Comprendre les bandes latérales dans l'analyse des vibrations
bandes latérales sont de petits pics de fréquence qui apparaissent dans un Spectre FFT à intervalles réguliers de part et d'autre d'un pic central plus imposant connu sous le nom de fréquence porteuse. Leur présence est un signe indéniable de modulation — un phénomène dans lequel un signal est « superposé » à un autre — et l'écart entre les bandes latérales correspond à la fréquence du signal modulant. Comme cet écart indique directement l'élément rotatif en cause, les bandes latérales comptent parmi les caractéristiques de diagnostic les plus fiables et les plus probantes dans analyse des vibrations, en particulier pour boîte de vitesses et palier détection des défauts.
1. Qu'est-ce que les bandes latérales ? La modulation dans le spectre
La modulation est un concept bien connu en radio, et le mécanisme à l'œuvre dans une boîte de vitesses est le même. L'intensité d'une tonalité constante à haute fréquence (la porteuse) est modulée par un événement répétitif plus lent (le modulateur) ; dans le spectre, cette variation ne brouille pas le pic de la porteuse, mais répartit l'énergie en pics satellites symétriques. La porteuse elle-même est généralement une vibration forcée généré par un fonctionnement normal, tandis que le modulateur correspond au rythme d'un composant défectueux, qui se produit une fois par tour. C'est la capacité à reconnaître ce schéma qui fait la différence entre un diagnostic sûr et une simple supposition.
2. Comment sont générées les bandes latérales
Les bandes latérales apparaissent lorsqu'un signal de vibration principal — la porteuse — voit son amplitude varier dans le temps sous l'effet d'un deuxième signal, plus lent : le modulateur. L'exemple classique est celui d'une dent d'engrenage défectueuse :
- Le Fréquence d'engrènement (GMF) C'est la porteuse. Il s'agit d'une haute fréquence générée par l'engrènement normal des dents des engrenages.
- Une seule dent fêlée sur cet engrenage génère un choc à chaque tour. Chaque fois que la dent défectueuse s'engrène, ce choc module — c'est-à-dire modifie l'amplitude — du signal GMF.
- Le vitesse de rotation La fréquence de modulation correspond donc à celle de l'engrenage.
Le spectre FFT présente alors un large pic au niveau de la fréquence fondamentale (la porteuse), flanqué de pics de bandes latérales plus petits espacés de la vitesse de rotation de l'engrenage. Ce profil prouve non seulement qu'un défaut existe, mais aussi qu'il se situe précisément sur cet engrenage. Cette relation s'exprime par une formule simple :
Fréquence de bande latérale = Fréquence porteuse ± (n × Fréquence de modulation), où n = 1, 2, 3 ...
La famille de pics situés au-dessus et en dessous de la porteuse forme ainsi un peigne aux crans régulièrement espacés ; en mesurant cet espacement en hertz — puis en le convertissant en tours par minute —, l'analyste peut déterminer avec précision quel arbre présente un dysfonctionnement.
3. Principales applications dans le domaine du diagnostic des machines
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 selon la vitesse de rotation d'un engrenage apparaissent autour de son GMF, elles indiquent un défaut sur cet engrenage — une dent fêlée, une dent usée, ou excentricité.
- Bandes latérales autour des harmoniques de GMF : Les défauts importants génèrent souvent des bandes latérales autour des fréquences 2× et 3× GMF, de sorte que le motif en peigne se répète autour de chacune harmonique.
- Fréquence de la dent chassante : dans les trains d'engrenages complexes, des bandes latérales spécifiques non entières au niveau de la fréquence de chasse peut identifier un défaut qui ne se produit que lorsque deux dents spécifiques de pignons différents entrent en contact.
Diagnostic des roulements à éléments roulants
Les bandes latérales sont également essentielles pour confirmer défauts des roulements, en particulier les anomalies intra-raciales :
- Un défaut sur le race intérieure tourne avec l'arbre, et à mesure qu'il entre et sort de la zone de charge du roulement, l'amplitude des chocs qu'il génère augmente et diminue.
- Cela entraîne une modulation d'amplitude de la fréquence de la faille interne, BPFI.
- Le spectre résultant montre un pic à BPFI avec bandes latérales espacées d'un multiple de la vitesse de rotation de l'arbre. La présence de ce schéma constitue un indicateur très fiable d'un défaut au sein de la race — et c'est l'une des raisons analyse d'enveloppe est si efficace pour démoduler ces signaux.
Diagnostic des moteurs électriques
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 - les fréquence de glissement de la puissance du moteur multipliée par le nombre de pôles du moteur — et constituent une caractéristique typique de barres de rotor cassées.
4. Éléments à prendre en compte pour l'analyse
Pour utiliser efficacement l'analyse des bandes latérales, des données de haute qualité sont essentielles :
- Haute résolution : Une FFT à haute résolution (par exemple 3 200 ou 6 400 lignes) est nécessaire pour distinguer clairement les pics des bandes latérales et mesurer leur espacement avec précision. À faible résolution, les bandes latérales se confondent avec le pic de la porteuse. La relation entre le nombre de lignes, la largeur de bande et la résolution peut être vérifiée à l'aide d'un Calculateur de résolution FFT.
- Tendance: Le nombre et l'amplitude des bandes latérales constituent un bon indicateur de la gravité d'un défaut. À mesure qu'un défaut s'aggrave, davantage de bandes latérales apparaissent et leur amplitude augmente ; il est donc utile de les enregistrer au fil du temps via analyse des tendances suit l'évolution de la détérioration.
- Zoom FFT : les Zoom FFT Une fonction de l'analyseur permet à l'analyste d'agrandir une bande de fréquences étroite avec une très haute résolution afin de confirmer la présence et l'espacement des bandes latérales.
5. Interpréter l'espacement : du schéma au diagnostic
La puissance diagnostique d'une famille de bandes latérales réside dans son calcul arithmétique. Comme l'espacement est égal à la fréquence de modulation, un analyste peut remonter de la gamme de fréquences jusqu'à la cause du problème : un espacement correspondant à 1× la vitesse de l'arbre implique que c'est l'arbre qui est en cause ; un espacement correspondant à la fréquence de passage des pôles liée au glissement implique un problème électrique au niveau du moteur ; un espacement non entier implique une paire de dents spécifique. Mesurer à l'avance la fréquence d'engrènement et la structure attendue de ses bandes latérales — par exemple à l'aide d'un Calculateur de fréquence d'engrènement — permet à l'analyste de déterminer précisément où chercher avant d'ouvrir le spectre.
Sur le terrain, ces signaux sont enregistrés à l'aide d'un analyseur de spectre portable que l'on transporte d'une machine à l'autre. Un appareil tel que le Balanset-1A mesure le spectre de vibrations d'une machine en fonctionnement avec une résolution suffisante pour distinguer le peigne de bandes latérales autour de la fréquence caractéristique d'un défaut d'engrènement ou de roulement, permettant ainsi à un ingénieur de confirmer le diagnostic sur place ; et lorsque cette même analyse révèle que le problème principal est simple déséquilibrer plutôt que de s'enfoncer dans une dent ou une rainure, l'instrument s'enfonce directement dans équilibrage sur place pour la corriger.
Lorsqu'un analyste détecte une bande latérale claire et symétrique à l'espacement prévu, le niveau de confiance de l' diagnostic passe de « possible » à « hautement probable » — ce qui explique précisément pourquoi les bandes latérales sont considérées comme l'une des empreintes les plus fiables dans ce domaine.
