Amplitude des vibrations : un indicateur clé de l'état de santé des machines

Définition : Qu'est-ce que l'amplitude des vibrations ?

Amplitude des vibrations Mesure de l'intensité ou de la gravité des vibrations. Elle quantifie la quantité de vibrations d'une machine et constitue l'un des paramètres fondamentaux utilisés en surveillance d'état et en diagnostic des machines. Une variation d'amplitude au fil du temps est souvent le premier signe d'un problème mécanique en développement. Si la fréquence permet de diagnostiquer le « type » de défaut, l'amplitude permet d'en déterminer la « gravité ».

L'importance de mesurer l'amplitude

Le suivi de l'amplitude des vibrations est essentiel à tout programme de maintenance prédictive. Une augmentation de l'amplitude est directement corrélée à une augmentation des forces dynamiques agissant sur les composants d'une machine. La surveillance de ces niveaux permet :

• Établir une base de référence : La mesure de l’amplitude sur une machine saine fournit une base de référence pour une comparaison future.
• Tendance Santé de la machine : En traçant les lectures d’amplitude au fil du temps, les ingénieurs peuvent détecter une détérioration progressive bien avant qu’une panne ne se produise.
• Définir les alarmes : Les niveaux d'amplitude sont utilisés pour définir des alarmes d'alerte et de danger, avertissant le personnel lorsque l'état d'une machine s'est considérablement aggravé.
• Évaluer la gravité : L’ampleur de l’amplitude est un indicateur direct de la gravité d’un problème, aidant à prioriser les actions de maintenance.

Différentes façons de mesurer l'amplitude

La vibration est un signal dynamique dont l'amplitude peut être quantifiée de plusieurs manières. Le choix de la mesure dépend du type de machine et de l'information recherchée.

1. Amplitude de crête (Pk)

La valeur de crête correspond à l'amplitude maximale atteinte par l'onde de vibration dans une direction (positive ou négative) à partir de sa position zéro ou d'équilibre. Les mesures de crête sont particulièrement utiles pour évaluer les événements de courte durée et à fort impact, tels que ceux causés par la rupture d'une dent d'engrenage ou un défaut grave d'un roulement. Elle indique la contrainte ou la force maximale appliquée à un composant pendant un cycle de vibration.

2. Amplitude crête à crête (Pk-Pk)

La valeur crête à crête correspond à la distance totale parcourue par le composant vibrant, de son pic positif maximal à son pic négatif maximal. Elle représente l'excursion globale ou le mouvement total de la pièce. La valeur crête à crête est la mesure la plus couramment utilisée. déplacement, car il est essentiel pour évaluer les jeux. Par exemple, il permet de déterminer si un arbre rotatif bouge suffisamment pour risquer d'entrer en contact avec un palier fixe.

3. Amplitude RMS (racine moyenne quadratique)

La valeur efficace (RMS) est la mesure la plus courante et la plus utile pour évaluer la sévérité globale des vibrations. Elle est calculée en prenant la racine carrée de la moyenne des carrés de la forme d'onde au fil du temps. Son principal avantage est qu'elle est directement liée à la contenu énergétique et la puissance destructrice de la vibration. Une valeur efficace (RMS) prend en compte l'intégralité du signal vibratoire au fil du temps, et pas seulement les pics maximaux, ce qui en fait une mesure beaucoup plus stable et représentative de l'état général d'une machine. La plupart des normes internationales, comme la norme ISO 10816, utilisent la vitesse efficace (RMS) pour spécifier les limites de vibration.

Relation entre Pk, Pk-Pk et RMS

Pour une onde sinusoïdale parfaite, ces valeurs ont une relation mathématique simple :

• Crête à crête = 2 × Crête
• RMS = Crête / √2 ≈ 0,707 × Crête

Cependant, pour les signaux complexes et non sinusoïdaux présents dans les machines réelles (qui contiennent souvent des impacts et des harmoniques), cette relation n'est pas vérifiée. Le rapport entre la valeur crête et la valeur efficace est appelé facteur de crête, qui peut en soi constituer un outil de diagnostic utile.

Quelle unité d'amplitude utiliser ?

L'amplitude est mesurée en unités de déplacement, de vitesse ou d'accélération, et le choix dépend de la fréquence d'intérêt :

• Déplacement (μm, mils) : Idéal pour les vibrations à basse fréquence (< 10 Hz), telles que les mouvements structurels ou les déséquilibres sur des machines très lentes.
• Vitesse (mm/s, in/s) : Le meilleur indicateur à usage général pour les fréquences moyennes (10 Hz à 1 000 Hz), où se produisent les défauts de machine les plus courants tels que le déséquilibre et le désalignement.
• Accélération (g, m/s²) : Idéal pour les vibrations à haute fréquence (> 1 000 Hz), telles que les défauts d'engrènement et de roulement.

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