jeu, défauts de roulement, etc.). Dans ce cas, un simple équilibrage ne résoudra pas le problème et une analyse plus approfondie du spectre est nécessaire.

2.3. Étape par étape : Utilisation du mode « Graphiques » (F8) pour une analyse détaillée

Pour les diagnostics approfondis nécessitant un examen plus détaillé du spectre, le mode « Graphiques » est nettement plus performant. Il offre un graphique plus grand et plus informatif, facilitant l'identification des pics et l'analyse de leur structure. La procédure pour obtenir un spectre dans ce mode est la suivante :

1. Connectez les capteurs de la même manière que pour le mode « Vibromètre ».
2. Mode de démarrage : Dans la fenêtre principale du programme, cliquez sur le bouton « F8 - Graphiques ».
3. Sélectionner le type de graphique : Dans la fenêtre ouverte (Fig. 7.19 du manuel), une rangée de boutons apparaît en haut. Cliquez sur « F5 - Spectre (Hz) ».
4. La fenêtre d'analyse spectrale s'ouvre (Fig. 7.23 du manuel). La partie supérieure affiche le signal temporel, tandis que la partie inférieure, principale, affiche le spectre vibratoire.
5. Démarrer la mesure : cliquez sur le bouton « F9-Exécuter ». L'appareil effectuera une mesure et générera des graphiques détaillés.

Le spectre obtenu dans ce mode est beaucoup plus pratique à analyser. Il permet de visualiser plus clairement les pics à différentes fréquences, d'évaluer leur hauteur et d'identifier les séries harmoniques. Ce mode est recommandé pour diagnostiquer les défauts décrits dans la section suivante.

Section 3 : Diagnostic des défauts typiques par spectres de vibrations (jusqu'à 1 000 Hz)

Cette section constitue le cœur pratique du guide. Nous y apprendrons à lire les spectres et à les corréler à des problèmes mécaniques spécifiques. Pour une orientation pratique et rapide sur le terrain, les principaux indicateurs de diagnostic sont résumés dans un tableau récapitulatif. Il servira de référence rapide lors de l'analyse de données réelles.

Tableau 3.1 : Résumé des indicateurs de diagnostic

Faute	Signature spectrale primaire	Harmoniques typiques	Notes
Déséquilibrer	Amplitude élevée à une fréquence de rotation de 1×	Faible	Les vibrations radiales dominent. L'amplitude augmente de façon quadratique avec la vitesse.
Désalignement	Amplitude élevée à une fréquence de rotation 2×	1×, 3×, 4×	Souvent accompagné de vibrations axiales.
relâchement mécanique	Harmoniques multiples 1× (« forêt » d'harmoniques)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Des sous-harmoniques (0,5×, 1,5×) peuvent apparaître à 1/2x, 3/2x, etc. en raison de fissures.
Défaut de roulement	Pics à fréquences non synchrones (BPFO, BPFI, etc.)	Harmoniques multiples des fréquences de défaut	Souvent visible sous forme de bandes latérales autour des pics. Sonne comme du « bruit » dans les hautes fréquences.
Défaut d'engrènement	Haute fréquence d'engrènement (GMF) et ses harmoniques	Bandes latérales autour de GMF à 1x	Indique l'usure, les dommages aux dents ou l'excentricité.

Ensuite, nous allons décomposer chacun de ces défauts en détail.

3.1. Déséquilibre : le problème le plus courant

Cause physique : Un balourd se produit lorsque le centre de masse d'une pièce en rotation (rotor) ne coïncide pas avec son axe géométrique de rotation. Cela crée un « point lourd » qui, lors de la rotation, génère une force centrifuge agissant dans le sens radial et transmise aux paliers et à la fondation.

Signatures spectrales : Le signe principal est un pic de forte amplitude strictement à la fréquence de rotation (1x). Les vibrations sont principalement radiales. Il existe deux principaux types de balourd :

Déséquilibre statique (un plan)

Description du spectre : Le spectre est entièrement dominé par un pic unique à la fréquence de rotation fondamentale (1x). La vibration est sinusoïdale, avec une énergie minimale aux autres fréquences.

Brève description des composantes spectrales : Principalement une forte composante de fréquence de rotation 1x. Peu ou pas d'harmoniques supérieures (tonalité 1x pure).

Fonctionnalité clé : Grande amplitude 1x dans toutes les directions radiales. Les vibrations aux deux paliers sont en phase (pas de déphasage entre les deux extrémités). Un déphasage d'environ 90° est souvent observé entre les mesures horizontales et verticales sur un même palier.

Déséquilibre dynamique (deux plans / couple)

Description du spectre : Le spectre présente également un pic de fréquence dominant une fois par tour (1x), similaire à un déséquilibre statique. Les vibrations se produisent à la vitesse de rotation, sans contenu significatif à haute fréquence si le déséquilibre est le seul problème.

Brève description des composantes spectrales : Composante dominante à 1x tr/min (souvent accompagnée d'un balancement ou d'une oscillation du rotor). Les harmoniques supérieures sont généralement absentes, sauf en cas d'autres défauts.

Fonctionnalité clé : 1x vibration à chaque roulement est déphasé — Il existe une différence de phase d'environ 180° entre les vibrations aux deux extrémités du rotor (indiquant un déséquilibre de couple). Le fort pic 1x associé à cette relation de phase est la signature d'un déséquilibre dynamique.

Ce qu'il faut faire: Si le spectre indique un déséquilibre, une procédure d'équilibrage doit être effectuée. En cas de déséquilibre statique, un équilibrage sur un seul plan suffit (section 7.4 du manuel) ; en cas de déséquilibre dynamique, un équilibrage sur deux plans (section 7.5 du manuel).

3.2. Désalignement de l'arbre : une menace cachée

Cause physique : Un désalignement se produit lorsque les axes de rotation de deux arbres accouplés (par exemple, l'arbre du moteur et celui de la pompe) ne coïncident pas. Lorsque les arbres désalignés tournent, des forces cycliques se forment dans l'accouplement et les roulements, provoquant des vibrations.

Désalignement parallèle (arbres décalés)

Description du spectre : Le spectre vibratoire présente une énergie élevée à la composante fondamentale (1x) et à ses harmoniques 2x et 3x, notamment dans la direction radiale. Généralement, la composante 1x est dominante, avec un désalignement présent, accompagné d'une composante 2x notable.

Brève description des composantes spectrales : Contient des pics significatifs aux fréquences de rotation de l'arbre 1x, 2x et 3x. Ces pics apparaissent principalement dans les mesures de vibrations radiales (perpendiculaires à l'arbre).

Fonctionnalité clé : Des vibrations radiales élevées de 1x et 2x sont indicatives. Une différence de phase de 180° entre les mesures de vibrations radiales de part et d'autre de l'accouplement est souvent observée, ce qui la distingue d'un déséquilibre pur.

Désalignement angulaire (arbres inclinés)

Description du spectre : Le spectre de fréquences présente de fortes harmoniques de la vitesse de l'arbre, notamment une composante de vitesse de rotation 2x importante en plus de la 1x. Des vibrations à 1x, 2x (et souvent 3x) apparaissent, les vibrations axiales (le long de l'arbre) étant significatives.

Brève description des composantes spectrales : Pics notables à 1x et 2x (et parfois 3x) de la vitesse de rotation. La composante 2x est souvent aussi importante, voire plus importante, que la composante 1x. Ces fréquences sont prononcées dans le spectre vibratoire axial (le long de l'axe de la machine).

Fonctionnalité clé : Amplitude du second harmonique (2x) relativement élevée par rapport à 1x, associée à de fortes vibrations axiales. Les mesures axiales de chaque côté du couplage sont déphasées de 180°, signe d'un désalignement angulaire.

Ce qu'il faut faire: L'équilibrage ne résoudra pas le problème. Arrêtez l'appareil et effectuez un alignement de l'arbre à l'aide d'outils spécialisés.

3.3. Desserrage mécanique : « Cliquetis » dans la machine

Cause physique : Ce défaut est associé à une perte de rigidité des assemblages structurels : boulons desserrés, fissures dans les fondations, jeux accrus dans les portées de palier. Ces jeux provoquent des chocs, créant un motif vibratoire caractéristique.

Desserrage mécanique (desserrage des composants)

Description : Le spectre est riche en composantes fréquentielles de la vitesse de rotation. Une large gamme de multiples entiers de 1x (de 1x à des ordres élevés, comme environ 10x) avec des amplitudes significatives apparaît. Dans certains cas, des fréquences sous-harmoniques (par exemple, 0,5x) peuvent également apparaître.

Composantes spectrales : Les composantes fréquentielles multiples de la vitesse de rotation sont dominantes (1x, 2x, 3x… jusqu'à environ 10x). Parfois, des composantes fréquentielles fractionnaires (demi-entières) peuvent également être présentes à 1/2x, 3/2x, etc., en raison d'impacts répétés.

Fonctionnalité clé : La « série de pics » caractéristique du spectre est constituée de nombreux pics régulièrement espacés à des fréquences multiples de la vitesse de rotation. Cela indique une perte de rigidité ou un mauvais assemblage des pièces provoquant des impacts répétés. La présence de nombreuses harmoniques (et éventuellement de sous-harmoniques demi-entières) est un indicateur clé.

Desserrement structurel (desserrement de la base/du montage)

Description : Dans le spectre vibratoire, les vibrations à la fréquence fondamentale ou double rotation dominent souvent. Un pic apparaît généralement à 1x et/ou 2x. Les harmoniques supérieures (supérieures à 2x) ont généralement des amplitudes bien plus faibles que ces harmoniques principales.

Composantes spectrales : Les composantes fréquentielles sont principalement représentées aux vitesses 1x et 2x de l'arbre. Les autres harmoniques (3x, 4x, etc.) sont généralement absentes ou négligeables. La composante 1x ou 2x peut prédominer selon le type de jeu (par exemple, un ou deux impacts par tour).

Fonctionnalité clé : Des pics sensiblement élevés, à 1x ou 2x (ou les deux) par rapport au reste du spectre, indiquent un desserrage des roulements ou de la structure. Les vibrations sont plus fortes dans le sens vertical si la machine est mal fixée. Un ou deux pics dominants d'ordre faible, avec un faible nombre d'harmoniques d'ordre élevé, sont caractéristiques d'un desserrage de la structure ou des fondations.

Ce qu'il faut faire: Une inspection minutieuse de l'appareil est nécessaire. Vérifiez tous les boulons de fixation accessibles (roulements, carter). Inspectez le châssis et les fondations à la recherche de fissures. En cas de jeu interne (par exemple, au niveau du siège du roulement), le démontage de l'appareil peut être nécessaire.

3.4. Défauts des roulements : alerte précoce

Cause physique : Apparition de défauts (piqûres, écaillages, usure) sur les surfaces de roulement (bague intérieure, bague extérieure, éléments roulants) ou sur la cage. Chaque fois qu'un élément roulant roule sur un défaut, une brève impulsion d'impact se produit. Ces impulsions se répètent à une fréquence spécifique, caractéristique de chaque élément du roulement.

Signatures spectrales : Les défauts de roulement apparaissent sous forme de pics à des fréquences asynchrones, c'est-à-dire à des fréquences qui ne sont pas des multiples entiers de la fréquence de rotation (1x). Ces fréquences (BPFO – fréquence de défaut de la bague extérieure, BPFI – fréquence de défaut de la bague intérieure, BSF – fréquence de défaut de l'élément roulant, FTF – fréquence de défaut de la cage) dépendent de la géométrie du roulement et de la vitesse de rotation. Pour un diagnosticien débutant, il n'est pas nécessaire de calculer leurs valeurs exactes. L'essentiel est d'apprendre à reconnaître leur présence dans le spectre.

Défaut de la course extérieure

Description du spectre : Le spectre vibratoire présente une série de pics correspondant à la fréquence du défaut de la bague extérieure et à ses harmoniques. Ces pics se situent généralement à des fréquences plus élevées (et non à des multiples entiers de la rotation de l'arbre) et indiquent chaque passage d'un élément roulant sur le défaut de la bague extérieure.

Brève description des composantes spectrales : Plusieurs harmoniques de la fréquence de passage de la bille (BPFO) de la bague extérieure sont présentes. En général, on observe 8 à 10 harmoniques de BPFO dans le spectre pour un défaut prononcé de la bague extérieure. L'espacement entre ces pics est égal à la BPFO (fréquence caractéristique déterminée par la géométrie et la vitesse du roulement).

Fonctionnalité clé : La signature est une série distincte de pics au niveau du BPFO et de ses harmoniques successives. La présence de nombreux pics haute fréquence régulièrement espacés (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, etc.) indique clairement un défaut du roulement de la bague extérieure.

Défaut de la race intérieure

Description du spectre : Le spectre d'un défaut de bague interne présente plusieurs pics importants à la fréquence du défaut de bague interne et à ses harmoniques. De plus, chacun de ces pics de fréquence de défaut est généralement accompagné de pics de bande latérale espacés à la fréquence de la vitesse de fonctionnement (1x).

Brève description des composantes spectrales : Contient plusieurs harmoniques de la fréquence de passage de la bille de la bague intérieure (BPFI), souvent de l'ordre de 8 à 10 harmoniques. Ces pics BPFI sont modulés par des bandes latérales à ± 1 x tr/min, ce qui signifie qu'à côté de chaque harmonique BPFI, des pics latéraux plus petits apparaissent, séparés du pic principal par une valeur égale à la fréquence de rotation de l'arbre.

Fonctionnalité clé : Le signe révélateur est la présence d'harmoniques de fréquence de défaut de la bague intérieure (BPFI) avec un motif de bande latérale. Les bandes latérales espacées selon la vitesse de l'arbre autour des harmoniques BPFI indiquent que le défaut de la bague intérieure est chargé une fois par tour, confirmant un problème de bague intérieure plutôt que de bague extérieure.

Défaut d'élément roulant (bille/rouleau)

Description du spectre : Un défaut d'un élément roulant (bille ou rouleau) produit des vibrations à la fréquence de rotation de l'élément roulant et à ses harmoniques. Le spectre présente une série de pics qui ne sont pas des multiples entiers de la vitesse de l'arbre, mais plutôt des multiples de la fréquence de rotation de la bille/du rouleau (BSF). L'un de ces pics harmoniques est souvent nettement plus important que les autres, ce qui reflète le nombre d'éléments roulants endommagés.

Brève description des composantes spectrales : Des pics apparaissent à la fréquence fondamentale de défaut des éléments roulants (BSF) et à ses harmoniques. Par exemple, BSF, 2xBSF, 3xBSF, etc. L'amplitude de ces pics peut notamment indiquer le nombre d'éléments endommagés. Par exemple, si la deuxième harmonique est la plus élevée, cela peut indiquer que deux billes/rouleaux présentent des écaillages. Ces phénomènes s'accompagnent souvent de vibrations aux fréquences de défaut des chemins de roulement, car les dommages aux éléments roulants entraînent généralement également des dommages aux chemins de roulement.

Fonctionnalité clé : La présence d'une série de pics espacés de la fréquence de rotation de l'élément de roulement (BSF) plutôt que de la fréquence de rotation de l'arbre identifie un défaut de l'élément roulant. Une amplitude particulièrement élevée de l'harmonique N de la BSF indique souvent que N éléments sont endommagés (par exemple, un pic 2xBSF très élevé peut indiquer la présence de deux billes défectueuses).

Défaut de cage (cage de roulement / FTF)

Description du spectre : Un défaut de cage (séparateur) dans un roulement produit des vibrations à la fréquence de rotation de la cage – la fréquence fondamentale du train (FTF) – et à ses harmoniques. Ces fréquences sont généralement sous-synchrones (inférieures à la vitesse de l'arbre). Le spectre présente des pics à FTF, 2xFTF, 3xFTF, etc., et souvent une interaction avec d'autres fréquences du roulement due à la modulation.

Brève description des composantes spectrales : Pics basse fréquence correspondant à la fréquence de rotation de la cage (FTF) et à ses multiples entiers. Par exemple, si la FTF est ≈ 0,4 fois la vitesse de l'arbre, des pics peuvent être observés à environ 0,4 fois, 0,8 fois, 1,2 fois, etc. Dans de nombreux cas, un défaut de cage coexiste avec des défauts de course ; la FTF peut donc moduler les signaux de défaut de course, produisant des fréquences somme/différence (bandes latérales autour des fréquences de course).

Fonctionnalité clé : Un ou plusieurs pics sous-harmoniques (inférieurs à 1x) alignés avec la vitesse de rotation de la cage du roulement (FTF) indiquent un problème de cage. Ce phénomène apparaît souvent en même temps que d'autres indications de défaut du roulement. La signature clé est la présence de FTF et de ses harmoniques dans le spectre, ce qui est rare, sauf en cas de défaillance de la cage.

Ce qu'il faut faire: L'apparition de fréquences de roulements est un signal d'alarme. Il est nécessaire d'intensifier la surveillance de cette unité, de vérifier l'état de lubrification et de planifier le remplacement des roulements au plus tôt.

3.5. Défauts d'engrenage

Excentricité de l'engrenage / Arbre courbé

Description du spectre : Ce défaut provoque une modulation des vibrations de l'engrenage. Dans le spectre, le pic de fréquence d'engrènement (GMF) est entouré de pics de bande latérale espacés de la fréquence de rotation de l'arbre de l'engrenage (1 fois la vitesse de rotation de l'engrenage). Souvent, les vibrations de l'engrenage à 1 fois la vitesse de rotation sont également élevées en raison de l'effet de déséquilibre dû à l'excentricité.

Brève description des composantes spectrales : Augmentation notable de l'amplitude à la fréquence d'engrènement de l'engrenage et à ses harmoniques inférieures (par exemple, 1x, 2x, 3x GMF). Des bandes latérales nettes apparaissent autour de la GMF (et parfois autour de ses harmoniques) à des intervalles égaux à 1x la vitesse de rotation de l'engrenage concerné. La présence de ces bandes latérales indique une modulation d'amplitude de la fréquence d'engrènement par la rotation de l'engrenage.

Fonctionnalité clé : La fréquence d'engrènement des engrenages, avec des bandes latérales prononcées à 1x la fréquence d'engrenage, constitue la caractéristique distinctive. Ce motif de bandes latérales (pics régulièrement espacés autour de la fréquence d'engrènement de la GMF selon la vitesse de rotation) indique clairement une excentricité de l'engrenage ou une déformation de l'arbre. De plus, la vibration fondamentale (1x) de l'engrenage peut être supérieure à la normale.

Usure ou endommagement des dents d'engrenage

Description du spectre : Les défauts des dents d'engrenage (comme des dents usées ou cassées) entraînent une augmentation des vibrations à la fréquence d'engrènement et à ses harmoniques. Le spectre présente souvent plusieurs pics GMF (1xGMF, 2xGMF, etc.) de forte amplitude. De plus, de nombreuses bandes latérales apparaissent autour de ces pics GMF, espacées de la fréquence de rotation de l'arbre. Dans certains cas, l'excitation des fréquences naturelles de l'engrenage (résonances) avec bandes latérales peut également être observée.

Brève description des composantes spectrales : Pics élevés à la fréquence d'engrènement de l'engrenage (fréquence d'engrènement des dents) et à ses harmoniques (par exemple, 2xGMF). Autour de chaque harmonique majeure de GMF, on observe des pics de bande latérale séparés par une vitesse de rotation 1x. Le nombre et la taille des bandes latérales autour des composantes 1x, 2x et 3x GMF tendent à augmenter avec la gravité des dommages aux dents. Dans les cas graves, des pics supplémentaires correspondant aux fréquences de résonance de l'engrenage (avec leurs propres bandes latérales) peuvent apparaître.

Fonctionnalité clé : La présence de multiples harmoniques de fréquence d'engrènement de forte amplitude, accompagnées de bandes latérales denses, en est la caractéristique principale. Cela indique un passage irrégulier des dents dû à l'usure ou à une dent cassée. Un engrenage très usé ou endommagé présentera des bandes latérales étendues (à des intervalles de 1x la vitesse de l'engrenage) autour des pics de fréquence d'engrènement, ce qui le distingue d'un engrenage en bon état (dont le spectre serait plus net, concentré au niveau de la fréquence de l'engrènement).

Ce qu'il faut faire: L'apparition de fréquences liées aux trains d'engrenages nécessite une attention particulière. Il est recommandé de vérifier l'état de l'huile de la boîte de vitesses afin de détecter la présence de particules métalliques et de planifier une inspection de la boîte de vitesses pour évaluer l'usure ou l'endommagement des dents.

Il est important de comprendre qu'en conditions réelles, les machines souffrent rarement d'un seul défaut. Très souvent, le spectre est une combinaison de signes de plusieurs défauts, tels qu'un déséquilibre et un désalignement. Cela peut être déroutant pour un diagnosticien débutant. Dans ce cas, une règle simple s'applique : traiter d'abord le problème correspondant au pic d'amplitude maximale. Souvent, un défaut grave (par exemple, un désalignement important) entraîne des problèmes secondaires, tels qu'une usure accrue des roulements ou un desserrage des fixations. En éliminant la cause première, vous pouvez réduire considérablement l'apparition de défauts secondaires.

Section 4 : Recommandations pratiques et prochaines étapes

Après avoir maîtrisé les bases de l'interprétation spectrale, vous avez franchi la première étape, la plus importante. Il est maintenant temps d'intégrer ces connaissances à vos pratiques de maintenance quotidiennes. Cette section explique comment passer des mesures ponctuelles à une approche systématique et comment utiliser les données obtenues pour prendre des décisions éclairées.

4.1. De la mesure unique au suivi : le pouvoir des tendances

Un spectre unique n'est qu'un instantané de l'état de la machine à un instant T. Il peut être très instructif, mais sa véritable valeur se révèle lorsqu'il est comparé aux mesures précédentes. Ce processus est appelé surveillance de l'état ou analyse des tendances.

L'idée est très simple : au lieu d'évaluer l'état de la machine par des valeurs vibratoires absolues (« bonnes » ou « mauvaises »), on suit l'évolution de ces valeurs au fil du temps. Une augmentation lente et progressive de l'amplitude à une certaine fréquence indique une usure systématique, tandis qu'une brusque variation est un signal d'alarme indiquant l'évolution rapide d'un défaut.

Conseil pratique :

• Créer un spectre de référence : Effectuez une mesure approfondie sur un équipement neuf, récemment réparé ou en bon état. Enregistrez ces données (spectres et valeurs numériques) dans les archives du programme Balanset-1A. Il s'agit de votre « repère de santé » pour cet équipement.
• Établir la périodicité : Déterminez la fréquence des mesures de contrôle. Pour les équipements critiques, cette fréquence peut être d'une fois toutes les deux semaines ; pour les équipements auxiliaires, d'une fois par mois ou par trimestre.
• Assurer la répétabilité : Effectuez à chaque fois les mesures aux mêmes points, dans les mêmes directions et, si possible, dans les mêmes conditions de fonctionnement de la machine (charge, température).
• Comparer et analyser : Après chaque nouvelle mesure, comparez le spectre obtenu à la ligne de base et aux précédentes. Soyez attentif non seulement à l'apparition de nouveaux pics, mais aussi à l'augmentation de l'amplitude des pics existants. Une forte augmentation de l'amplitude d'un pic (par exemple, deux fois supérieure à la mesure précédente) est un signal fiable de développement d'un défaut, même si la valeur absolue des vibrations reste dans les limites acceptables selon les normes ISO.

4.2. Quand équilibrer et quand rechercher une autre cause ?

L'objectif ultime du diagnostic n'est pas seulement de détecter un défaut, mais de prendre la bonne décision quant aux actions à entreprendre. L'analyse spectrale permet de construire un algorithme décisionnel simple et efficace.

Algorithme d'action basé sur l'analyse du spectre :

1. Obtenez un spectre de haute qualité en utilisant Balanset-1A, de préférence en mode « Graphiques » (F8), en prenant des mesures dans les directions radiale et axiale.
2. Identifiez le pic présentant la plus grande amplitude. Il indique le problème dominant à traiter en priorité.
3. Déterminer le type de défaut par la fréquence de ce pic :
   • Si le pic 1x domine : La cause la plus probable est un déséquilibre.
     Action: Effectuez une procédure d'équilibrage dynamique à l'aide de la fonctionnalité de l'appareil Balanset-1A.
   • Si le pic 2x domine (surtout s'il est élevé dans la direction axiale) : La cause la plus probable est un mauvais alignement de l’arbre.
     Action: L'équilibrage est inefficace. Il est nécessaire d'arrêter l'unité et de procéder à l'alignement des arbres.
   • Si une « forêt » de plusieurs harmoniques (1x, 2x, 3x,...) est observée : La cause la plus probable est un desserrage mécanique.
     Action: Effectuez une inspection visuelle. Vérifiez et serrez tous les boulons de fixation. Inspectez le cadre et les fondations pour détecter d'éventuelles fissures.
   • Si les pics non synchrones dominent dans la gamme des fréquences moyennes ou élevées : La cause la plus probable est un défaut du roulement.
     Action: Vérifiez la lubrification du roulement. Planifiez le remplacement du roulement. Augmentez la fréquence de surveillance de ce roulement afin de suivre l'évolution des défauts.
   • Si la fréquence d'engrènement (GMF) avec bandes latérales domine : La cause la plus probable est un défaut d’engrenage.
     Action: Vérifiez l'état de l'huile de la boîte de vitesses. Planifiez une inspection de la boîte de vitesses pour évaluer l'usure ou les dommages des dents.

Cet algorithme simple permet de passer d’une analyse abstraite à des actions de maintenance concrètes et ciblées, ce qui est le but ultime de tout travail de diagnostic.

Conclusion

L'appareil Balanset-1A, initialement conçu comme un outil spécialisé pour l'équilibrage, présente un potentiel nettement supérieur. La possibilité d'obtenir et d'afficher des spectres de vibrations en fait un puissant analyseur de vibrations d'entrée de gamme. Cet article se veut un pont entre les capacités opérationnelles de l'appareil décrites dans le manuel et les connaissances fondamentales nécessaires à l'interprétation des données obtenues lors de vos séances d'analyse vibratoire.

Maîtriser les bases de l'analyse spectrale ne se limite pas à l'étude théorique, mais consiste à acquérir un outil pratique pour accroître votre efficacité. Comprendre comment divers défauts – balourd, désalignement, jeu et défauts de roulements – se manifestent sous forme d'« empreintes » uniques sur le spectre vibratoire vous permet d'observer l'intérieur d'une machine en fonctionnement sans la démonter.

Principaux points à retenir de ce guide :

• La vibration est une information. Chaque pic du spectre porte des informations sur un processus spécifique se produisant dans le mécanisme.
• FFT est votre traducteur. La transformée de Fourier rapide traduit le langage complexe et chaotique des vibrations dans le langage simple et compréhensible des fréquences et des amplitudes.
• Le diagnostic est une reconnaissance de formes. En apprenant à identifier les modèles spectraux caractéristiques des défauts majeurs, vous pouvez déterminer rapidement et avec précision la cause première de l’augmentation des vibrations.
• Les tendances sont plus importantes que les valeurs absolues. Un suivi régulier et une comparaison des données actuelles avec les données de référence constituent la base d’une approche prédictive, permettant d’identifier les problèmes au stade le plus précoce.

Devenir un analyste vibratoire compétent et confiant demande du temps et de la pratique. N'hésitez pas à expérimenter, à collecter des données provenant de divers équipements et à créer votre propre bibliothèque de « spectres de santé » et de « spectres de maladies ». Ce guide vous offre une carte et une boussole. Utilisez Balanset-1A non seulement pour « traiter » les symptômes par équilibrage, mais aussi pour établir un « diagnostic » précis. Cette approche vous permettra d'accroître considérablement la fiabilité de vos équipements, de réduire le nombre d'arrêts d'urgence et d'atteindre un niveau de maintenance d'une qualité supérieure.