Diagnostic des défauts de roulement

1. La nature des défauts des roulements

Les roulements à éléments roulants sont des composants fondamentaux de la plupart des machines tournantes, mais ils constituent aussi un point de défaillance fréquent. Un roulement typique est composé d'une bague extérieure, d'une bague intérieure, d'un jeu de billes ou de rouleaux et d'une cage assurant leur espacement. Un « défaut » est une imperfection microscopique ou macroscopique, telle qu'une fissure, un éclatement ou une piqûre, sur l'une de ces surfaces.

Lorsqu'un élément roulant passe sur un défaut, il génère un léger impact à haute fréquence, appelé « clic ». Bien qu'un impact unique soit de faible énergie, ces impacts se produisent de manière répétitive. Analyse des vibrations est exceptionnellement efficace pour détecter ces impacts répétitifs et périodiques bien avant que le roulement ne commence à surchauffer ou à émettre un bruit audible.

2. Les quatre fréquences de défaut fondamentales

La clé du diagnostic des défauts de roulement réside dans le fait que, pour une géométrie et une vitesse de rotation données, les impacts se produiront à des fréquences très spécifiques et prévisibles. Ces fréquences sont appelées fréquences de défaut fondamentales :

• BPFO (fréquence de passage de balle, course extérieure) : Vitesse à laquelle les éléments roulants franchissent un point précis de la bague extérieure. Il s'agit de la fréquence de défaut la plus courante des roulements.
• BPFI (fréquence de passage de bille, chemin de roulement intérieur) : Fréquence à laquelle les éléments roulants franchissent un point précis de la bague intérieure. Comme la bague intérieure tourne, cette fréquence est supérieure à la fréquence BPFO.
• BSF (fréquence de rotation de la balle) : La fréquence à laquelle un élément roulant tourne sur son propre axe.
• FTF (Fréquence du train fondamental) : La fréquence de rotation de la cage du roulement. Il s'agit d'une fréquence très basse, généralement inférieure à 0,5 fois la vitesse de course.

Ces fréquences peuvent être calculées en fonction des dimensions du roulement (comme le diamètre primitif et le diamètre des billes) et de la vitesse de rotation de l'arbre. Les logiciels d'analyse vibratoire incluent généralement une vaste base de données de roulements et peuvent calculer ces fréquences automatiquement.

3. Comment les défauts de roulement apparaissent dans le spectre

Lorsqu'un défaut de roulement est présent, sa fréquence de défaut apparaîtra dans le Spectre FFT selon un schéma caractéristique :

• Pics à haute fréquence : La fréquence de défaut elle-même (par exemple, BPFO) apparaîtra comme un pic dans la gamme des hautes fréquences du spectre.
• Harmoniques: Il y aura souvent plusieurs harmoniques (multiples) de la fréquence de défaut.
• bandes latérales: Il s'agit d'un marqueur diagnostique essentiel. Le pic de fréquence de défaut de roulement présente souvent des bandes latérales espacées d'une fois la vitesse de fonctionnement. Par exemple, un pic de fréquence de défaut de roulement (BPFO) avec des bandes latérales de 1X est un signe classique de défaut de bague extérieure. Un défaut de bague intérieure (BPFI) présente presque toujours des bandes latérales de 1X, car le défaut tourne à l'intérieur et à l'extérieur de la zone de charge de la machine.

Aux premiers stades, ces pics peuvent être masqués par le bruit de fond du spectre. C'est pourquoi des techniques spécialisées sont souvent utilisées pour leur détection.

4. Analyse de l'enveloppe pour la détection précoce

Analyse de l'enveloppe (également appelée démodulation) est la technique la plus puissante pour détecter les défauts précoces des roulements. Il s'agit d'une méthode de traitement du signal qui filtre les vibrations basse fréquence et haute énergie (dues à un balourd, etc.) et se concentre uniquement sur les impacts haute fréquence et basse énergie générés par le défaut du roulement.

Le spectre d'enveloppe est très « propre » et montre clairement les fréquences de défaut du roulement et leurs harmoniques, permettant une détection des mois, voire des années, avant que le roulement ne tombe en panne.

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