Une introduction aux vibrations des machines

En termes simples, les vibrations dans les équipements motorisés sont simplement le mouvement de va-et-vient ou l'oscillation des machines et des composants, tels que les moteurs d'entraînement, les dispositifs entraînés (pompes, compresseurs, etc.) et les roulements, arbres, engrenages, courroies et autres éléments qui composent des systèmes mécaniques.

Les vibrations dans les équipements industriels peuvent être à la fois un signe et une source de problèmes. D'autres fois, les vibrations « va simplement avec le territoire » en tant que partie normale du fonctionnement de la machine, et ne devraient pas causer d'inquiétude indue. Mais comment le professionnel de la maintenance de l'usine peut-il faire la différence entre une vibration normale acceptable et le type de vibration qui nécessite une attention immédiate pour réparer ou remplacer l'équipement défectueux ?

Avec une compréhension de base des vibrations et de leurs causes - et équipé d'un appareil de test de vibration - le professionnel de la maintenance peut déterminer rapidement et de manière fiable la cause et la gravité de la plupart des vibrations de la machine et recevoir des recommandations de réparation. Tout est fait avec l'intelligence intégrée au testeur, sans la surveillance et l'enregistrement étendus requis pour les programmes de surveillance des vibrations à long terme typiques.

Les vibrations ne sont pas toujours un problème. Dans certaines tâches, les vibrations sont essentielles. Les machines telles que les ponceuses oscillantes et les culbuteurs vibrants utilisent les vibrations pour enlever les matériaux et finir les surfaces. Les alimentateurs vibrants utilisent les vibrations pour déplacer les matériaux. Dans la construction, les vibrateurs sont utilisés pour aider le béton à se déposer dans les coffrages et compacter les matériaux de remplissage. Les rouleaux vibrants aident à comprimer l'asphalte utilisé pour le pavage des autoroutes.

Dans d'autres cas, les vibrations sont inhérentes à la conception de la machine. Par exemple, certaines vibrations sont presque inévitables lors du fonctionnement des pompes et compresseurs alternatifs, des moteurs à combustion interne et des entraînements par engrenages. Dans une machine bien conçue et bien entretenue, de telles vibrations ne devraient pas être préoccupantes.

Quand les vibrations sont un problème
La plupart des appareils industriels sont conçus pour fonctionner en douceur et éviter les vibrations, pas les produire. Dans ces machines, les vibrations peuvent indiquer des problèmes ou une détérioration de l'équipement. Si les causes sous-jacentes ne sont pas corrigées, la vibration indésirable elle-même peut causer des dommages supplémentaires.

Dans cet article, nous nous concentrons non pas sur les machines qui sont « censées » vibrer dans le cadre d'un fonctionnement normal, mais sur celles qui ne devraient pas vibrer :moteurs électriques, pompes rotatives et compresseurs, et ventilateurs et soufflantes. Dans ces appareils, un fonctionnement plus fluide est généralement meilleur, et une machine fonctionnant sans vibration est l'idéal.

Causes les plus courantes des vibrations de la machine
Les vibrations peuvent résulter d'un certain nombre de conditions, agissant seules ou en combinaison. Gardez à l'esprit que les problèmes de vibration peuvent être causés par l'équipement auxiliaire, pas seulement l'équipement principal. Ce sont quelques-unes des principales causes de vibrations.

Déséquilibre – Un « point lourd » dans un composant en rotation provoquera des vibrations lorsque le poids déséquilibré tourne autour de l'axe de la machine, créant une force centrifuge. Le déséquilibre peut être causé par des défauts de fabrication (erreurs d'usinage, défauts de moulage) ou des problèmes de maintenance (pales de ventilateur déformées ou sales, contrepoids manquants). À mesure que la vitesse de la machine augmente, les effets du déséquilibre deviennent plus importants. Un déséquilibre peut réduire considérablement la durée de vie des roulements et provoquer des vibrations excessives de la machine.

Désalignement/voile de l'arbre – Des vibrations peuvent se produire lorsque les arbres de la machine ne sont pas alignés. Un désalignement angulaire se produit lorsque les axes (par exemple) d'un moteur et d'une pompe ne sont pas parallèles. Lorsque les axes sont parallèles mais pas exactement alignés, la condition est connue sous le nom de désalignement parallèle. Un désalignement peut être causé lors de l'assemblage ou se développer avec le temps, en raison de la dilatation thermique, du déplacement des composants ou d'un remontage incorrect après la maintenance. La vibration résultante peut être radiale ou axiale (en ligne avec l'axe de la machine) ou les deux.

Porter – Lorsque des composants tels que des roulements à billes ou à rouleaux, des courroies d'entraînement ou des engrenages s'usent, ils peuvent provoquer des vibrations. Lorsqu'une bague de roulement à rouleaux est piquée, par exemple, les rouleaux de roulement provoquent une vibration à chaque fois qu'ils se déplacent sur la zone endommagée. Une dent d'engrenage fortement ébréchée ou usée, ou une courroie d'entraînement qui tombe en panne, peuvent également produire des vibrations.

Lâche – Des vibrations qui pourraient autrement passer inaperçues peuvent devenir évidentes et destructrices si le composant qui vibre a des roulements desserrés ou est mal fixé à ses supports. Un tel relâchement peut être causé ou non par la vibration sous-jacente. Quelle que soit sa cause, un desserrage peut permettre à toute vibration présente de causer des dommages, tels qu'une usure supplémentaire des roulements, une usure et une fatigue des supports d'équipement et d'autres composants.

Effets des vibrations
Les effets des vibrations peuvent être graves. Les vibrations non contrôlées de la machine peuvent accélérer les taux d'usure (c'est-à-dire réduire la durée de vie des roulements) et endommager l'équipement. Les machines vibrantes peuvent créer du bruit, causer des problèmes de sécurité et entraîner une dégradation des conditions de travail de l'usine. Les vibrations peuvent entraîner une consommation d'énergie excessive des machines et peuvent endommager la qualité du produit. Dans le pire des cas, les vibrations peuvent endommager l'équipement au point de le mettre hors service et d'arrêter la production de l'usine.

Pourtant, il y a un aspect positif à la vibration de la machine. Mesurées et analysées correctement, les vibrations peuvent être utilisées dans un programme de maintenance préventive comme indicateur de l'état de la machine et aider à guider le professionnel de la maintenance de l'usine pour qu'il prenne des mesures correctives avant qu'une catastrophe ne se produise.

Caractéristiques des vibrations
Pour comprendre comment se manifestent les vibrations, considérons une simple machine tournante comme un moteur électrique. Le moteur et l'arbre tournent autour de l'axe de l'arbre, qui est soutenu par un roulement à chaque extrémité.

Une considération clé dans l'analyse des vibrations est la direction de la force de vibration. Dans notre moteur électrique, les vibrations peuvent se produire sous la forme d'une force appliquée dans une direction radiale (vers l'extérieur de l'arbre) ou dans une direction axiale (parallèle à l'arbre).

Un déséquilibre dans le moteur, par exemple, provoquerait très probablement une vibration radiale lorsque le "point lourd" du moteur tourne, créant une force centrifuge qui tire le moteur vers l'extérieur lorsque l'arbre tourne à 360 degrés. Un désalignement de l'arbre peut provoquer des vibrations dans le sens axial (aller et retour le long de l'axe de l'arbre), en raison d'un désalignement dans un dispositif d'accouplement d'arbre.

Un autre facteur clé dans la vibration est l'amplitude, ou la force ou la gravité de la vibration. Plus notre moteur est déséquilibré, plus son amplitude de vibration est grande. D'autres facteurs, tels que la vitesse de rotation, peuvent également affecter l'amplitude des vibrations. Au fur et à mesure que le taux de rotation augmente, la force de déséquilibre augmente considérablement.

La fréquence fait référence au taux d'oscillation des vibrations ou à la vitesse à laquelle la machine a tendance à se déplacer d'avant en arrière sous la force de la ou des conditions provoquant la vibration.

La fréquence est communément exprimée en cycles par minute ou hertz (CPM ou Hz). Un Hz équivaut à un cycle par seconde ou 60 cycles par minute. Bien que nous ayons qualifié notre exemple de moteur de « simple », même cette machine peut présenter une signature vibratoire complexe. Pendant son fonctionnement, il pourrait vibrer dans plusieurs directions (radialement et axialement), avec plusieurs taux d'amplitude et de fréquence. Les vibrations de déséquilibre, les vibrations axiales, les vibrations dues à la détérioration des roulements à rouleaux et plus encore pourraient se combiner pour créer un spectre de vibrations complexe.

Conclusion
Les vibrations sont une caractéristique de pratiquement toutes les machines industrielles. Lorsque les vibrations augmentent au-delà des niveaux normaux, cela peut indiquer uniquement une usure normale - ou cela peut signaler la nécessité d'une évaluation plus approfondie des causes sous-jacentes, ou d'une action de maintenance immédiate.

Comprendre pourquoi les vibrations se produisent et comment elles se manifestent est une première étape clé pour empêcher les vibrations de causer des problèmes dans l'environnement de production.

Le nouveau testeur de vibrations Fluke 810 part de là. Cet appareil portatif avancé est conçu et programmé pour diagnostiquer les problèmes mécaniques les plus courants de déséquilibre, de desserrage, de désalignement et de défaillance des roulements dans une grande variété d'équipements mécaniques, y compris les moteurs, ventilateurs, soufflantes, courroies et entraînements par chaîne, boîtes de vitesses, accouplements, pompes, compresseurs, machines monobloc et broches.

Le Fluke 810 détecte rapidement les vibrations le long de trois plans de mouvement, puis fournit un diagnostic en texte clair avec une solution recommandée. La technologie de diagnostic du Fluke 810 analyse le fonctionnement de la machine et identifie les défauts en comparant les données de vibration à un ensemble complet de règles développées au cours d'années d'expérience sur le terrain.

Les analyseurs de vibrations et les logiciels typiques sont destinés à surveiller l'état des machines à long terme, mais ils nécessitent une formation et des investissements spéciaux qui peuvent ne pas être possibles dans de nombreuses entreprises. Le Fluke 810 est spécialement conçu pour les professionnels de la maintenance qui ont besoin de résoudre des problèmes mécaniques et de comprendre rapidement la cause première de l'état de l'équipement.

Pour plus d'informations, visitez le site Web de Fluke Corporation à l'adresse www.fluke.com.