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STUDIOVIB présente une nouvelle technique pour le diagnostic des
engrenages:
- le GDE (Gear Default Evaluation)
A ce jour, de nombreux outils proposent des indicateurs de défaut pour
les roulements basés sur la détection des ondes de chocs, mais on note
l'absence d'outil pour l'analyse des réducteurs.
CONCEPT
Le GDE est un descripteur
qui a été développé pour diagnostiquer l'état mécanique des engrenages à
partir de mesures vibratoires simples, interprétables facilement, sans
formation préalable en analyse des vibrations.
Ce descripteur est basé sur
l'étude de la synchronisation en phase et fréquence d'une porteuse
vibratoire. Cette porteuse est présente dans les réducteurs (fréquence
d'engrènement), mais également dans les compresseurs (passage d'aubes), les
moteurs (passage d'encoches) ou dans les turbines (passages d'ailettes).
FONCTIONNEMENT
Filtrée sur la fréquence
d'engrènement de l'engrenage, la transformée de Hilbert permet de
reconstruire le signal vibratoire qu'aurait l'engrenage s'il était
"parfait". La superposition de ce signal théorique et du signal mesuré
permet d'extraire les décalages tant en amplitude qu'en phase par rapport à
la position angulaire de la roue dentée.
Ces différences sont
exprimées sous la forme de 2 coefficients normalisés entre 0 et 1:
La valeur et la comparaison
de ces 2 facteurs permet de:
-
Localiser le ou les défauts dans l'ensemble de la machine (par exemple "Moteur-Réducteur-Paliers-Broyeur").
-
Distinguer une irrégularité "locale" (défaut de denture ou d'ailette)
d'une irrégularité "globale" due à une variation de charge ou de vitesse
de rotation.
-
Trouver l'origine d'une vibration qui peut être importante sans pour
cela traduire une dégradation mécanique mais liée à un mauvais
fonctionnement (problème de guidage ou d'assemblage).
L'utilisation du GDE permet
de se prononcer immédiatement :
-
Sur la présence de dégradation de denture (usure, écaillage,
fissuration, défaut géométrique), de défauts d'assemblage sur l'arbre
(frettage, clavette, cannelures), du guidage de l'arbre (palier ou
roulement), de problèmes de transmission (accouplement, cardan).
-
Sur
l'état des aubages de turbines (fissuration et déformation d'aubes et de
redresseurs).
INTERPRETATION
Les
principes de base sont les suivants :
-
Indépendamment des
niveaux vibratoires, si le GDR tend vers 1, c'est que la régularité de
l'engrènement est bonne. La denture est en bon état, il n'y a pas de
flexion de denture ni de variation de vitesse pendant une rotation
d'arbre.
-
Si le GDR tend vers 0,
on est en présence d'une variation "globale" de vitesse sur une rotation
de l'arbre. La denture est en bon état et le diagnostic s'oriente plutôt
vers un problème de clavette, cardan, ou guidage d'arbre.
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Si le GDA tend vers
0, le fonctionnement de l'engrenage n'est pas perturbé par
l'anomalie. Le problème se situe donc à l'extérieur du réducteur
(jeux dans un accouplement, variation de vitesse d'un élément du
groupe, etc…).
-
Si le GDA tend vers
1, le fonctionnement de l'engrenage est perturbé par cette anomalie.
Le diagnostic va s'orienter vers l'intérieur du réducteur (jeu de
clavette, jeu ou dégradation de roulement, de palier lisse, ou de
tout élément de guidage de l'arbre, etc…).
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Dans le cas d'une
dégradation de denture, les 2 coefficients GDR et GDA se rapprochent et
leur écart "GDR-GDA" tend vers 0. Leurs valeurs respectives pourront se
situer entre 0.45 et 0.65 en fonction de la charge de la machine.
L'examen des coefficients Kurtosis pourra confirmer le diagnostic.
Remarques :
-
Pour une bonne
efficacité des coefficients GDE, la raie d'engrènement de l'engrenage
doit être suffisamment supérieure au bruit de fond vibratoire. Ce point
peut être vérifié sur le spectre vibratoire. Par expérience, on estime
qu'une valeur supérieure à 100 mg est suffisante pour un résultat
correct.
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Compte tenu du process
de calcul des coefficients GDE, le signal temporel sur lequel est
appliquée la fonction doit avoir une durée supérieure à la valeur:
T (s) > 150 / Frot-GV (Hz)
où Frot-GV est la fréquence de rotation de l'arbre GV du train
d'engrènement.
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