Étude de cas : Comment la moyenne synchrone a révélé une défaillance de pignon dans un réducteur à basse vitesse

Dans une grande usine de l'industrie papetière, un réducteur à basse vitesse doté d'un pignon à 23 dents entraînant une roue de 132 dents produisait des particules de fer dans son huile de lubrification. Le responsable maintenance devait identifier la source de contamination avant que la machine ne subisse une défaillance catastrophique.

Présentation du réducteur

Le réducteur comportait un pignon à 23 dents sur l'arbre d'entrée, une roue de 132 dents et une seconde roue identique. Elles étaient montées sur deux rouleaux en acier de 24 pouces. Les roues de sortie tournaient à 52 tr/min, tandis que le pignon tournait à 302 tr/min (voir Figure 1).

Figure 1. Rapports de vitesse du réducteur

Enquête initiale

L'analyse d'huile révélait des particules de fer, mais les spectres de vibration relevés près des roulements ne montraient aucun ton de roulement. Les soupçons se sont portés sur les engrenages eux-mêmes, ce qui a incité à une analyse plus approfondie pour isoler tout composant défectueux.

Moyenne synchrone : l'outil de diagnostic

La moyenne synchrone, bien que connue depuis longtemps, est rarement exploitée dans le diagnostic industriel. En synchronisant la capture des vibrations sur la rotation de l'engrenage à l'aide d'un déclencheur issu d'un tachymètre, on isole la signature vibratoire d'un seul engrenage tout en supprimant les signaux provenant des autres éléments de la machine.

Les paramètres clés incluaient une longueur d'enregistrement légèrement supérieure à une révolution de l'engrenage et un grand nombre de moyennes (90 dans ce cas) pour assurer la clarté (voir Figure 3).

Figure 3. Configuration de la moyenne

Résultats

Alors que les deux roues présentaient des formes d'onde propres, sans défaut, le signal moyenné du pignon révélait une zone prononcée et bruyante où l'engrenage avec la roue était irrégulier (voir Figure 4).

Figure 4. Défaut du pignon révélé par la moyenne

Inspection physique

Malgré le scepticisme du chef de maintenance — compte tenu des 20 ans d'exploitation du réducteur — une plaque d'accès a été retirée. L'inspection a révélé une gorge de clavette sévèrement usée sur l'arbre du pignon, permettant à l'engrenage de se déplacer d'environ une demi-dent. Un jeu visible et de l'écaillage sur l'alésage du pignon ont confirmé l'origine mécanique de la contamination (voir Figures 5 à 7).

Figure 5. Écaillage sur l'alésage du pignon

Figure 6. Usure par abrasion sur les dents d'engrenage

Figure 7. Gros plan sur le bord de dent endommagé

Résolution

Le fabricant du réducteur a confirmé que l'ajustement par interférence entre le pignon et l'arbre était trop lâche, une condition qui peut se développer lors de l'installation. Le pignon et l'arbre ont été remplacés immédiatement pour prévenir une défaillance catastrophique. Cette intervention réussie a renforcé la valeur de la surveillance vibratoire dans l'usine.

Points clés à retenir

• La moyenne synchrone est une technique puissante, mais sous-utilisée, pour isoler les signatures vibratoires spécifiques aux engrenages.
• Même les équipements fonctionnant depuis longtemps peuvent abriter des défauts latents qui deviennent apparents grâce à une analyse ciblée.
• Un diagnostic rapide et une action corrective peuvent économiser des temps d'arrêt et des coûts de réparation significatifs.

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