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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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.
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 4.6 – Falhas em engrenagens
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
F1
F2
F2
F1
N1 – Numero de Dentes – N2
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
=
N1
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
F1
F2
N1
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
N2
A amplitude do sinal da
freqüência de engrenamento
Fe depende da carga da
máquina pois a engrenagem
está transmitindo torque.
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
F1
F2
N1
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
N2
2*Fe
3*Fe
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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
F1
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
Fe+F1
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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
2*Fe
Amplitude decrescente:
3*Fe
• 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:
2*Fe
Fe
2*Fe > Fe
3*Fe
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
• Folga insuficiente
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
2*Fe
3*Fe
Amplitude constante
• Folga excessiva
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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.
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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.
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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
HzHz
FreqüênciaEngrenamento:822
Engrenamento:822
Harmônica
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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)
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 4.7 – Roçamento
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
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.
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
Roçamento
Teoria
• Representação de roçamento:
Selo de máquina que atrita com
o eixo em rotação
0,5 1,0
Sistemas de Diagnóstico
de Máquinas
1,5 2,0 2,5
3,0xRPM