Analyse du spectre de vibrations: interpréter la FFT pour diagnostiquer les défauts est la pratique consistant à convertir la forme d'onde brute de vibration d'une machine en un spectre en fréquence afin que chaque défaut mécanique puisse être identifié par la fréquence à laquelle son énergie apparaît.
Une machine tournante vibre à des fréquences liées à sa vitesse de rotation et à sa géométrie interne.
En décomposant le signal, un analyste peut séparer le déséquilibre du désalignement, le jeu mécanique d'un roulement défaillant, et un engrenage sain d'un autre qui perd des dents, souvent des semaines avant que le défaut ne devienne audible ou destructeur.
Un capteur de vibration produit un signal dans le domaine temporel : amplitude en fonction du temps. Pris seul, il est difficile à lire. La Transformée de Fourier rapide (FFT) est un algorithme efficace qui résout la forme d'onde en ses composantes sinusoïdales individuelles qui la composent. La sortie est un spectre : amplitude en fonction de la fréquence, où chaque pic marque une source de vibration distincte.
Deux paramètres gouvernent ce que le spectre peut révéler. L'étendue en fréquence (span) fixe la fréquence maximale capturée, et le nombre de lignes de résolution détermine la finesse avec laquelle des pics proches peuvent être séparés.
Parce que les défauts s'expriment le mieux comme des multiples de la vitesse d'arbre, les analystes tracent couramment l'axe des x en ordres, où 1x équivaut à la vitesse de rotation en hertz (RPM divisé par 60).
La même vibration peut être exprimée de trois manières, et ce choix détermine quels défauts se détachent.
Pour évaluer l'état global par rapport à un seuil, voir gravité de vibration ISO 10816-3, qui fixe des limites de vitesse selon la classe de machine et le montage.
Le déséquilibre de masse produit un pic net et dominant exactement à 1x la vitesse de rotation, de direction radiale, avec relativement peu d'énergie ailleurs. L'amplitude augmente avec le carré de la vitesse, et la phase est stable. Un pic unique élevé à 1x avec peu d'harmoniques est la signature classique du déséquilibre.
Le désalignement entre arbres accouplés augmente typiquement le pic à 2x la vitesse de rotation et, chose importante, produit de fortes vibrations axiales, car le couple force les arbres à fléchir une et deux fois par révolution. Quand l'amplitude axiale à 1x ou 2x approche ou dépasse l'amplitude radiale, suspectez un désalignement ou un arbre voilé.
Le jeu mécanique produit une longue série d'harmoniques de la vitesse de rotation : 1x, 2x, 3x, 4x et au-delà. Le desserrement structurel et les ajustements usés peuvent aussi générer des sous-harmoniques d'ordre demi comme 0,5x, 1,5x et 2,5x.
Les défauts des roulements à éléments roulants apparaissent comme de l'énergie non synchrone, c'est-à-dire des pics à des fréquences qui ne sont pas des multiples entiers de la vitesse de rotation.
Chaque défaut a son propre ton: fréquence de passage des billes sur la piste extérieure (BPFO), fréquence de passage des billes sur la piste intérieure (BPFI), fréquence de rotation des billes (BSF) et fréquence fondamentale du train (FTF).
Ceux-ci commencent comme des pics de faible niveau en haute fréquence au-dessus d'un bruit large bande élevé; les calculs sont exposés dans fréquences de défaut des roulements .
Les engrenages vibrent à la fréquence d'engrènement (GMF), égale au nombre de dents multiplié par la vitesse de cet arbre. Un engrènement sain montre un pic GMF modéré ; un défaut en développement élève le GMF et l'entoure de bandes latérales espacées à la vitesse de rotation du pignon défectueux. La croissance des bandes latérales est un fort indicateur d'endommagement localisé des dents, comme expliqué dans fréquence d'engrènement.
| Défaut | Fréquence caractéristique | Direction dominante | Indice spectral |
|---|---|---|---|
| Déséquilibre de masse | 1x RPM | Radial | Pic unique élevé à 1x, faibles harmoniques |
| Désalignement angulaire | 1x et 2x RPM | Axial | Forte composante axiale à 1x ou 2x |
| Désalignement parallèle | 2x RPM | Radial | 2x dépasse souvent 1x |
| Arbre voilé | 1x et 2x RPM | Axial | Axial dominant, phase stable |
| Desserrement mécanique | 1x plus de nombreuses harmoniques ; parfois sous-harmoniques 0,5x | Radial | Longue série d'harmoniques |
| Piste extérieure du roulement | BPFO (non entier du RPM) | Radial | Non synchrone, haute fréquence |
| Piste intérieure du roulement | BPFI (non entier du RPM) | Radial | Bandes latérales à 1x |
| Défaut de dent d'engrenage | GMF = dents x RPM de l'arbre | Radial et axial | Bandes latérales à la vitesse de rotation |
| Oscillation d'huile (palier lisse) | 0,42x à 0,48x RPM | Radial | Pic sous-synchrone |
Un seul spectre vous indique l'état actuel; une référence vous dit ce qui a changé. Enregistrez un spectre de référence lorsque la machine est connue saine, puis suivez le niveau global et les pics individuels au fil du temps à la même vitesse, charge et point de mesure.
La constance est essentielle: utilisez à chaque fois le même emplacement, la même orientation et le même montage du capteur, car des capteurs mal fixés ou tenus à la main déforment le contenu haute fréquence.
C'est là que la collecte par tournées se connecte au flux de travail de maintenance plus large.
L'alimentation des mesures de vibration dans Fabrico permet aux équipes de suivre chaque point de mesure par rapport à sa référence et de déclencher automatiquement un ordre de travail conditionnel lorsqu'un pic dépasse sa limite d'alarme, de sorte qu'un ton de roulement croissant devienne une réparation planifiée plutôt qu'une panne imprévue.
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La vitesse est à peu près plate en amplitude dans la bande de fréquences médiane où se situent la plupart des défauts des machines tournantes, donc un seul seuil de vitesse couvre raisonnablement le déséquilibre, le désalignement et le jeu. C'est pourquoi les normes de sévérité sont rédigées en mm/s RMS.
Le déséquilibre se situe exactement à 1x la vitesse de rotation et est synchrone. Les défauts de roulement apparaissent à des fréquences non synchrones qui ne sont pas des multiples entiers de la vitesse de rotation, accompagnés d'une augmentation de l'énergie large bande en haute fréquence. Si les pics suspects ne s'alignent pas sur des ordres entiers, suspectez un roulement.
Réglez l'étendue pour capturer la fréquence maximale d'intérêt, typiquement plusieurs multiples de la fréquence d'engrènement ou des fréquences de défaut de roulement, et utilisez suffisamment de lignes de résolution pour séparer des pics proches comme les bandes latérales du GMF. Une résolution trop grossière fusionne les tonalités adjacentes en un seul pic et masque les défauts précoces.
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