AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO

FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS

Mauro Hugo Mathias

Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá Programa de Pós-graduação em Mecânica Área de Projetos

Sistemas de Diagnóstico de Máquinas

4 – Métodos de Diagnósticos de Máquinas

Conteúdo do capítulo Neste capítulo efetuaremos o estudo de: 4.1

– Diagnóstico de máquinas; 4.2

– Desbalanceamento de eixos; 4.3

– Desalinhamento de eixos; 4.4

– Desalinhamento de correias; 4.5

– Componentes soltos;

4.6

– Falhas em engrenagens; 4.7

– Roçamento;

4.8

– Falhas em motores elétricos.

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Capítulo 4.6 – Falhas em engrenagens Sistemas de Diagnóstico de Máquinas

Falhas em engrenagens

Teoria • As engrenagens permitem a transmissão de potência com ou sem redução de velocidade e a relação de rotação entre os eixos está ligada ao número de dentes entre os pinhões em contato: F1 F2 N1 * F1 = N2 * F2 Ou F2 N1 = F1 N2 N1 – Numero de Dentes – N2

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Falhas em engrenagens

Freqüências características • A relação entre as engrenagens estabelece a freqüência de engrenamento (Fe) que corresponde ao rítmo de engrenamento dos dentes.

FE = N1 * F1 = N2 * F2 F1 F2 A amplitude do sinal da freqüência de engrenamento Fe depende da carga máquina pois a engrenagem está transmitindo torque.

da N1 N2

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Falhas em engrenagens

Freqüências características • O sinal coletado em um engrenamento sem falhas mostra a freqüência de engrenamento Fe e seus harmônicos.

FE = N1 * F1 = N2 * F2 F1 F2 Fe 2*Fe 3*Fe N1 N2

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Falhas em engrenagens

Modos de Falha • Desgaste dos dentes Quando os dentes da engrenagem são desgastados, surgindo folgas entre eles, a velocidade de rotação não muda, porém passam a surgir choques entre os dentes que se manifestam no sinal com um aumento da amplitude da Fe.

Fe 2*Fe 3*Fe

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Falhas em engrenagens

Modos de Falha • Folga insuficiente entre os dentes Se a folga entre os dentes for muito pequena, resulta em esforço extra no engrenamento e no desengrenamento, alterando o espectro aumentando a amplitude da freqüência 2*Fe 2*Fe Fe 3*Fe

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Falhas em engrenagens

Modos de Falha • Deflexão devido ao carregamento O dente da engrenagem sofre deflexão em função do carregamento, resultando no suporte da carga por um diferente numero de dentes com a variação da carga e da rotação, o que resulta em sinal distorcido na freqüência de engrenamento. Forma de onda típica Tempo

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Falhas em engrenagens

Modos de Falha • Dente quebrado A passagem de um dente quebrado causa um choque a cada volta o espectro de freqüência apresenta uma série de picos (harmônicos) da freqüência de rotação da engrenagem com o dente quebrado.

Fi 2*Fi 3*Fi Fi

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Falhas em engrenagens

Modos de Falha 3*Fi • Eixo com pinhão ovalizado A pressão sobre os dentes da engrenagem sofre uma modulação conforme ocorre a rotação do eixo. O resultado no espectro são bandas laterais de largura igual a rotação da engrenagem defeituosa (F1) ao redor da Fe. F2 Fe Fe-F1 F1

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Falhas em engrenagens

Combinação de falhas • É possível a ocorrência de mais de uma falha (exemplo: dente quebrado e ovalização de eixo), isto pode dificultar o diagnóstico da falha.

• Neste caso é possível distinguir a falha através da comparação das amplitudes no espectro: Fe 2*Fe 3*Fe Amplitude decrescente: • Desgaste excessivo

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Falhas em engrenagens

Combinação de falhas • É possível a ocorrência de mais de uma falha (exemplo: dente quebrado e ovalização de eixo), isto pode dificultar o diagnóstico da falha.

• Neste caso é possível distinguir a falha através da comparação das amplitudes no espectro: 2*Fe Fe 3*Fe 2*Fe > Fe • Folga insuficiente

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Falhas em engrenagens

Combinação de falhas • É possível a ocorrência de mais de uma falha (exemplo: dente quebrado e ovalização de eixo), isto pode dificultar o diagnóstico da falha.

• Neste caso é possível distinguir a falha através da comparação das amplitudes no espectro: Fe 2*Fe 3*Fe Amplitude constante • Folga excessiva

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Falhas em engrenagens

Monitoramento por valor global • As falhas em engrenagens se caracterizam pela freqüência de engrenamento, o monitoramento constante da sua amplitude pode servir como alarme.

• È importante considerar o percentual de aumento da amplitude e não só o valor absoluto. Cada caso deve ter um valor de alarme analisado e definido.

• O parâmetro para identificar problemas de engrenamento é a aceleração e a modulação pode ser confirmada através de envelope.

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Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações

Freqüência de engrenamento – exemplo Utilizando a bancada experimental demonstrando como se evidencia a serão efetuadas coletas de dados freqüência de engrenamento: Uma engrenagem sem danos será montada no eixo.

Freqüência Eixo:14Hz Nº Dentes: 60 e 40 Freqüência Engrenamento:822 Hz

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Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações

Freqüência de engrenamento – exemplo Utilizando a bancada experimental demonstrando como se evidencia a serão efetuadas coletas de dados freqüência de engrenamento: Vídeo demonstrativo do experimento realizado disponível na Teleduc na aba base vídeos do cápítulo 4.

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Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações

Freqüência de engrenamento – exemplo Sinal característico de engrenagem sem defeito, existindo somente a freqüência de engrenamento: Freqüência Engrenamento:822 Hz

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Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações

Falha em engrenagem – exemplo Utilizando a bancada experimental demonstrando como serão efetuadas coletas de dados é o sinal característico de uma falha em engrenagem: Uma engrenagem com um dente quebrado será montada no eixo.

Freqüência Eixo:14Hz Nº Dentes: 60 e 40 Freqüência Engrenamento:822 Hz

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Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações

Falha em engrenagem – exemplo Sinal característico de engrenagem com defeito (dente quebrado), mostrando a maior na harmônica características da falha e uma amplitude bem freqüência de engrenamento: Harmônica

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Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações

Falha em engrenagem – exemplo Visualização dos sinais coletados: A aquisição de dados encontra-se na base Teleduc (aquisições de sinais): • Freqüência de engrenamento – Engrenagem sem defeito • Freqüência de engrenamento – Engrenagem com defeito (dente quebrado)

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Capítulo 4.7 – Roçamento Sistemas de Diagnóstico de Máquinas

Roçamento

Teoria •􀂋O roçamento é o contato eventual entre partes estacionárias e rotativas de uma máquina podendo gerar vibrações na freqüência de rotação, no dobro dela, em seus sub múltiplos e altas freqüências.

• Se o atrito for contínuo poderão aparecer vibrações numa faixa larga em altas freqüências. Quando o roçamento for parcial, aparecem no espectro picos correspondentes às freqüências naturais do sistema • Esse tipo de vibração é muito comum em selos de máquinas rotativas ou quando há eixos empenados, partes quebradas ou danificadas que levam ao atrito entre metal.

• Pode ocorrer também em pás de agitadores ou misturadores nas paredes do tanque, em máquinas de fluxo tipo axial onde as pás do rotor podem roçar as pás do estator.

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Roçamento

Teoria • Representação de roçamento: Selo de máquina que atrita com o eixo em rotação 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0xRPM

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