Validação de um modelo dinâmico realístico de um par engrenado aplicado no monitoramento de condições de transmissões
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Data
2019-04-22
Autores
Moraes, Matheus de
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Pares engrenados são elementos de transmissão de potência amplamente utilizados em máquinas e equipamentos, todavia as falhas catastróficas desses componentes são comuns e dispendiosas. A análise de vibrações está entre as técnicas de diagnóstico de defeitos incipientes utilizadas em manutenção preditiva, posto que a presença de uma falha altera o comportamento dinâmico do sistema e o estado de degradação pode ser detectado pelo monitoramento dos sinais de vibração. Na indústria atual, onde as aquisições de dados, tanto para controle de processos, quanto para o monitoramento das condições de integridade de equipamentos, são realizadas em tempo real, faz-se necessário o desenvolvimento de métodos que aumentem a confiabilidade das tomadas de decisões em relação à identificação, localização e prognóstico de falhas. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático de par de engrenagens que auxilie no monitoramento da condição e validar o modelo dinâmico com dados de vibração de um multiplicador de velocidades obtidos experimentalmente. Para tanto, foi elaborada uma metodologia baseada no modelo dinâmico de par engrenado com 6 graus de liberdade para simulação de sinais de vibração; nesse modelo, inclui-se erros geométricos no perfil do dente; de maneira analítica, simula-se uma a trinca do dente de uma das engrenagens que ocasiona a queda de rigidez em função do tempo; desenvolveu-se também um experimento com um multiplicador de velocidades; e, por fim, algumas técnicas de processamento de sinais são aplicadas. Os resultados obtidos permitiram a validação do modelo a partir da comparação dos sinais simulados e experimentais, no domínio do tempo assim como no domínio da frequência.
Spur gears are transmission power elements widely used in machinery, however catastrophic failures of this components are just as common and onerous. Vibration analysis is a technique, in among of others, that can be used in diagnostics of incipient damages, common in predictive maintenance, because they change the dynamic behavior of the mechanical system, and the degradation state can be detected by vibration signal or noise. In the current industry production, in which real-time data acquisition - whether for processes control, or for health condition monitoring of equipment - is the reality, it is necessary to develop auxiliary methods that provide high reliability to identification, localization and failure prognostics. In this work, the main objective is to provide a spur gears’ model-based methodology for condition-monitoring and to validate a dynamic model with experimental vibration data of a gearbox. Hence, a dynamic model of spur meshing gears was developed considering a 6 degrees of freedom and time-varying meshing stiffness to simulate vibrations signals; a tooth profile error was also included; in this analytical model, a straight crack was simulated by reducing the meshing stiffness in a tooth; experiments with a gearbox experimental set were run; and, some signal processing was apllied in the vibration data. The results allowed the model validation with the comparison between simulate and experimental signals, in time-domain and frequency-domain
Spur gears are transmission power elements widely used in machinery, however catastrophic failures of this components are just as common and onerous. Vibration analysis is a technique, in among of others, that can be used in diagnostics of incipient damages, common in predictive maintenance, because they change the dynamic behavior of the mechanical system, and the degradation state can be detected by vibration signal or noise. In the current industry production, in which real-time data acquisition - whether for processes control, or for health condition monitoring of equipment - is the reality, it is necessary to develop auxiliary methods that provide high reliability to identification, localization and failure prognostics. In this work, the main objective is to provide a spur gears’ model-based methodology for condition-monitoring and to validate a dynamic model with experimental vibration data of a gearbox. Hence, a dynamic model of spur meshing gears was developed considering a 6 degrees of freedom and time-varying meshing stiffness to simulate vibrations signals; a tooth profile error was also included; in this analytical model, a straight crack was simulated by reducing the meshing stiffness in a tooth; experiments with a gearbox experimental set were run; and, some signal processing was apllied in the vibration data. The results allowed the model validation with the comparison between simulate and experimental signals, in time-domain and frequency-domain
Descrição
Palavras-chave
Monitoramento da condição, Modelo dinâmico, Pares engrenados, Diagnóstico de falhas, Condition based maintenance, Dynamic model, Meshing gears, Fault diagnosis