Aula 08 - Ferramentas de Processamento - Parte 3

7/16/2019 Aula 08 - Ferramentas de Processamento - Parte 3

http://slidepdf.com/reader/full/aula-08-ferramentas-de-processamento-parte-3 1/35

AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DEAMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DEPÓS-GRADUAÇÃOPÓS-GRADUAÇÃO

FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS

Capítulo 3.2 – Avaliação de falhas com o uso de técnicas no domínioda freqüência

Aplicação em falhas em mancais de rolamento



Os principais modos de falha são:

• Falhas de vedação – Abrasão causada por entrada de elemento estranhono mancal de rolamento;

• Marcas durante instalação (montagem incorreta);• Lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente;

• Corrosão;

• Descargas elétricas;

• Lascamento;Todos os modos acima descritos causam o início da falha do rolamento,sendo que após o surgimento, as cargas cíclicas sobre o rolamento fazemcom que o dano se estenda até a falha do mancal de rolamento.

Modos de falhas de mancais de rolamentoModos de falhas de mancais de rolamento

TeoriaTeoria



1) Falha de vedação - Abrasão por entrada de elemento estranho nomancal de rolamento


Apresentação dos modos de falha Apresentação dos modos de falha

Exemplo de pista de mancais de rolamento foscas por abrasãoresultante de elemento estranho



2) Marcas durante instalação (Indentações ou impactos)



Impacto nagaiola



3) Lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente



Escorregamento causado por excesso de lubrificante



4) Corrosão



Corrosão na esfera e na pista de rolamento de uma carreira deesferas



5) Descarga elétrica



Exposição contínua a cargas elétricas geram marcas axiais detonalidade escura em grande parte da pista



6) Lascamento



Marcas de lascamento em esferas vistas em microscópio ótico



Diferentemente dos demais tipos de defeito, os mancais de rolamento nãopossuem uma freqüência característica de defeito única que possa ser calculada através de múltiplos de rotação de eixo.

Dado que o mancal de rolamento é composto de vários componentes:

pistas, esferas e gaiola e existe movimento relativo entre eles, asfreqüências de defeito são calculadas em função da geometria de cadamancal de rolamento.

Explicando de outra forma: Considere um ponto fixo na pista por ondepassarão as esferas, é necessário calcular a freqüência com que as

esferas passarão por este ponto, pois caso haja um defeito neste pontocada esfera que passar irá registrar um impacto no sinal.

Freqüências de defeito em mancais de rolamentoFreqüências de defeito em mancais de rolamento

TeoriaTeoria



Os mancais de rolamento possuem freqüências características de defeitoque podem ser calculadas em função de sua geometria e da freqüência derotação:


CálculoCálculo

Onde:

d = Diâmetro da esfera

D = Diâmetro primitivo:

= Ângulo de contatoZ = número de esferas



As freqüências características de defeitos podem ser calculadas através daseguinte formulação:


CálculoCálculo

Onde:

d = Diâmetro da esfera

D = Diâmetro primitivo:

= Ângulo de contatoZ = número de esferas



Considere o mancal de rolamento 6205:


DemonstraçãoDemonstração

6205 - Rolamento fixo de

uma carreira de esferaspara aplicação comcargas radiais.



Freqüências de defeito para o mancal de rolamento 6205:


DemonstraçãoDemonstração



As freqüências calculadas assumem que não há escorregamento entre asesferas e as pistas, quando de fato há.

Sinais de vibração em mancais de rolamentoSinais de vibração em mancais de rolamento

ConceitoConceito

Conforme o ângulo de carregamento variacom a posição de cada esfera do rolamento,

ocorre uma mudança no carregamento decada esfera.

Como a gaiola obriga a velocidade média dasesferas a ser a mesma, as esferas que estãona região mais carregada tentam girar mais

lentamente, sendo carregadas pela gaiola,gerando um pequeno escorregamento.



Os mancais de rolamento com defeito produzem sinais com padrõestípicos dependendo do local onde está localizado o defeito:


Sinais tipicosSinais tipicos

Adaptado de Randal, R.B., Antony, J.Rolling element bearing diagnostics - A tutorial. Mechanical Systems andSignal Processing, Vol. 25 (2011)pag. 485-520



O sinal de defeito é modulado conforme a falha passa pelo local do dano:


ConceitoConceito

Adaptado de Randal, R.B., Antony, J.

Rolling element bearing diagnostics - A tutorial. Mechanical Systems andSignal Processing, Vol. 25 (2011)pag. 485-520



Desta forma, explicando o padrão do sinal de defeito na pista interna:


Sinais típicosSinais típicos

Cada vez que uma dasesferas passa sobre odefeito na pista é geradoum sinal de impacto.

A Modulação do sinalocorre por causa darotação da pista interna(com a falha) em relação

ao sensor (geralmenteposicionado na caixa dorolamento).

Superfície com dano



Desta forma, explicando o padrão do sinal de defeito na pista externa:



Cada vez que uma dasesferas passa sobre odefeito na pista é geradoum sinal de impacto.

Não ocorre modulação deamplitude, pois a falha napista externa não se moveem relação ao sensor

(posicionado na caixa dorolamento)

Superfície com dano



Desta forma, explicando o padrão do sinal de defeito na esfera:



Cada impulso é resultado do contato entre a esferadefeituosa e uma das pistas.

A Modulação do sinal ocorre por causa domovimento radial da esfera com o giro do rolamento,conforme sua posição em relação ao sensor.

Esfera com dano



Exemplificando o padrãodos sinais coletados emrolamentos com váriostipos de defeito:





Uma vez iniciado um defeito em um mancal de rolamento este progride emfunção do carregamento cíclico a que o elemento está submetido.

As freqüências de defeito irão começar a surgir no espectro do sinalcoletado e aumentar sua intensidade até o final da vida útil do mancal de

rolamento. A evolução da falha pode ser dividida em quatro etapas de acordo com aprogressão do dano.

A seguir será apresentada a seqüência de evolução de uma falha do pontode vista da análise espectral.

Evolução da Falha em mancais de rolamentoEvolução da Falha em mancais de rolamento

ConceitoConceito



1º Estágio 2º Estágio 3º Estágio 4º Estágio

Evolução da falha em mancais de rolamentoEvolução da falha em mancais de rolamento

Avaliação da evolução da falha do ponto de vista da análise espectral Avaliação da evolução da falha do ponto de vista da análise espectral

Hz






Hz



A técnica do envelope por demodulação busca a região dos picosressonantes em alta freqüência (500Hz – 20 KHz) para através dademodulação das freqüências de ressonância buscar pelas freqüências dedefeito moduladas no sinal (região 2);


ConceitoConceito



Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dadosdemonstrando como se identificam os sinais de defeito em mancais derolamento:


ExperimentoExperimento

Montagem de um rolamento 6205

com defeito na pista interna:

Freqüências a 25Hz (1500 rpm):

Numero de Esferas 9

Diâmetro da Esfera 7,96mm

Diâmetro da Pista Interna 31,04 mm

Diâmetro da Pista Externa 46,72 mm



Sinais coletados na bancada experimental com o eixo a 25Hz:



2550

85

97

177

113122

267



Sinais coletados na bancada experimental:



Observe que no espectro do sinalnão surge a freqüência de defeito de135Hz, esperada para esterolamento.

Isto ocorre pois a energia dosimpactos é muito pequena, nãopermitindo que se destaque noespectro de freqüências.

2550

85

97

177

113122

267



Técnica do Envelope utilizando Demodulação:

1ª Etapa – Selecionar a freqüência ressonante (freqüência portadora):



2850 Hz Calculando a abertura em 3,5 vezes a

freqüência de defeito, temos os seguintesparâmetros para corte:

Abertura: 3,5*135,5 = 474,25 Hz

Freqüência inicial: 2375,25 Hz

Freqüência final: 3324,25 Hz

Região de corte ao redor da ressonância



Técnica do Envelope utilizando Demodulação :

2ª Etapa – Extrair do sinal a região de interesse e retificar o sinal



2850 Hz

Aplicar o retificador meia-onda ao sinal

selecionado:




3ª Etapa – Aplicar o filtro ao sinal retificado



Aplicar o retificador meia-onda ao sinal

selecionado:




4ª Etapa – Extrair as freqüências e comparar com os valores calculados:



Valor identificado: 135,5 Hz

Caracterizado defeito na pista interna domancal de rolamento.

As freqüências 25, 50, 99 correspondem amúltiplos da rotação do eixo, podendoindicar um desalinhamento.

25

50

135

99160

270

Aula 08 - Ferramentas de Processamento - Parte 3

Documents

Transcript of Aula 08 - Ferramentas de Processamento - Parte 3