AMBIENTE MULTIMDIA DE SUPORTE DISCIPLINA DE PS-GRADUAO

FERRAMENTAS DE DIAGNSTICO DE MQUINAS Captulo 3.2 Avaliao de falhas com o uso de tcnicas no domnio da freqnciaAplicao em falhas em mancais de rolamento

Os principais modos de falha so: Falhas de vedao Abraso causada por entrada de elemento estranho no mancal de rolamento; Marcas durante instalao (montagem incorreta); Lubrificao inadequada, excessiva ou insuficiente; Corroso; Descargas eltricas; Lascamento;Todos os modos acima descritos causam o incio da falha do rolamento, sendo que aps o surgimento, as cargas cclicas sobre o rolamento fazem com que o dano se estenda at a falha do mancal de rolamento.Modos de falhas de mancais de rolamento Teoria

1) Falha de vedao - Abraso por entrada de elemento estranho no mancal de rolamentoModos de falhas de mancais de rolamento Apresentao dos modos de falha Exemplo de pista de mancais de rolamento foscas por abraso resultante de elemento estranho

2) Marcas durante instalao (Indentaes ou impactos)Modos de falhas de mancais de rolamento Apresentao dos modos de falhaImpacto na gaiola

3) Lubrificao inadequada, excessiva ou insuficienteModos de falhas de mancais de rolamento Apresentao dos modos de falhaEscorregamento causado por excesso de lubrificante

4) CorrosoModos de falhas de mancais de rolamento Apresentao dos modos de falhaCorroso na esfera e na pista de rolamento de uma carreira de esferas

5) Descarga eltricaModos de falhas de mancais de rolamento Apresentao dos modos de falhaExposio contnua a cargas eltricas geram marcas axiais de tonalidade escura em grande parte da pista

6) LascamentoModos de falhas de mancais de rolamento Apresentao dos modos de falhaMarcas de lascamento em esferas vistas em microscpio tico

Diferentemente dos demais tipos de defeito, os mancais de rolamento no possuem uma freqncia caracterstica de defeito nica que possa ser calculada atravs de mltiplos de rotao de eixo.Dado que o mancal de rolamento composto de vrios componentes: pistas, esferas e gaiola e existe movimento relativo entre eles, as freqncias de defeito so calculadas em funo da geometria de cada mancal de rolamento.Explicando de outra forma: Considere um ponto fixo na pista por onde passaro as esferas, necessrio calcular a freqncia com que as esferas passaro por este ponto, pois caso haja um defeito neste ponto cada esfera que passar ir registrar um impacto no sinal.Freqncias de defeito em mancais de rolamento Teoria

Os mancais de rolamento possuem freqncias caractersticas de defeito que podem ser calculadas em funo de sua geometria e da freqncia de rotao:Freqncias de defeito em mancais de rolamento Clculo Onde: d = Dimetro da esfera D = Dimetro primitivo:

= ngulo de contato Z = nmero de esferas

As freqncias caractersticas de defeitos podem ser calculadas atravs da seguinte formulao:Freqncias de defeito em mancais de rolamento Clculo Onde: d = Dimetro da esfera D = Dimetro primitivo:

= ngulo de contato Z = nmero de esferas

Considere o mancal de rolamento 6205:Freqncias de defeito em mancais de rolamento Demonstrao 6205 - Rolamento fixo de uma carreira de esferas para aplicao com cargas radiais.

Freqncias de defeito para o mancal de rolamento 6205:Freqncias de defeito em mancais de rolamento Demonstrao

As freqncias calculadas assumem que no h escorregamento entre as esferas e as pistas, quando de fato h.Sinais de vibrao em mancais de rolamento ConceitoConforme o ngulo de carregamento varia com a posio de cada esfera do rolamento, ocorre uma mudana no carregamento de cada esfera.Como a gaiola obriga a velocidade mdia das esferas a ser a mesma, as esferas que esto na regio mais carregada tentam girar mais lentamente, sendo carregadas pela gaiola, gerando um pequeno escorregamento.

Os mancais de rolamento com defeito produzem sinais com padres tpicos dependendo do local onde est localizado o defeito:Sinais de vibrao em mancais de rolamento Sinais tipicosAdaptado de Randal, R.B., Antony, J. Rolling element bearing diagnostics - A tutorial. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 25 (2011) pag. 485-520

O sinal de defeito modulado conforme a falha passa pelo local do dano:Sinais de vibrao em mancais de rolamento ConceitoAdaptado de Randal, R.B., Antony, J. Rolling element bearing diagnostics - A tutorial. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 25 (2011) pag. 485-520

Desta forma, explicando o padro do sinal de defeito na pista interna:Sinais de vibrao em mancais de rolamento Sinais tpicosCada vez que uma das esferas passa sobre o defeito na pista gerado um sinal de impacto.A Modulao do sinal ocorre por causa da rotao da pista interna (com a falha) em relao ao sensor (geralmente posicionado na caixa do rolamento).Superfcie com dano

Desta forma, explicando o padro do sinal de defeito na pista externa:Sinais de vibrao em mancais de rolamento Sinais tpicosCada vez que uma das esferas passa sobre o defeito na pista gerado um sinal de impacto.No ocorre modulao de amplitude, pois a falha na pista externa no se move em relao ao sensor (posicionado na caixa do rolamento)Superfcie com dano

Desta forma, explicando o padro do sinal de defeito na esfera:Sinais de vibrao em mancais de rolamento Sinais tpicosCada impulso resultado do contato entre a esfera defeituosa e uma das pistas.A Modulao do sinal ocorre por causa do movimento radial da esfera com o giro do rolamento, conforme sua posio em relao ao sensor. Esfera com dano

Exemplificando o padro dos sinais coletados em rolamentos com vrios tipos de defeito:Sinais de vibrao em mancais de rolamento Sinais tpicos

Uma vez iniciado um defeito em um mancal de rolamento este progride em funo do carregamento cclico a que o elemento est submetido.As freqncias de defeito iro comear a surgir no espectro do sinal coletado e aumentar sua intensidade at o final da vida til do mancal de rolamento.A evoluo da falha pode ser dividida em quatro etapas de acordo com a progresso do dano.A seguir ser apresentada a seqncia de evoluo de uma falha do ponto de vista da anlise espectral.Evoluo da Falha em mancais de rolamento Conceito

1 Estgio 2 Estgio 3 Estgio 4 Estgio Evoluo da falha em mancais de rolamento Avaliao da evoluo da falha do ponto de vista da anlise espectral

1 Estgio 2 Estgio 3 Estgio 4 Estgio Evoluo da falha em mancais de rolamento Avaliao da evoluo da falha do ponto de vista da anlise espectral

1 Estgio 2 Estgio 3 Estgio 4 Estgio Evoluo da falha em mancais de rolamento Avaliao da evoluo da falha do ponto de vista da anlise espectral

1 Estgio 2 Estgio 3 Estgio 4 Estgio Evoluo da falha em mancais de rolamento Avaliao da evoluo da falha do ponto de vista da anlise espectral

1 Estgio 2 Estgio 3 Estgio 4 Estgio Evoluo da falha em mancais de rolamento Avaliao da evoluo da falha do ponto de vista da anlise espectral

A tcnica do envelope por demodulao busca a regio dos picos ressonantes em alta freqncia (500Hz 20 KHz) para atravs da demodulao das freqncias de ressonncia buscar pelas freqncias de defeito moduladas no sinal (regio 2);

Sinais de vibrao em mancais de rolamento Conceito

Utilizando a bancada experimental sero efetuadas coletas de dados demonstrando como se identificam os sinais de defeito em mancais de rolamento:Sinais de vibrao em mancais de rolamento ExperimentoMontagem de um rolamento 6205 com defeito na pista interna:

Freqncias a 25Hz (1500 rpm):

Sinais coletados na bancada experimental com o eixo a 25Hz:Sinais de vibrao em mancais de rolamento Experimento25508597177113122267

Sinais coletados na bancada experimental:

Sinais de vibrao em mancais de rolamento ExperimentoObserve que no espectro do sinal no surge a freqncia de defeito de 135Hz, esperada para este rolamento.Isto ocorre pois a energia dos impactos muito pequena, no permitindo que se destaque no espectro de freqncias.25508597177113122267

Tcnica do Envelope utilizando Demodulao:1 Etapa Selecionar a freqncia ressonante (freqncia portadora):

Sinais de vibrao em mancais de rolamento Experimento 2850 HzCalculando a abertura em 3,5 vezes a freqncia de defeito, temos os seguintes parmetros para corte:Abertura: 3,5*135,5 = 474,25 HzFreqncia inicial: 2375,25 HzFreqncia final: 3324,25 HzRegio de corte ao redor da ressonncia

Tcnica do Envelope utilizando Demodulao :2 Etapa Extrair do sinal a regio de interesse e retificar o sinal

Sinais de vibrao em mancais de rolamento Experimento2850 HzAplicar o retificador meia-onda ao sinal selecionado:

Tcnica do Envelope utilizando Demodulao :3 Etapa Aplicar o filtro ao sinal retificado

Sinais de vibrao em mancais de rolamento ExperimentoAplicar o retificador meia-onda ao sinal selecionado:

Tcnica do Envelope utilizando Demodulao :4 Etapa Extrair as freqncias e comparar com os valores calculados:

Sinais de vibrao em mancais de rolamento ExperimentoValor identificado: 135,5 Hz Caracterizado defeito na pista interna do mancal de rolamento.As freqncias 25, 50, 99 correspondem a mltiplos da rotao do eixo, podendo indicar um desalinhamento.255013599160270

Tcnica do Envelope utilizando Demodulao :4 Etapa Extrair as freqncias e comparar com os valores calculados:

Sinais de vibrao em mancais de rolamento ExperimentoValor identificado: 135,5 Hz Caracterizado defeito na pista interna do mancal de rolamento.As freqncias 25, 50, 99 correspondem a mltiplos da rotao do eixo, podendo indicar um desalinhamento.255013599160270

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