N° d’ordre : UNIVERSITE * MOHAMED BOUDIAF * DE M’SILA FACULTE DES SCIENCES ET S

N° d’ordre : UNIVERSITE * MOHAMED BOUDIAF * DE M’SILA FACULTE DES SCIENCES ET SCIENCES DE L’INGENIEUR DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE MEMOIRE Présenté pour l’obtention du diplôme de MAGISTER Spécialité : Génie électronique Option : Contrôle Par BDIRINA EL KHANSA SUJET DIAGNOSTIC DE DEFAUTS D'ENGRENAGE PAR ANALYSE SPECTRALE Soutenue publiquement le / / 2006 Devant le jury composé de : Dr BOUAMAR Mohamed M.C. Université de M'sila Président Dr CHIKOUCHE Djamel Prof. Université de Sétif Rapporteur Dr BENARIOUA Younes M.C. Université de M'sila Examinateur Dr BOUZIT Nacereddine M.C. Université de Sétif Examinateur Dr BENZID Redha C.C. Université de M'sila Examinateur A-PDF MERGER DEMO RESUME Toutes les machines en fonctionnement produisent des vibrations qui permettent en effet de caractériser la plupart des efforts dynamiques et en particulier ceux engendrés par un fonctionnement anormal .Ainsi l'analyse des vibrations est devenue une technique très répandue pour apprécier l'état de santé d'une machine afin d'éviter la défaillance et n'intervenir qu'à bon escient et pendant des arrêts programmés de production. Les techniques classiques de détection de la défaillance dans les machines tournantes, basées sur l'analyse de Fourier ont prouvées leurs limitations en termes de résolution spectrale (fluctuation d'une grande vitesse), ce qui nécessite l'utilisation des nouvelles techniques donnant une analyse plus performante. Dans ce travail, nous appliquons les techniques paramétriques à base des modèles AR et les méthodes de décomposition harmoniques sur un signal vibratoire émis par un système d'engrenage constitué de deux roues dentées fonctionnant sous des conditions constantes .Les résultats sont encouragent, et le diagnostic de défaut s'effectue à travers l'observation des variations de la fréquence d'engrenage dans l'évolution du spectre de puissance durant les 13 jours d'observation de la machine. Mots clés: signaux vibratoires d'engrenage, analyse spectrale, diagnostic de défauts, modèle de Prony, modèle de Pisarenko, modèle de Levinson. SUMMARY All machinery in working produce vibrations that permit to characterize most dynamic efforts indeed and in particular those generated by an abnormal working. So the analysis of the vibrations became a very widespread technique to appreciate the state of health of a machine in order to avoid failing and to intervene only good knowledge and during programmed stops of production. The classic techniques of fault detection in the rotating machinery, based on Fourier's analysis proved their limitations in terms of spectral resolution (fluctuation of a high speed), what requires the use of new techniques, giving more effective analysis. In this work, we apply parametric techniques such as AR models and the harmonic methods of decomposition, on a vibratory signal given out by a gearing system constituted of two gear wheels operating under constant conditions. The results are encouraging, and fault diagnosis takes place through the observation of the gearing frequency's variations in the evolution of the power spectrum during the 13 days of the machine's observation. Keywords: vibration signal processing, spectrum analysis, gear fault diagnosis, Prony's model, Pisarenko's model, Levinson's model.   م آ ات اء ة ا  ارذت % $  # و  !! آ ا ى ا  (! & ' & *) ا+ & - , / ت ا.* . ه ا و 6  5*! ه 4 ا ت ا/ ا! ت اآ3  روا2   5 ا5 & ا85!& 7& و ذ) ;د  5 وث أي '?> A Bدي A ع  A # ; 2Cء  7E ج . ان ا! ت ا(7F (!& آIف ا'?ء ات ا وراE!& , ا 8K& اFF -*C 5*! ر M ه L -* C 5 ود & ه 4 ا' ة %6& *5*! ا?!;N ,  اF 2P اF  ل ! ت 2 ة ذات 5*! اآ3  -   . , ' 7ل ه ا ا Eم ?6!Q ا!ت ا *!& , '7ل ا ذ2!, AR C *- N و T ق ا %!R ا ا اU ر ة ذ! & E+ & -, EVم % , (ن , -+* !, %!,  5 L U وط  & . ا YX آ E L I+& , و  I.!Z ا .?> R اء 7/V& [! دد ا %, اء ا3*3& -I    7/V& ا& ا ت ا : U رة ا! & * %, , ا5*! ا?!; N ,  I.!Z ا.? > , 'ارز ! & وE N , 'ارز ! & %ر ( , 'ارز !& !;%ن . Université de M'sila 2005/2006 Remerciements Mes remerciements et ma gratitude se portent tout d'abord vers Monsieur D.CHIKOUCHE, Professeur et Vice Doyen chargé de la post graduation, la recherche scientifique et les relations extérieures au niveau de la Faculté des sciences de l'Ingénieur, Université F.A de Sétif, qui m'a encadré et guidé quotidiennement pendant ma thèse et a su m'orienter vers les axes les plus pertinents. Je le remercie pour ses compétences, son ouverture d'esprit et sa grande disponibilité. Toutes les recherches menées pendant cette année se sont appuyées sur son expertise qui a guidé nombre de mes choix et conclusions. Mes pensées se tournent ensuite tout naturellement vers les membres du jury de l'intérêt qu'ils ont clairement manifesté pour ce travail, et des remarques et corrections qu'ils ont apportées à ce document : Monsieur M.BOUAMAR maître de conférence à l'U.M.B de M'sila, m'a fait un grand honneur en acceptant de présider le jury de cette thèse. J'exprime toute ma gratitude à: Monsieur Y.BENARIUOA maître de conférence à l'U.F.A de Sétif, Messieurs N.BOUZIT maître de conférence et R.BENZID chargé de cours à lU.'M.B de M'sila pour avoir accepté d'être les examinateurs de ce mémoire. Enfin, je tiens à exprimer ma reconnaissance à Monsieur N.Haloui(SUPELEC de Paris) et à Monsieur R. Hadjar professeur à l'université de Riad pour leur contribution et la pertinence de leurs remarques. Je n'oublie évidemment pas toutes les personnes qui m'ont soutenue durant ce travail spécialement mon très cher père. SOMMAIRE LISTE DES FIGURES LISTE DES TABLEAUX INTRODUCTION GENERALE…………………………………………………..………01 CHAPITRE I : LES SYSTEMES D'ENGRENAGES INTRODUCTION………………………………………………………………....04 I.1. LES ENGRENAGES………………………………………………………………….….04 I.2.DEFAILLANCE………………………………………………………………...………..06 I.2.1.Causes de défaillance………………………………………………………………06 I.2.2.Défauts d'engrenage……………………………………………………………......07 I.2.2.1. Les défauts répartis sur toutes les dents…………………………………….…..07 I.2.2.2. Les défauts localisés sur des dents particulières………………………………...08 I.3.SIGNAUX VIBRATOIRES DELIVRES PAR UN ENGRENAGE……………………....….08 I.3.1.Engrenage sans défauts……………………………………………………...…….08 I.3.2.Engrenage avec défauts…………………………………………………………….09 I.3.3.spectre d'engrenage…………………………………………………………………09 I.3.4.Principale s sources de vibrations dans un engrenage……………………………...10 I.4.MAINTENANCE………………………………………………………………………....10 I.4.1. Maintenance réactive………………………………………………………………11 I.4.2. Maintenance préventive……………………………………………………………11 I.4.3. Maintenance conditionnelle ou prédictive…………………………………………11 I.4.4. Maintenance adaptative ou marginale…………………………………………….12 I.5.DIAGNOSTIC D'ENGRENAGE…………………………………..……………………....12 I.5.1Classification des méthodes de diagnostic………………………………………….13 I.5.1.1 Les méthodes internes de diagnostic……………………………………….13 I.5.1.2.Les méthodes externes de diagnostic……………………………………...14 I.5.2.Méthode de diagnostic……………………………………………………………..14 I.5.3.Diagnostic par analyse spectrale…………………………………………………...15 I.5.3.1. Méthodes non paramétriques d'analyse spectrale………………………....16 I.5.3.2. Méthodes paramétriques d'analyse spectrale……………………………....17 I.5.3.3. Méthodes de décomposition harmonique………………………………...19 CONCLUSION……………………………………………………………………………….19 CHAPITRE II: L'ESTIMATION SPECTRALE PAR LES METHODES DE DECOMPOSITION HARMONIQUE INTRODUCTION……………………………………………………………………..……..22 II.1. ESTIMATEURS D'HARMONIQUES……………….…………………………….…….22 II.2.METHODE DE PRONY………………………………………………………….……...23 II.3.METHODE DE PISARENKO…………………………………………………….……...27 II.4.DETERMINATION DE L'ORDRE…...……………….…………………………….....29 II.5. SIMULATION……………………….………………………………………...…........30 II.5.1.Programme de simulation……………………………………………………........30 II.5.2.Définition du rapport signal sur bruit……………………………………………..33 II.5.3.Signaux simulés…………………………………………………………………...33 II.6. RESULTATS ET INTERPRETATIONS….…………………….………………………..35 II.6.1. Modèle de Prony……………………………………………………………........35 II.6.2. Méthode de Pisarenko……………………………………………………….........38 CONCLUSION……………………………………………………….………………………40 CHAPITRE III: L'ESTIMATION SPECTRALE PAR LES METHODESPARAMETRIQUES BASEES SUR LE MODELE AR INTRODUCTION………………………………………………………...……………….....43 III.1. REPRESENTATION DU MODELE AR…………………….………………………..43 III.2. RESOLUTION RECURSIVE DE LEVINSON DURBIN………………………….........44 III.3. SIMULATION ET PROGRAMME…..………………………………………….……..48 III.4. RESULTATS ET INTERPRETATIONS..……………………………………………...50 CONCLUSION…………………………………………………………………………........55 CHAPITRE IV : DETECTION DES DEFAUTS D'ENGRENAGES PAR ANALYSE SPECTRALE INTRODUCTION ………………………………………………………………….......58 IV.1.PRESENTATION DU SYSTEME ETUDIE…………….………………………….......59 IV.2.PROGRAMME ET SIMULATION DU DIAGNOSTIC…...…….……………………...60 IV.2.1.Représentation temporelle………………………………………………………62 IV.2.2.Résultats et interprétation du spectre de puissance……………………………..63 IV.2.2.1.Méthode de Pisarenko……………………………………………….……63 IV.2.2.2.Méthode de Prony…………………………………………………….......65 IV.2.2.3.Méthode de Levinson……………………………………………………..67 IV.3. ETUDE COMPARATIVE……………….……………...………………………….....70 CONCLUSION………………………………………………………………………...……70 CONCLUSION GENERALE BIBLIOGRAPHIE ANNEXE A ANNEXE B Liste des figures Fig I.1 : Système d'engrenage………………………………………………………….05 Fig I.2 : Les différents types d'engrenages…………………………………………..06 Fig I.3 : Causes de défaillances liées à la construction……………………………07 Fig I.4 : Défaillances liées au phénomène de corrosion…………………………..07 Fig I.5 : Comparaison d’un signal d’engrenage sain et celui détérioré ………..10 Fig I.6 : Structure de la maintenance conditionnelle………………………………12 Fig I.7 : Les différentes étapes du diagnostic industriel……………………...…...13 Fig I.8 : Principe du diagnostic interne……………………………………………..14 Fig I.9 : Modèle paramétrique……………………………………………………….18 Fig II.1 : génération du signal de test……………………………………………...31 Fig II.2 : Génération de la DSP du signal test……………..…………………..….32 Fig II.3 : Représentation temporelle du signal modèle 1…………………………34 Fig II.4 : Représentation temporelle du signal modèle 2…………………………34 Fig II.5 : Spectre de puissance obtenu par la méthode de Prony pour un processus somme de deux sinusoïdes bruité……………………………..36 Fig II.6 : Spectre de puissance obtenu par la méthode de Prony pour un processus d'ordre quatre bruité……………………………………………37 Fig II.7 : Spectre de puissance obtenu par la méthode de Pisarenko pour un processus somme de deux sinusoïdes bruitées………………………….38 Fig II.8 : Spectre de puissance obtenu par la méthode de Pisarenko pour un processus d'ordre quatre bruité……………………………………………38 Fig III.1 : Organigramme de simulation…………………………………………...49 Fig II.2 : Spectre de puissance obtenu par la méthode de Levinson pour un processus somme de sinusoïdes bruitées…………………………………53 Fig II.3 : Spectre de puissance obtenu par la méthode de Levinson pour un processus d'ordre quatre bruité…………………………………………...55 FigIV.1 : Principe de l’échantillonnage angulaire………………………………..59 Photos no 1: Capteur Accéléromètre, Codeur Optique, Amplificateur de Charge, le Châssis ses modules………………………………...60 FigIV.2 : Organigramme de simulation………………………………………….…61 Fig IV.3 : Signal émis par le système étudié……………………………………….63 Fig IV.4. : Spectres de puissances obtenus par la méthode de Pisarenko……..65 Fig IV.5 : Spectres de puissances obtenus par uploads/Litterature/ memoire-bdirina-el-khansa.pdf

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littérature .......... signal spectrale méthodes amplitude
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