Analyse et diagnostic des défauts (2)

Un rotor excentrique possède un axe de rotation qui diffère de son axe géométrique, avec un rayon plus grand pour sa partie excentrique. Dans le cas d'une poulie, cela a pour conséquence de causer une variation de la tension des courroies qui produit une vibration élevée à la vitesse de rotation de la poulie (figure suivante) avec des composantes radiales verticale et horizontale qui sont en phase.

Excentricité :

Le phénomène s'apparente beaucoup à un balourd puisque la masse du rotor n'est pas également répartie autour de son axe. Toutefois, contrairement au déséquilibre, la force appliquée sur la poulie n'est pas également répartie sur 360°.

Vous pouvez voir à la figure 3.16 comment la force générée est en ligne droite en direction des deux arbres. De même, le déplacement maximal dans la direction verticale se produit en même temps que dans la direction horizontale.

C'est pourquoi vous ne pourrez compenser l'excentricité du rotor par une simple correction d'équilibrage. Le résultat d'un équilibrage dans une situation semblable donne une réduction de la vibration dans l'une des directions tout en provoquant une augmentation des vibrations dans l'autre.

Un défaut de courroie est souvent caractérisé par un harmonique élevé de la fréquence de la courroie.

La figure suivante vous montre le spectre typique d'un jeu mécanique associé au mauvais serrage d'un roulement et à celui d'un jeu d'arbre excessif. La vibration causée par un problème de jeu mécanique est souvent caractérisée par un deuxième harmonique élevé (2 ) de la fréquence de rotation, accompagné de composantes interharmoniques (0,5 , 1,5 , etc.).

Jeu mécanique :

Les roulements sont les éléments de transmission des forces entre les composants mobiles et statiques d'une machine. A ce titre, ils contribuent considérablement au bon fonctionnement d'un équipement. C'est pourquoi la surveillance de leur état est un des points clés de la réussite de tout programme de maintenance conditionnelle.

Pour la détection des défauts, vous procéderez à la comparaison des spectres d'accélération, et préférablement, en pourcentage de bande constant (PBC), sur une pleine échelle d'au moins 10 kHz. Les augmentations en hautes fréquences seront considérées comme un indice sérieux du développement d'un défaut de roulement.

Le diagnostic précis d'un défaut de roulement requiert souvent l'utilisation de techniques d'analyse plus élaborées que la simple acquisition d'un spectre FFT. Une méthode éprouvée consiste à procéder à une analyse d'enveloppe du signal. Dans un signal vibratoire complexe issu d'une machine industrielle, l'analyse d'enveloppe permet d'extraire des impacts périodiques comme ceux produits au cours de la détérioration d'un roulement.

La figure suivante vous montre les spectres obtenus par une analyse de spectres conventionnelle (FFT) et par une analyse d'enveloppe. Le défaut n'est pas du tout apparent dans le spectre FFT, alors que le spectre d'enveloppe indique un défaut sévère sur la couronne externe (BPFO). La sévérité du défaut s'explique par la présence de nombreux harmoniques dans le spectre.

Diagnostic d'un défaut de roulement :

Les vibrations des engrenages proviennent de diverses sources parmi lesquelles vous pouvez compter le fléchissement des dents sous la charge et l'usure uniforme de la denture.

Il y aura toujours des vibrations dues aux fléchissements des dents sous la charge, et ce, même avec des engrenages droits ayant des profils parfaits. L'effet de fléchissement des dents se produit à la fréquence d'engrènement (et à ses harmoniques) et dépend énormément de la charge. Des composantes apparaissent également aux harmoniques de l'engrènement à cause des déviations par rapport au profil idéal.

Éventuellement, la déformation du profil idéal sera dominée par les effets d'une usure uniforme de la denture. La figure suivante vous montre le profil typique d'une dent usée. L'usure a tendance à être plus forte de chaque côté du point de contact primitif.

Profil d'usure typique :

Vous pouvez constater à la figure 3.20, l'augmentation typique des harmoniques due à l'usure uniforme des dents. L'effet de l'usure est souvent visible dans le 2^e harmonique, mais il s'étend en général aux harmoniques supérieurs au fur et à mesure de la détérioration du profil. Il est recommandé de surveiller au moins l'évolution de l'amplitude des trois premiers harmoniques de la fréquence d'engrènement pour détecter une usure de denture.

Effet de l'usure dans le spectre :

Le tableau de la figure ci-après présente plusieurs éléments importants associés aux vibrations liées à la vitesse de rotation de l'arbre :

• les fréquences dominantes aux premiers harmoniques de la vitesse de rotation (1  f_rot., 2  f_rot., parfois davantage) ;

• la direction de la vibration, qui est surtout radiale et parfois axiale ;

• les relations de phase, qui varient selon le défaut.

Un tableau récapitulatif de plusieurs défauts mécaniques susceptibles d'être suivi lors de l'analyse des vibrations vous est présenté à la figure suivante. Vous y trouvez, entre autres, la fréquence et la direction de la vibration dominante pour chaque défaut. Le diagnostic repose alors essentiellement sur l'identification dans le spectre de fréquences de la composante (il peut y en avoir plusieurs) qui pose problème.

Défauts liés à la rotation de l'arbre :

Reconnaissance des défauts :