Comprendre les bandes latérales dans l'analyse des vibrations

Définition : Que sont les bandes latérales ?

bandes latérales sont de petits pics de fréquence qui apparaissent dans un spectre FFT à intervalles égaux de chaque côté d'une fréquence centrale plus grande, connue sous le nom de fréquence porteuse. La présence de bandes latérales est un signe définitif de modulation— une condition où une fréquence est « imprimée » sur une autre. L'espacement des bandes latérales est égal à la fréquence du signal modulant. Les bandes latérales constituent l'un des outils de diagnostic les plus puissants et les plus fiables en analyse vibratoire, notamment pour la détection des défauts des réducteurs et des roulements.

Comment les bandes latérales sont-elles générées ?

Les bandes latérales se forment lorsqu'un signal vibratoire primaire (la porteuse) voit son amplitude modifiée au fil du temps par un second signal, plus lent (le modulateur). Un exemple classique est une dent d'engrenage défectueuse :

• Le Fréquence d'engrènement (GMF) est la fréquence porteuse. Il s'agit d'une fréquence élevée générée par l'engrènement normal des dents de l'engrenage.
• Une seule dent fissurée sur cet engrenage crée un impact par tour. Cet impact module, ou modifie, l'amplitude du signal GMF à chaque engrènement de la dent défectueuse.
• Le vitesse de rotation de l'engrenage est la fréquence de modulation.

Le spectre FFT présente un pic important au niveau de la porteuse (GMF) et des pics de bande latérale plus petits de chaque côté, espacés selon la vitesse de rotation de l'engrenage. Ce schéma prouve sans équivoque l'existence d'un défaut localisé sur cet engrenage.

La formule est : Fréquence de bande latérale = Fréquence porteuse ± (n × Fréquence de modulation), où n=1, 2, 3…

Applications clés dans le diagnostic des machines

1. Diagnostic de la boîte de vitesses

Il s’agit de l’application principale de l’analyse des bandes latérales.

• Bandes latérales autour de GMF : Si des bandes latérales espacées à la vitesse de fonctionnement d'un engrenage apparaissent autour de son GMF, cela indique un défaut sur cet engrenage (par exemple, une dent fissurée, une dent usée ou une excentricité).
• Bandes latérales autour des harmoniques de GMF : Les défauts graves génèrent souvent également des bandes latérales autour des GMF 2x et 3x.
• Fréquence des dents de chasse : Dans les ensembles d'engrenages complexes, des bandes latérales non entières spécifiques peuvent identifier les défauts qui se produisent uniquement lorsque deux dents spécifiques sur des engrenages différents entrent en contact.

2. Diagnostic des roulements à éléments roulants

Les bandes latérales sont également essentielles pour confirmer les défauts des roulements, en particulier les défauts de la bague intérieure.

• Un défaut sur le race intérieure est en rotation et, à mesure qu'il entre et sort de la zone de charge du roulement, l'amplitude des impacts qu'il génère change.
• Cela provoque une modulation d'amplitude de la fréquence de défaut de la bague intérieure (BPFI).
• Le spectre résultant montre un pic à BPFI avec bandes latérales espacées de 1x la vitesse de rotation de l'arbre. Voir ce modèle est un indicateur de très grande confiance d’un défaut racial interne.

3. Diagnostic du moteur électrique

Des problèmes avec les barres du rotor d'un moteur à induction à courant alternatif peuvent provoquer l'apparition de bandes latérales autour du pic de vitesse de fonctionnement 1x. Ces bandes latérales sont espacées fréquence de passage des pôles, qui est la fréquence de glissement du moteur multipliée par le nombre de pôles du moteur.

Considérations d'analyse

Pour utiliser efficacement l'analyse des bandes latérales, des données de haute qualité sont essentielles :

• Haute résolution: Une FFT haute résolution (par exemple, 3 200 ou 6 400 lignes) est nécessaire pour visualiser clairement les pics de bande latérale et mesurer précisément leur espacement. À faible résolution, les bandes latérales seront « étalées » avec le pic de la porteuse.

– Tendance: Le nombre et l'amplitude des bandes latérales sont un bon indicateur de la gravité du défaut. À mesure que le défaut s'aggrave, davantage de bandes latérales apparaissent et leur amplitude augmente.

• Zoom FFT : Cette fonction d’un analyseur de données permet à l’analyste de « zoomer » sur une plage de fréquences spécifique avec une très haute résolution pour confirmer la présence et l’espacement des bandes latérales.

Lorsqu’un analyste trouve un modèle de bande latérale clair, cela augmente la confiance d’un diagnostic de panne de « possible » à « hautement probable ».

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