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

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.

AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Capítulo 4.6 – Falhas em engrenagens

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: N1 * F1 = N2 * F2 Ou F2 N1 F1 N2 = F1 F2 N1 – Numero de Dentes – N2

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

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 Fe 2*Fe F1 F2 3*Fe N2 N1

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

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

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

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

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. Fe F2 Fe+F1 Fe+F1 Fe-F1 F1

Amplitude decrescente: Desgaste excessivo 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 Amplitude decrescente: Desgaste excessivo 2*Fe 3*Fe

Falhas em engrenagens 2*Fe > Fe Folga insuficiente 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 2*Fe > Fe Folga insuficiente 3*Fe

Falhas em engrenagens Amplitude constante Folga excessiva 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

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.

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

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

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

Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações Falha em engrenagem – exemplo Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dados demonstrando como 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

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

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)

AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Capítulo 4.7 – Roçamento

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.

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