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Sistemas de Diagnóstico de Máquinas AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Mauro Hugo Mathias.

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1 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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

2 Sistemas de Diagnóstico 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. 4 – Métodos de Diagnósticos de Máquinas

3 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Capítulo 4.6 – Falhas em engrenagens

4 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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: Falhas em engrenagens Teoria F1 F2 N1 – Numero de Dentes – N2 N1 * F1 = N2 * F2 Ou F2 N1 F1 N2 =

5 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas A relação entre as engrenagens estabelece a freqüência de engrenamento (Fe) que corresponde ao rítmo de engrenamento dos dentes. FE = N1 * F1 = N2 * F2 Falhas em engrenagens Freqüências características F1 F2 N1 N2 A amplitude do sinal da freqüência de engrenamento Fe depende da carga da máquina pois a engrenagem está transmitindo torque.

6 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas O sinal coletado em um engrenamento sem falhas mostra a freqüência de engrenamento Fe e seus harmônicos. FE = N1 * F1 = N2 * F2 Falhas em engrenagens Freqüências características F1 F2 N1 N2 Fe 3*Fe 2*Fe

7 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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. Falhas em engrenagens Modos de Falha Fe 3*Fe 2*Fe

8 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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 Falhas em engrenagens Modos de Falha Fe 3*Fe 2*Fe

9 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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. Falhas em engrenagens Modos de Falha Tempo Forma de onda típica

10 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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. Falhas em engrenagens Modos de Falha Fi 3*Fi 2*Fi Fi

11 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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. Falhas em engrenagens Modos de Falha 3*Fi Fe F1 F2 Fe+F1 Fe-F1

12 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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: Falhas em engrenagens Combinação de falhas Fe 3*Fe 2*Fe Amplitude decrescente: Desgaste excessivo

13 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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: Falhas em engrenagens Combinação de falhas Fe 3*Fe 2*Fe 2*Fe > Fe Folga insuficiente

14 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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: Falhas em engrenagens Combinação de falhas Fe 3*Fe 2*Fe Amplitude constante Folga excessiva

15 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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. Falhas em engrenagens Monitoramento por valor global

16 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dados demonstrando como se evidencia a freqüência de engrenamento: Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações Freqüência de engrenamento – exemplo Uma engrenagem sem danos será montada no eixo. Freqüência Eixo:14Hz Nº Dentes: 60 e 40 Freqüência Engrenamento:822 Hz

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

18 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas Sinal característico de engrenagem sem defeito, existindo somente a freqüência de engrenamento: Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações Freqüência de engrenamento – exemplo Freqüência Engrenamento:822 Hz

19 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dados demonstrando como é o sinal característico de uma falha em engrenagem: Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações Falha em engrenagem – exemplo Uma engrenagem com um dente quebrado será montada no eixo. Freqüência Eixo:14Hz Nº Dentes: 60 e 40 Freqüência Engrenamento:822 Hz

20 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas Sinal característico de engrenagem com defeito (dente quebrado), mostrando a harmônica características da falha e uma amplitude bem maior na freqüência de engrenamento: Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações Falha em engrenagem – exemplo Freqüência Engrenamento:822 Hz Harmônica Freqüência Engrenamento:822 Hz

21 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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) Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações Falha em engrenagem – exemplo

22 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Capítulo 4.7 – Roçamento

23 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas 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. Roçamento Teoria

24 Sistemas de Diagnóstico de Máquinas Representação de roçamento: Roçamento Teoria 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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