L'analyse vibratoire est une technique essentielle pour diagnostiquer l'état technique des machines. Différents défauts de machines produisent des schémas caractéristiques dans le spectre de fréquences vibratoires. L'examen du spectre de fréquences vibratoires des machines (généralement par analyse FFT) permet d'identifier des types de défauts spécifiques. Les catégories de défauts courants (déséquilibre, désalignement, desserrage, défauts de roulements, défauts d'engrenages) sont présentées dans des tableaux ci-dessous. Chaque tableau décrit les sous-types de défauts, leur spectre vibratoire typique, les composantes spectrales observées, les principales caractéristiques d'identification et un graphique spectral illustratif (intégré au format SVG). Toutes les références de fréquence utilisent des multiples de la vitesse de rotation (par exemple, « 1× » = fréquence d'une fois par tour).
Déséquilibre
| Type de défaut | Description du spectre | Brève description des composantes spectrales | Fonctionnalité clé | Graphique SVG |
|---|---|---|---|---|
| Déséquilibre statique (Un plan) | Le spectre est dominé par un seul pic à la vitesse de fonctionnement fondamentale (1× RPM) : La vibration est sinusoïdale, avec une énergie minimale à d'autres fréquences. | Principalement une forte composante de fréquence de rotation 1×. Peu ou pas d'harmoniques supérieures (tonalité pure 1×) : | Grande amplitude 1× dans toutes les directions radiales : les vibrations aux deux paliers sont en phase (pas de différence de phase entre les deux extrémités) :. Un déphasage d'environ 90° est souvent observé entre les mesures horizontales et verticales au même palier :. | |
| Déséquilibre dynamique (Deux plans/Couple) | Le spectre présente également un pic de fréquence dominant une fois par tour (1×), similaire à un déséquilibre statique. Les vibrations se produisent à la vitesse de rotation, sans contenu significatif à haute fréquence si le déséquilibre est le seul problème. | Composante dominante 1× RPM (souvent avec un « balancement » ou une oscillation du rotor) : Les harmoniques supérieures sont généralement absentes, sauf si d'autres défauts sont présents. | 1× vibration à chaque roulement est déphasé – il existe un déphasage d'environ 180° entre les vibrations aux deux extrémités du rotor (indiquant un déséquilibre de couple). Le fort pic 1× associé à ce déphasage est la signature d'un déséquilibre dynamique. |
Désalignement
| Type de défaut | Description du spectre | Brève description des composantes spectrales | Fonctionnalité clé | Graphique SVG |
|---|---|---|---|---|
| Désalignement parallèle (Arbres décalés) | Le spectre vibratoire présente une énergie élevée à la vitesse fondamentale (1×) et à ses harmoniques 2× et 3×, notamment dans le sens radial. Généralement, la composante 1× est dominante, avec un désalignement présent, accompagné d'une composante 2× notable. | Contient des pics significatifs aux fréquences de rotation de l'arbre 1×, 2× et 3×. Ces pics apparaissent principalement dans les mesures de vibrations radiales (perpendiculaires à l'arbre). | Des vibrations radiales élevées de 1× et 2× sont indicatives. Une différence de phase de 180° entre les mesures de vibrations radiales de part et d'autre de l'accouplement est souvent observée, ce qui la distingue d'un déséquilibre pur. | |
| Désalignement angulaire (Fusées inclinées) | Le spectre de fréquence montre de fortes harmoniques de la vitesse de l'arbre, notamment une composante de vitesse de fonctionnement 2× importante en plus de 1× : des vibrations à 1×, 2× (et souvent 3×) apparaissent, les vibrations axiales (le long de l'arbre) étant importantes. | Pics notables à 1× et 2× (et parfois 3×) de la vitesse de rotation : la composante 2× est souvent aussi importante, voire plus importante, que la composante 1×. Ces fréquences sont prononcées dans le spectre vibratoire axial (le long de l'axe de la machine) : | Amplitude de la seconde harmonique relativement élevée (2×) par rapport à 1×, associée à de fortes vibrations axiales. Les mesures axiales de part et d'autre du couplage sont déphasées de 180°, signe d'un désalignement angulaire. |
Relâchement
| Type de défaut | Description du spectre | Brève description des composantes spectrales | Fonctionnalité clé | Graphique SVG |
|---|---|---|---|---|
| Desserrage mécanique (Desserrage des composants) | Le spectre est riche en harmoniques de la vitesse de course. Une large gamme de multiples entiers de 1× (de 1× jusqu'à des ordres élevés comme environ 10×) apparaît avec des amplitudes significatives. Dans les cas avancés, des fréquences sous-harmoniques (par exemple 0,5×) peuvent également apparaître. | Les harmoniques de vitesse de défilement multiples dominent (1×, 2×, 3×… jusqu'à environ 10×). Parfois, des composantes de fréquence fractionnaires (demi-ordre) à 1/2×, 3/2×, etc., peuvent être présentes en raison d'impacts répétés. | Une « série harmonique » caractéristique de pics dans le spectre – de nombreux pics régulièrement espacés à des multiples entiers de la fréquence de rotation. Cela indique des pièces desserrées ou mal ajustées provoquant des impacts répétés. La présence de nombreux harmoniques (et éventuellement de sous-harmoniques d'ordre 1) constitue une signature clé. | |
| relâchement structurel (Desserrage de la base/du montage) | Le spectre vibratoire est souvent dominé par une ou deux fois la vitesse de rotation. On observe généralement un pic à 1× tr/min et/ou un pic à 2× tr/min. Les harmoniques supérieures, au-delà de 2× tr/min, ont généralement une amplitude bien inférieure à ces valeurs fondamentales. | Affiche principalement les composantes de fréquence à 1× et 2× la vitesse de l'arbre. Les autres harmoniques (3×, 4×, etc.) sont généralement absentes ou mineures. La composante 1× ou 2× peut prédominer selon la nature du jeu (par exemple, un ou deux impacts par tour). | Un pic particulièrement élevé (1× ou 2×, voire les deux) par rapport au reste du spectre indique un relâchement des supports ou de la structure. Souvent, la vibration est plus forte dans le sens vertical si la machine est mal fixée. Un ou deux pics dominants d'ordre faible, avec peu d'harmoniques supérieures, sont caractéristiques d'un relâchement de la structure ou des fondations. |
Défauts de roulement
| Type de défaut | Description du spectre | Brève description des composantes spectrales | Fonctionnalité clé | Graphique SVG |
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| Défaut de la course extérieure | Le spectre vibratoire présente une série de pics correspondant à la fréquence du défaut de la bague extérieure et à ses harmoniques. Ces pics se situent généralement à des fréquences plus élevées (et non à des multiples entiers de la rotation de l'arbre) et indiquent chaque passage d'un élément roulant sur le défaut de la bague extérieure. | Plusieurs harmoniques de la fréquence de passage de la bille (BPFO) de la bague extérieure sont présentes. En général, on observe 8 à 10 harmoniques de BPFO dans le spectre pour un défaut prononcé de la bague extérieure. L'espacement entre ces pics est égal à la BPFO (fréquence caractéristique déterminée par la géométrie et la vitesse du roulement). | La signature est un train de pics distinct au niveau du BPFO et de ses harmoniques successives. La présence de nombreux pics haute fréquence régulièrement espacés (BPFO, 2×BPFO, 3×BPFO,…) indique clairement un défaut du roulement de la bague extérieure. | |
| Défaut de la race intérieure | Le spectre d'un défaut de la bague intérieure présente plusieurs pics importants à la fréquence du défaut de la bague intérieure et à ses harmoniques. De plus, chacun de ces pics de fréquence est généralement accompagné de pics de bande latérale espacés à la fréquence de la vitesse de fonctionnement (1×). | Contient plusieurs harmoniques de la fréquence de passage de la bille de la bague intérieure (BPFI), souvent de l'ordre de 8 à 10 harmoniques. Ces pics BPFI sont modulés par des bandes latérales à ± 1 × tr/min, ce qui signifie qu'à côté de chaque harmonique BPFI, des pics latéraux plus petits apparaissent, séparés du pic principal par une distance égale à la fréquence de rotation de l'arbre. | Le signe révélateur est la présence d'harmoniques de fréquence de défaut de la bague intérieure (BPFI) avec un motif de bande latérale. Les bandes latérales espacées selon la vitesse de l'arbre autour des harmoniques BPFI indiquent que le défaut de la bague intérieure est chargé une fois par tour, confirmant un problème de bague intérieure plutôt que de bague extérieure. | |
| Défaut d'élément roulant (Balle/Roller) | Un défaut d'un élément roulant (bille ou rouleau) produit des vibrations à la fréquence de rotation de l'élément roulant et à ses harmoniques. Le spectre présente une série de pics qui ne sont pas des multiples entiers de la vitesse de l'arbre, mais plutôt des multiples de la fréquence de rotation de la bille/du rouleau (BSF). L'un de ces pics harmoniques est souvent nettement plus important que les autres, ce qui reflète le nombre d'éléments roulants endommagés. | Des pics apparaissent à la fréquence fondamentale de défaut des éléments roulants (BSF) et à ses harmoniques. Par exemple, BSF, 2×BSF, 3×BSF, etc. L'amplitude de ces pics peut notamment indiquer le nombre d'éléments endommagés. Par exemple, si la deuxième harmonique est la plus élevée, cela peut indiquer que deux billes/rouleaux présentent des écaillages. Ces phénomènes s'accompagnent souvent de vibrations aux fréquences de défaut des chemins de roulement, car les dommages aux éléments roulants entraînent généralement également des dommages aux chemins de roulement. | La présence d'une série de pics espacés de la fréquence de rotation de l'élément de roulement (BSF) plutôt que de la fréquence de rotation de l'arbre identifie un défaut de l'élément roulant. Une amplitude particulièrement élevée de l'harmonique N de la BSF indique souvent que N éléments sont endommagés (par exemple, un pic 2×BSF très élevé peut indiquer la présence de deux billes défectueuses). | |
| Défaut de cage (Cage de roulement / FTF) | Un défaut de cage (séparateur) dans un roulement produit des vibrations à la fréquence de rotation de la cage – la fréquence fondamentale du train (FTF) – et à ses harmoniques. Ces fréquences sont généralement sous-synchrones (inférieures à la vitesse de l'arbre). Le spectre présente des pics à FTF, 2×FTF, 3×FTF, etc., et souvent une interaction avec d'autres fréquences du roulement due à la modulation. | Pics basse fréquence correspondant à la fréquence de rotation de la cage (FTF) et à ses multiples entiers. Par exemple, si la FTF est ≈ 0,4 × la vitesse de l'arbre, des pics peuvent être observés à environ 0,4 ×, 0,8 ×, 1,2 ×, etc. Dans de nombreux cas, un défaut de cage coexiste avec des défauts de course ; la FTF peut donc moduler les signaux de défaut de course, produisant des fréquences somme/différence (bandes latérales autour des fréquences de course). | Un ou plusieurs pics sous-harmoniques (inférieurs à 1×) alignés avec la vitesse de rotation de la cage du roulement (FTF) indiquent un problème de cage. Ce phénomène apparaît souvent en même temps que d'autres indications de défaut du roulement. La signature clé est la présence de FTF et de ses harmoniques dans le spectre, ce qui est rare, sauf en cas de défaillance de la cage. |
Défauts d'engrenage
| Type de défaut | Description du spectre | Brève description des composantes spectrales | Fonctionnalité clé | Graphique SVG |
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| Excentricité de l'engrenage / Arbre courbé | Ce défaut provoque une modulation des vibrations de l'engrenage. Dans le spectre, le pic de fréquence d'engrènement (GMF) est entouré de pics de bande latérale espacés de la fréquence de rotation de l'arbre de l'engrenage (1 × la vitesse de rotation de l'engrenage). Souvent, les vibrations de l'engrenage à 1 × la vitesse de rotation sont également élevées en raison de l'effet de déséquilibre dû à l'excentricité. | Augmentation notable de l'amplitude à la fréquence d'engrènement de l'engrenage et à ses harmoniques inférieures (par exemple, 1×, 2×, 3× GMF). Des bandes latérales nettes apparaissent autour de la GMF (et parfois autour de ses harmoniques) à des intervalles égaux à 1× la vitesse de rotation de l'engrenage concerné. La présence de ces bandes latérales indique une modulation d'amplitude de la fréquence d'engrènement par la rotation de l'engrenage. | La fréquence d'engrènement des engrenages, avec des bandes latérales prononcées à 1× la fréquence d'engrenage, constitue la caractéristique distinctive. Ce motif de bandes latérales (pics régulièrement espacés autour de la fréquence d'engrènement de la GMF selon la vitesse de rotation) indique clairement une excentricité de l'engrenage ou une déformation de l'arbre. De plus, la vibration fondamentale (1×) de l'engrenage peut être supérieure à la normale. | |
| Usure ou endommagement des dents d'engrenage | Les défauts des dents d'engrenage (comme des dents usées ou cassées) entraînent une augmentation des vibrations à la fréquence d'engrènement et à ses harmoniques. Le spectre présente souvent plusieurs pics GMF (1×GMF, 2×GMF, etc.) de forte amplitude. De plus, de nombreuses bandes latérales apparaissent autour de ces pics GMF, espacées de la fréquence de rotation de l'arbre. Dans certains cas, l'excitation des fréquences naturelles de l'engrenage (résonances) avec bandes latérales peut également être observée. | Pics élevés à la fréquence d'engrènement de l'engrenage (fréquence d'engrènement des dents) et à ses harmoniques (par exemple, 2×GMF). Autour de chaque harmonique majeur de GMF, on observe des pics de bande latérale séparés par une vitesse de rotation 1×. Le nombre et la taille des bandes latérales autour des composantes 1×, 2× et 3× GMF tendent à augmenter avec la gravité des dommages aux dents. Dans les cas graves, des pics supplémentaires correspondant aux fréquences de résonance de l'engrenage (avec leurs propres bandes latérales) peuvent apparaître. | La présence de multiples harmoniques de fréquence d'engrènement de forte amplitude, accompagnées de bandes latérales denses, en est la caractéristique principale. Cela indique un passage irrégulier des dents dû à l'usure ou à une dent cassée. Un engrenage très usé ou endommagé présentera des bandes latérales étendues (à des intervalles de 1× la vitesse de l'engrenage) autour des pics de fréquence d'engrènement, ce qui le distingue d'un engrenage en bon état (dont le spectre serait plus net, concentré au niveau de la fréquence de l'engrènement). |
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