Comme identifier défaillances cages das roulements?

Cage das roulements? Comment identifier d’éventuelles défaillances? Pour répondre à cette question, il est nécessaire d’analyser le contexte du problème d’usure naturelle des roulements.

Dans différents types d’industries de production, les machines tournantes utilisent des roulements pour supporter la charge et maintenir les jeux entre les éléments fixes et rotatifs.

Dans cet univers de machines, plus de 90% ont des roulements. Malheureusement, ces roulements sont sujets à une multitude de pannes prématurées.

On observe dans la littérature technique que seuls 10% des roulements atteignent la limite de la durée de vie nominale, c’est-à-dire la durée de vie prévue de 90% des roulements d’un certain type dans des conditions de fonctionnement similaires.

En général, les défaillances initiales sont attribuées à la lubrification, au désalignement, à la surcharge, aux erreurs de conception et d’application, et même à des problèmes préexistants qui n’ont pas été détectés lors de la fabrication.

Un programme de maintenance complet basé sur l’analyse de l’état, qui intègre la maintenance prédictive, doit être préparé pour détecter l’apparition d’usure et de détérioration des roulements tout au long de leur cycle de vie.

Un programme de maintenance mature fournit non seulement des indications d’usure sur les roulements, mais également une évaluation de la gravité et des recommandations pour des actions correctives.

Les pannes les plus courantes des roulements sont généralement liées à leurs principaux éléments tels que la bague intérieure, la bague extérieure, la cage roulements et la bille.

Ces éléments du roulement sont illustrés à la figure 01.

Une fois le roulement est monté sur son palier, un nouveau système dynamique est obtenu, et en raison de la rigidité élevée, il est prévu que ce système aura toujours des composants de résonance haute fréquence (> 2 kHz).

Dans la résonance du roulement, il est alors possible d’afficher la fréquence de défaut du roulement: fréquence de passage de voie interne (BPFI) et de voie externe (BPFO), fréquence de rotation des billes (BSF) et fréquence de cage (FTF).

L’un des modes de défaillance d’un roulement est la rupture et / ou l’usure de la cage.

Bien que moins courants, ces modes de défaillance ont une gravité élevée, car lorsqu’ils surviennent, ils provoquent un arrêt immédiat du roulement, compromettant les performances de sa fonction.

La manière de capturer ce mode de défaillance par l’analyse des vibrations nécessite quelques observations et précautions importantes.

Pour commencer, il est nécessaire de comprendre comment se produit le phénomène de rupture de la cage de roulement. L’échec se produit pour des raisons telles que:

• Usure de la cage où sont montés les billes;
• En détachant une épingle de la cage;
• Par frottement de la cage sur les autres parties du roulement, voire par rupture directe de la cage.

Peu de temps après l’apparition de certains de ces modes de défaillance, l’effondrement du roulement ne tarde pas à se produire. Avec cela, le temps de détecter le défaut devient trop court.

Le mode de défaillance de la cage, de part cette particularité, devient plus difficile à détecter pour le système de surveillance des vibrations, ainsi que pour tout analyste de vibrations expérimenté.

En effet, la défaillance peut se manifester dans la fréquence naturelle du roulement (si elle a des impacts).

Une autre façon de détecter ce défaut est d’utiliser la technique de l’Enveloppe en utilisant un filtre haute fréquence, en profitant de la fréquence propre du cage roulements pour amplifier les fréquences périodiques.

En raison de la faible fréquence de la cage, c’est-à-dire environ entre 1/4 et 2/5 de sa rotation, une attention particulière doit être apportée lors du paramétrage de la collecte de données, où l’on considère toujours que la durée de la collecte est au moins une période de deux à quatre tours de la cage sur son axe.

Un autre aspect important se produit lors de la mesure, lorsqu’il faut toujours s’assurer que les vibrations transmises par la structure sont bien reçues sur le site de surveillance du capteur, en même temps que le capteur est solidement et correctement fixé au point de surveillance.

Pour cette raison, le capteur de vibrations doit être aussi proche que possible de la zone de charge du roulement étudié.

La direction de mesure du capteur doit être approximativement perpendiculaire à la zone de charge, comme illustré à la Figure 02.

Il est important de noter qu’il n’est pas conseillé de surveiller le défaut de la cage dans le spectre accélération / vitesse à basse fréquence, car le défaut n’a pas suffisamment d’amplitude pour dépasser les valeurs des fréquences conventionnelles, comme la rotation de l’axe et les vibrations de la machine elle-même, qui se manifestent en basse fréquence.

Compte tenu des points présentés ci-dessus concernant la surveillance et la détection du défaut dans la cage de roulement, la technologie Dynamox se montre capable de les détecter avec fiabilité.

Le capteur Dynalogger HF (High Frequency) permet de surveiller les fréquences jusqu’à 6,4 kHz, la région proche de l’endroit où la réponse du roulement se produit à sa fréquence naturelle, donc s’il y a un impact de la cage sur les autres parties du roulement, il sera visible dans le spectre.

Notre solution prévoit également la possibilité d’utiliser l’enveloppe dans plus de 5 filtres de fréquence.

Il est également important que, en utilisant le nombre de lignes et la fréquence maximale, nous ayons la période souhaitée pour paramétrer le nombre de cycles nécessaires à une collecte fiable.

Un exemple de spectre d’enveloppe de palier est présenté sur la figure 03.

De plus, cette technologie permet de faire des collectes pendant 1 à 60 minutes, ce qui favorise et augmente la probabilité d’identifier la panne, puisque nous aurons des informations plus rapides grâce à la fréquence d’échantillonnage et nous permettra d’utiliser des tendances.

Un autre outil important dans ce scénario est la forme d’onde qui permet la visualisation des impacts et des modulations, ainsi que les informations statistiques du signal collecté telles que: RMS, facteur de crête (FC) et kurtosis (KURT).

Des exemples de formes d’onde défectueuses et non défectueuses sont illustrées à la figure 04.

Ces informations peuvent également être pertinentes par bande de fréquences, qui peuvent être facilement extraites à l’aide de filtres passe-haut, passe-bas ou même d’un filtre passe-bande.

Cette fonctionnalité est également disponible sur la plateforme Dynamox Solution.

De plus, avec une base de données de fréquences (BPFO, BPFI, BSF et FTF) de près de 70000 roulements des principales marques et modèles, la plate-forme Dynamox (qui fait partie de la solution Dynamox) est prête à ajouter des marquages ​​automatiques et manuels (voir Figure 04) à travers le spectre pour faciliter l’interprétation des données et rationaliser la collecte d’informations.

Ainsi, les obstacles au diagnostic intrinsèques à ce type de détection sont communs à toutes les plates-formes vibratoires, la différence est donc de répondre aux critères énumérés et de pouvoir compter sur la diversité des solutions présentées par Dynamox.