Comprendre le spectre d'enveloppe
Définition : Qu'est-ce qu'un spectre d'enveloppe ?
Spectre d'enveloppe est la fréquence spectre obtenu en calculant le FFT du signal d'enveloppe (démodulé en amplitude) de analyse d'enveloppe. Il révèle les taux de répétition des impacts ou des modulations dans les vibrations à haute fréquence, ce qui en fait la technique la plus puissante pour détecter défauts des roulements à éléments roulants. Alors que la FFT standard montre les fréquences porteuses (résonances excitées par les impacts), le spectre d'enveloppe montre les fréquences de modulation (la vitesse à laquelle les impacts se produisent), correspondant directement à fréquences de défaut des roulements comme BPFO, BPFI, BSF et FTF.
Le spectre d'enveloppe est au diagnostic des roulements ce que la FFT standard est à déséquilibrer et désalignement détection : l’outil de diagnostic principal qui permet la détection précoce des défauts en extrayant les fréquences de diagnostic du “ bruit ” haute fréquence que la FFT standard ne peut pas analyser efficacement.
Comment le spectre d'enveloppe est généré
Processus d'analyse d'enveloppe
- Filtre passe-bande : Filtrer brut vibration signal vers la bande haute fréquence (par exemple, 1-10 kHz)
- Détection d'enveloppe (démodulation) : Extraire l'enveloppe d'amplitude du signal filtré
- Filtre passe-bas : Enveloppe lisse (enlever le support résiduel)
- FFT: Calculer le spectre de fréquence du signal d'enveloppe
- Résultat: Spectre d'enveloppe montrant les taux de répétition des impacts
Ce que représente l'enveloppe
- Vibration à haute fréquence (porteuse) modulée par les impacts des roulements (modulation)
- L'enveloppe extrait la modulation (motif d'impact répétitif)
- La FFT de l'enveloppe montre les fréquences de modulation
- Fréquences de modulation = fréquences de défaut de roulement
Lecture des spectres d'enveloppe
Port sain
- Faible niveau d'enveloppe global
- Spectre plat ou en pente douce
- Pas de pics distincts
- Niveau de bruit égal ou inférieur à la sensibilité de l'instrument
Roulement défectueux
- Pic primaire : À la fréquence de défaut de roulement (BPFO, BPFI, BSF ou FTF)
- Harmoniques : 2×, 3×, 4× de la fréquence des défauts à mesure que le défaut s'aggrave
- bandes latérales: Fréquence de défaut autour de la cage (FTF) ou espacement de la vitesse de fonctionnement (1×)
- Plancher surélevé : Le niveau de bruit global augmente avec la détérioration des roulements
Indicateurs de gravité
- Amplitude maximale : Amplitude plus élevée = défaut plus grave
- Nombre d'harmoniques : Plus d'harmoniques = dégâts plus avancés
- Complexité de la bande latérale : Des bandes latérales étendues indiquent une modulation, souvent sévère
- Augmentation du niveau de bruit : Un plancher surélevé suggère une détérioration généralisée de la surface
Avantages par rapport à la FFT standard
Détection précoce
- Détecte les défauts de roulement 6 à 18 mois plus tôt que la FFT standard
- Sensible aux micro-éclats invisibles dans le spectre de vitesse
- Offre un délai maximal pour la planification de la maintenance
Signatures de défauts claires
- Fréquences de défauts de roulement importantes et faciles à identifier
- Moins d'interférences dues au déséquilibre, au désalignement (filtrées)
- Motifs de bandes latérales clairement visibles
- Clarté diagnostique supérieure au spectre standard
Détection d'événements à faible énergie
- Les petits impacts de roulement créent peu d'énergie dans la FFT standard
- Mais exciter efficacement les résonances à haute fréquence
- L'analyse de l'enveloppe amplifie ces signaux diagnostiques faibles
Lignes directrices d'interprétation
Identification des défauts
- Calculer les fréquences de roulement : BPFO, BPFI, BSF, FTF pour roulement installé
- Spectre d'enveloppe de recherche : Rechercher des pics aux fréquences calculées (tolérance ±5%)
- Match Peak : Quelle fréquence calculée correspond au pic observé ?
- Vérifier avec les harmoniques : Vérifiez les harmoniques 2×, 3×
- Vérifier les bandes latérales : L'espacement des bandes latérales fournit une confirmation supplémentaire
- Diagnostiquer: Pic à BPFO = bague extérieure ; BPFI = bague intérieure ; BSF = élément roulant ; FTF = cage
Évaluation de la gravité
- Début (enveloppe de 0,5 à 1 g) : Petit pic, pas d'harmoniques, surveillance mensuelle
- Précoce (1-3g) : Pic clair, 1 à 2 harmoniques, surveillance hebdomadaire, planification des mois de remplacement
- Modéré (3-10 g) : Pic fort, harmoniques multiples, bandes latérales, prévoir des semaines de remplacement
- Avancé (> 10 g) : Très forte amplitude, nombreuses harmoniques, plancher surélevé, à remplacer d'urgence
Application pratique
Surveillance de routine
- Inclure le spectre d'enveloppe dans les itinéraires de surveillance de l'état
- Amplitude de l'enveloppe de tendance aux fréquences de défaut de palier
- Détection plus précoce que la tendance globale des vibrations
- Identification spécifique des défauts vs. augmentation générale des vibrations
Dépannage
- Lorsque les vibrations globales sont élevées mais que la FFT standard n'est pas claire
- Problèmes de roulement suspectés
- Vérification de la nécessité de remplacement des roulements
- Identifier le roulement dans une machine multi-roulements
Relation avec l'analyse de l'enveloppe
- Analyse de l'enveloppe : Processus complet (filtrage + démodulation + FFT)
- Spectre d'enveloppe : Le tracé de fréquence résultant de l'analyse de l'enveloppe
- Signal d'enveloppe : Signal démodulé dans le domaine temporel (étape intermédiaire)
- Termes: Souvent utilisé de manière interchangeable, mais techniquement, le spectre d'enveloppe est la sortie
Le spectre d'enveloppe est la référence absolue pour la détection des défauts de roulements dans l'analyse vibratoire. Sa capacité à révéler les fréquences de défauts des roulements des mois avant qu'ils n'apparaissent dans les spectres standard, combinée à des schémas de diagnostic clairs et à une capacité d'identification précise des défauts, fait de l'analyse du spectre d'enveloppe un outil indispensable pour les programmes de maintenance prédictive des équipements tournants.