Comprendre les sous-harmoniques

1. Définition : Qu'est-ce qu'un sous-harmonique ?

A Sous-harmonique est une composante de fréquence dans un vibration spectre qui se produit à une fraction entière d'une fréquence de forçage fondamentale. En analyse de machines, cette fréquence fondamentale est presque toujours la vitesse de course (1X).

Les sous-harmoniques apparaissent à des fréquences telles que 1/2X, 1/3X, 1/4X, etc., et sont également appelées sous-synchrone Vibrations, car elles se produisent à une fréquence inférieure à la vitesse synchrone principale (1X). La présence d'une série de sous-harmoniques (par exemple, 1/2X, 3/2X, 5/2X) est un signe classique de certains types de défauts de machine.

2. Principales causes des sous-harmoniques

Les sous-harmoniques ne sont pas aussi courantes que les harmoniques (2X, 3X), mais lorsqu'elles apparaissent, elles sont souvent un indicateur fort de l'un des problèmes suivants :

a) Desserrage mécanique

Il s'agit de la cause la plus fréquente de sous-harmoniques, en particulier la composante 1/2X. Lorsqu'un composant est desserré, comme un roulement dans son logement ou un boulon de fixation desserré, il peut provoquer un effet de « rebond » ou de « cliquetis » non linéaire. Ce type d'impact peut exciter le système de telle sorte qu'il réagit à une fréquence moitié inférieure à la fréquence de forçage principale (1X).

Un spectre présentant un pic 1X accompagné d'une série de sous-harmoniques à 1/2X, 3/2X (1,5X), 5/2X (2,5X), etc., est un signe classique de fort relâchement structurel. Ce relâchement permet des impacts qui se produisent pratiquement tous les deux tours de l'arbre, générant la famille de pics 1/2X.

b) Instabilité des paliers lisses

Dans les machines équipées de paliers à film fluide ou de paliers lisses, les sous-harmoniques sont un indicateur critique des instabilités du film d'huile. Il s'agit de vibrations auto-excitées résultant de la dynamique du coin d'huile supportant l'arbre.

• Tourbillon d'huile: Ce phénomène se produit généralement à une fréquence comprise entre 0,42 et 0,48 fois la vitesse de rotation. Il est provoqué par la rotation (tourbillonnement) du film d'huile lui-même dans le jeu du roulement, poussant l'arbre. Il s'agit souvent d'un pic marqué et distinct en dessous de 0,5 fois la vitesse de rotation.
• Fouet à huile : Il s'agit d'une forme d'instabilité plus grave qui se produit lorsque la fréquence de tourbillonnement de l'huile coïncide avec la première fréquence naturelle du rotor (vitesse critique). Lorsque cela se produit, la vibration peut devenir très violente et destructrice. La fréquence se « verrouille » sur la fréquence naturelle et ne change pas, même si la vitesse de la machine augmente.

c) Autres causes

• Problèmes de transmission par courroie : Une courroie usée ou endommagée peut parfois générer des fréquences sous-harmoniques liées à la vitesse de rotation de la courroie, qui est généralement inférieure à la vitesse de la poulie motrice ou entraînée.
• Fréquences de passage des pales ou des aubes : Dans certains cas avec des pompes ou des ventilateurs, les pics sous-synchrones peuvent être liés à des turbulences d'écoulement ou à des conditions de décrochage rotatif, qui peuvent ne pas être des fractions exactes de 1X mais sont toujours inférieures à la vitesse de fonctionnement.

3. Analyse et confirmation

Lorsqu'on observe des sous-harmoniques dans un spectre, il est crucial d'en identifier la fréquence exacte. Un pic à exactement 0,50X est très probablement lié à un relâchement. Un pic à 0,47X correspond presque certainement à un tourbillon d'huile. La présence d'une série complète (1/2X, 3/2X, etc.) confirme fortement un relâchement.

Analyser le forme d'onde temporelle peut également être utile. Un relâchement indique souvent des signes d'impact ou de troncature, tandis qu'un tourbillon d'huile peut apparaître comme un signal modulant plus complexe.

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