AMBIENTE MULTIM

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

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

Fe
2Fe
F1
F2
3Fe
N2
N1
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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
2Fe
3Fe
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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 2Fe

2Fe
Fe
3Fe
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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
2Fi
3Fi
Fi
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Falhas em engrenagens
Modos de Falha
3Fi

• 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
FeF1
FeF1
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

• Amplitude decrescente
• Desgaste excessivo

2Fe
3Fe
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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

2Fe
Fe

• 2Fe gt Fe
• Folga insuficiente

3Fe
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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
2Fe
3Fe

• 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 serão efetuadas
coletas de dados demonstrando como se evidencia a
freqüência de engrenamento
Uma engrenagem sem danos será montada no
eixo. Freqüência Eixo14Hz Nº Dentes 60 e
40 Freqüência Engrenamento822 Hz
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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.
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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 Engrenamento822 Hz
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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 Eixo14Hz Nº Dentes 60 e
40 Freqüência Engrenamento822 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 harmônica
características da falha e uma amplitude bem
maior na freqüência de engrenamento
Freqüência Engrenamento822 Hz
Freqüência Engrenamento822 Hz
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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AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE
MÁQUINAS
Capítulo 4.7 Roçamento
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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