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1 – Analyse vibratoire
1. Les vibratio vibra tions ns : 1.1. Intérêt de la maintenance préventive conditionnelle basée sur l’étude des vibrations : Le suivi des paramètres vibratoires est particulièrement bien adapté aux machines tournantes. L’analyse vibratoire fournit un nombre important de renseignements renseignements sur létat de lé!uipement. 1.". #aractères physi!ues physi!u es de londe sonore : $ne vibration correspond % des variations périodi!ues dun milieu matériel &ga'eux( li!uide ou solide) !ui se transmettent de proche en proche. *n parle souvent de son lors!ue la vibration a lieu dans l’air alors !ue dans un milieu solide( on parle simplement de vibration. $ne onde sonore a certains caractères physi!ues dont les plus importants sont repris ci+dessous. Fréquence f en Hz : La hauteur ou tonie indi!ue le caractère grave ou aigu du son. La bande de fré!uence audibles est comprise entre 1, -' et " -' pour un individu /eune. #ette bande diminue avec l0ge. Période T en s : La période est linverse de la fré!uence. #est la durée t dune dune oscilla oscillatio tion n élémen élémentai taire re du milieu milieu matér matériel iel dans dans le!uel le son se propage. 1 = f 1.2. 3omaine temporel : La représentation la plus simple et la plus i mmédiate d’un signal vibratoire se fait en fonction du temps. #’est le domaine temporel. 4mplitude
emps
2. Le domaine spectral : ".1. Limites du domaine temporel : L’analyse d’un signal vibratoire en fonction du temps ne suffit pas. Il est souvent intéressant de conna5tre les différentes fré!uences du signal. 6our des raisons de facilité d’analyse et de calcul( on se réfère % un signal de forme sinuso7dale !ue l’on généralise ensuite % n’importe !uelle forme de vibration.
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1 – Analyse vibratoire
".". #aractéristi!ues d’une sinuso7de : La forme la plus simple dun signal vibratoire est un signal périodi!ue !ue lon représente sous la forme dun mouvement sinuso7dal. Le mouvement sinuso7dal peut être représenté par la pro/ection sur un axe vertical dun vecteur tournant 4 ayant une vitesse angulaire constante ω. La rotation de ce vecteur provo!ue une variation de sa pro/ection x( dont lé!uation est : x(t ):4 9 sin(8t )
Α
Α
x&t)
ω
π
π/2
.
τ
6ériode
6ériode :
";
8
f : 1 8 "; =
3ans la réalité( les signaux vibratoires sont rarement des sinuso7des pures. ".2. =pectre d’une sinuso7de : #onnaissant l’amplitude &4) et la fré!uence &f) d’un signal sinuso7dal( on peut le représenter simplement sur un graphi!ue avec la fré!uence en abscisse et l’amplitude en ordonnée.
Αµπλιτυδε
Αµπλιτυδε Α
Α .
π/2
π
τ
φ Φρθυενχε δυ σιγναλ :φ=1/Τ
6ériode #ependant( cette représentation ne montre son intérêt !ue lors!ue le signal a une forme plus complexe !ue la sinuso7de.
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".>. 3écomposition d’un signal : ?uelle !ue soit la forme d’un signal = &t)( on peut le décomposer sous forme d’une somme de sinuso7des de différentes amplitudes( de différentes fré!uences.
= &t) = 41 sin&8 1 t
+
ϕ 1)
+
4 " sin&8 " t
+
ϕ ")
+
... + 4 n sin&8 n t
+
ϕ n )
#ette décomposition est réalisée gr0ce % une fonction mathémati!ue appelée transformée de
1
"
2
>
@
,
A
B
+1 +1@ +"
1.. @.
=inuso7de 1 =inuso7de "
. .
1
"
2
>
@
,
A
=inuso7de 2
B
=inuso7de >
+@. +1..
3’après la transformée de ... t + .(...,) + "@ sin&B... t + .(..1@)
=inuso7de 1 " 2 >
4mplitude 4i 1 @ 2 "@
6ulsation
en rad s
ωi
1 " > B
+1
f i : 8 i "; -' 1@C 21B ,2A 1"A2
en
3éphasage en ms D (2 + (, + 1(@
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La représentation spectrale de ce signal sera : 1 B , > "
1
"
2
>
@
,
A
B
C
1 11 1" 12 1>
Les sons ou vibrations étant perEus de manière logarithmi!ue par l’oreille( le spectre est généralement représenté en échelle logarithmi!ue. ant pour les fré!uences !ue pour les amplitudes. 1
1
1 1
1
1
Lors!u’un signal est composé par la somme d’un grand nombre de sinuso7des de fré!uences et d’amplitudes différentes( le spectre ne se présente plus sous un ensemble de raies mais par une courbe continue. #’est généralement le cas. 1
1
1
1 1
1
1
1
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".@. 6articularités sur les spectres : L’abscisse d’un spectre indi!ue une fré!uence. Lors!u’une fré!uence est basse( elle est perEue comme grave( par contre( % haute fré!uence( elle est perEue comme aiguF. =ouvent( les fré!uences sonores sont classées en trois bandes. Gande de fré!uences Gasses fré!uences &G<) Hoyennes fré!uences &H<) -autes fré!uences &-<)
n voyant le spectre( il est possible de dire si un signal est de basse fré!uence &grave) ou de haute fré!uence &aigu). =ignal G< =ignal H< =ignal -<
".,.
f .
" f . > f . @ f . 2 f . -armoni!ues de rang "( 2( >K
log f
".A. Gruit de fond : Le spectre fait tou/ours appara5tre un grand nombre de fré!uences sans pics particuliers. *n parle de bruit de fond. Il est plus important en -< !u’en G<.
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1 – Analyse vibratoire log 4 Gruit de fond
log f
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3. Phénomènes mis en évidence par l’analyse vibratoire : 2.1. 6rincipe de mesure : Lors!ue la machine est neuve( on réalise des mesures dont on enregistre les spectres. #’est la signature des vibrations. Il suffit ensuite de comparer les mesures effectuées régulièrement % la signature d’origine. 2.". éalisation des mesures : Les capteurs utilisés pour mesurer les vibrations sont généralement des accéléromètres pié'o+électri!ues. *n colle des embases aux endroits stratégi!ues( c’est+%+dire près des éléments % surveiller &paliers( turbines( rotorsK). L’accéléromètre est vissé sur l’embase au moment des mesures ou laissé % demeure en cas de mesures continues. Le signal de mesure est enregistré sur un collecteur puis transféré sur ordinateur ou enregistré directement % travers une carte d’ac!uisition. 4ccéléromètre
Imbase
#olle Hachine
Le diagnostic est réalisé après analyse spectrale et temporelle du signal % travers divers filtres. 2.2. #lassement des défauts : *n peut classer les défauts en fonction de la bande de fré!uences. Le diagnostic n’est pas tou/ours aussi évident !ue sur les exemples suivants( donnés comme base.
4. Défats ! basse fré"ence : >.1. #aractéristi!ues : Les défauts % basse fré!uence caractérisent des phénomènes simples !ui apparaissent % moins de " -'. Il s’agit : + du balourdJ + du délignageJ + du desserrageJ + du frottement.
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>.". Galourd : 6our !u’une pièce tournante ne vibre pas trop( il faut !u’elle soit é!uilibrée( c’est+%+dire !ue son centre de gravité soit sur l’axe de rotation. Les efforts dus % un balourd peuvent devenir très importants et amener une rupture. eprésentation spectrale du défaut
#aractéristi!ues 6ic élevé % la fré!uence de rotation f . 6ics d’amplitudes plus faibles sur les harmoni!ues de f .
>.2. 3élignage : Le délignage s’observe lors!ue deux lignes d’arbres ne sont pas bien alignées. 4 la rotation( des contraintes apparaissent dans l’accouplement ou dans les paliers( accélérant les usures. eprésentation spectrale du défaut
#aractéristi!ues
log 4 6ic élevé au double de la fré!uence de rotation f . 6ics sur f et ses harmoni!ues. f .
"f . 2f . >f .
log f
>.>. 3esserrage : Le desserrage d’un élément engendre des chocs !ui ab5ment les pièces et peut déboucher sur une casse. eprésentation spectrale du défaut
#aractéristi!ues
log 4
6eigne de raies d’harmoni!ues de f en G< et en H<.
f .
"f .
>f .
log f
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>.@.
#aractéristi!ues
log 4
6eigne de raies d’harmoni!ues % N de f en G< et en début de H<.
Mf .
f .
log f
"f .
#. Défats ! moyenne fré"ence : @.1. #aractéristi!ues : Les phénomènes apparaissant entre " -' et " -' correspondent % des modulations : + fré!uence de compression de pales( d’aubes ou d’ailettesJ + défauts d’engrènementJ + défauts de mar!uage de roulements. @.".
#aractéristi!ues 6ic % f p. 6ics d’amplitudes plus faibles sur les harmoni!ues de f p.
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@.2. 3éfauts d’engrènement : 6lusieurs types de défauts sont observables sur les engrenages. #ertains % la fré!uence de rotation du pignon considéré f ( certaines % la fré!uence d’engrènement f e : f e f × nombre de dents ype de défaut et représentation spectrale Dent cassée ou abîmée
#aractéristi!ues
log 4
6eigne de raies % f .
f .
"f .
>f .
log f
Deux dents cassées ou abîmées log 4
Hême peigne de raies % f mais avec une amplitude plus élevée.
f .
"f .
>f .
log f
Jeu 6ic % f e. Usure 6eigne de raies % f e.
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ype de défaut et représentation spectrale Serrage
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#aractéristi!ues 6ic % " f e.
Faux rond Hodulation de f autour de f e. @.>. 3éfauts de mar!uage des roulements : #e sont des défauts de mar!uage ou d’écaillage des pistes de roulement. Les fré!uences sont données par le constructeur. eprésentation spectrale du défaut
#aractéristi!ues 6eigne de raies é!uidistantes et harmoni!ues entières de la fré!uence du défaut.
$. Défats ! hate fré"ence : Ils concernent particulièrement les défauts généralisés des roulements lors d’usure( man!ue de lubrificationK eprésentation spectrale du défaut
#aractéristi!ues
3Ome en -< log f
