Fréquences des défauts de roulement: BPFO, BPFI, BSF et FTF sont les quatre fréquences de vibration caractéristiques qu’un roulement à éléments roulants génère lorsqu’un défaut localisé apparaît sur l’une de ses surfaces de travail.
Chaque fréquence de défaut indique un composant spécifique, et parce qu’elles sont déterminées par la géométrie interne du roulement plutôt que par un nombre entier de révolutions d’arbre, elles apparaissent à des multiples non entiers de la vitesse de rotation.
Les reconnaître dans un spectre est la compétence centrale du diagnostic des roulements à éléments roulants.
Un défaut produit un impact répétitif chaque fois qu’un élément roulant le dépasse, ou chaque fois que le défaut traverse la zone de charge. La fréquence de répétition est fixée par le nombre de billes, le diamètre des billes et le diamètre primitif, l’angle de contact et la vitesse de l’arbre. Les quatre fréquences sont :
Avec N éléments roulants, diamètre des billes d, diamètre primitif D, angle de contact theta et fréquence de rotation de l’arbre fr (en Hz), les quatre fréquences sont :
Un contrôle utile : BPFO + BPFI = N x fr exactement, et BPFO = N x FTF. Si la géométrie est inconnue, les ratios peuvent être estimés (BPFO vaut approximativement 0.4 x N x RPM et BPFI approximativement 0.6 x N x RPM), mais les tables de roulement publiées ou la référence fabricant donnent les valeurs exactes.
Un 6205 a N = 9 billes, d = 7.94 mm, D = 39.04 mm et un angle de contact de 0 degrés. En fonctionnement à 1800 tr/min (fr = 30 Hz), les fréquences calculées et leurs multiples de la vitesse de rotation sont indiqués ci‑dessous. Ces multiplicateurs sont constants pour le roulement ; seules les valeurs absolues en Hz changent avec la vitesse.
| Fréquence | Composant indiqué | Multiple de la vitesse de rotation (6205) | Valeur à 1800 tr/min (Hz) |
|---|---|---|---|
| BPFO | Défaut de la bague extérieure | 3.585 x | 107.5 |
| BPFI | Défaut de la bague intérieure | 5.415 x | 162.5 |
| BSF | Défaut d’élément roulant | 2.357 x | 70.7 |
| FTF | Cage / porte-éléments | 0.398 x | 11.9 |
Notez qu’aucune de ces fréquences ne coïncide avec 1x, 2x ou 3x la vitesse de rotation. Ce comportement non synchrone est précisément ce qui distingue un défaut de roulement d’un déséquilibre, d’un désalignement ou d’un jeu, qui se situent sur des harmoniques entiers.
Parce que chaque équation contient le rapport d/D, les multiplicateurs sont des valeurs non entières plutôt que des nombres entiers. Cela a deux conséquences pratiques.
D’abord, les raies de défaut ne coïncident jamais exactement avec la famille 1x de la vitesse de rotation, ce qui permet de les isoler même lorsqu’une machine présente aussi un déséquilibre.
Ensuite, un léger patinage sous faible charge décale légèrement les fréquences réelles en dessous des valeurs calculées, de sorte que les analystes tolèrent une marge de quelques pour cent lors de l’association d’un pic.
Des bandes latérales espacées à la vitesse de rotation (autour de BPFI) ou à FTF (autour de BSF) confirment qu’un défaut se déplace à travers la zone de charge.
Les premiers impacts de roulement ont peu d’énergie mais excitent le roulement et la structure à leurs hautes fréquences propres, résonnant dans la plage 1 à 20 kHz. Sur un spectre de vitesse brut, cette énergie est enfouie dans le plancher de bruit, de sorte que les fréquences de défaut sont initialement invisibles.
La détection d’enveloppe, aussi appelée démultiplication ou spectre d’enveloppe, résout cela. Le signal est filtré en bande autour de la zone de résonance, puis redressé et filtré passe-bas pour récupérer l’enveloppe des rafales d’impacts.
Une FFT de cette enveloppe révèle BPFO, BPFI, BSF ou FTF et leurs harmoniques bien avant qu’ils n’apparaissent dans le spectre ordinaire.
L’analyse par enveloppe est une partie standard de l’analyse du spectre de vibration , et elle se combine bien avec des techniques haute fréquence telles que la méthode des impulsions de choc pour la détection la plus précoce.
La dégradation des roulements suit une progression en quatre stades reconnue, et connaître le stade vous indique combien de temps d’avertissement il reste :
Identifier un défaut de bague extérieure en Étape 2 n’est utile que si cela déclenche un ordre de travail avant que le roulement n’atteigne l’Étape 4.
Les équipes utilisant Fabrico joignent la fréquence de défaut mesurée, le stade et la tendance au dossier de l’actif, de sorte que la lecture de surveillance conditionnelle génère automatiquement une tâche de remplacement planifiée avec le bon numéro de pièce du roulement et le couple de serrage.
Cela boucle la chaîne entre le diagnostic et l’atelier. Comprendre la durée de vie calculée via la durée de vie L10 des roulements aide à fixer des intervalles de réinspection raisonnables une fois qu’un défaut est confirmé.
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Un défaut de la bague intérieure entre et sort de la zone de charge une fois par révolution d’arbre, de sorte que ses impacts sont modulés par la vitesse de rotation et dispersent l’énergie en bandes latérales. Il se situe aussi plus en profondeur dans le chemin de charge.
Cela rend souvent les défauts de la bague intérieure plus difficiles à détecter précocement mais produit les bandes latérales caractéristiques autour de BPFI une fois établis.
Un défaut unique sur un élément roulant contacte la bague intérieure et la bague extérieure une fois par révolution de l’élément, générant deux impacts par tour. C’est pourquoi le défaut de rotation de bille apparaît fréquemment le plus fort à deux fois BSF plutôt qu’à la fondamentale, généralement flanqué de bandes latérales à FTF.
Oui, approximativement. BPFO est proche de 0.4 x N x RPM et BPFI proche de 0.6 x N x RPM, donc même en connaissant seulement le nombre de billes vous pouvez rechercher la bonne région du spectre. Pour confirmation, consultez les multiplicateurs de défaut exacts chez le fabricant ou dans une base de données de roulements, car une erreur de quelques pour cent peut vous faire interpréter mal un pic.
Cela dépend de la vitesse, de la charge et de la lubrification, mais la détection d’enveloppe signale typiquement un défaut en Étape 2, bien avant que le défaut soit visible dans un spectre de vitesse standard. Cela se traduit couramment par des semaines ou des mois de temps de planification, ce qui constitue tout l’intérêt de détecter les roulements tôt plutôt que de réagir en Étape 4.
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