analisis de fallos mecánicos vibraciones

Departamento de Ingeniera Mecnica y de Materiales

Universidad Politcnica de Valencia

1

Anlisis de vibraciones de un moto-reductor de velocidad. Condiciones del trabajo: Fecha lmite de presentacin de trabajos: 3 de junio de 2015. Solicitar el fichero de datos al correo electrnico del profesor de la asignatura entre el 11 y el 25 de marzo: Antonio Besa: [email protected] El envo de los ficheros de datos se realizar a lo largo de los das 26 y 27 de marzo. El trabajo debe realizarse de forma autnoma e individual. Descripcin de la mquina: Se trata de uno de los motorreductores de accionamiento de un sistema de transporte. El motor es de induccin de dos pares de polos. La potencia del motorreductor es de 18 kW.

Figura 1. Esquema de la mquina ensayada.

Correa trapecidal: Dimetro polea del motor d1 = 140 mm Dimetro polea eje de entrada del reductor d2 = 230 mm Longitud de correa Lc = 1140 mm Deslizamiento reducido en la correa (inferior al 1,1%)



2

Primera etapa de reduccin: Z11 = 13 Z12 = 39 cnico con dentado espiral = 20 = 30 = 16,05 Segunda etapa de reduccin: Z21 = 16 Z22 = 59 cilndrico helicoidal m = 6 = 20 = 16 Nmero de dientes del plato de la cadena: Zc =25. Rodamientos: 6209: d = 45 D = 85 dg = 12 N = 10 (rgido bolas) 33209: d = 50 D = 90 dg = 11 = 15 N = 18 (rodillos cnicos) 33113: d = 65 D = 110 dg = 11 = 15 N = 22 (rodillos cnicos) 33118: d = 90 D = 150 dg = 15 = 15 N = 23 (rodillos cnicos) La medida de vibraciones se ha realizado con un acelermetro situado sobre un punto central de la carcasa del moto-reductor con una frecuencia de medida de 2048 muestras/segundo. Las unidades del fichero de datos son m/s2. Como informacin adicional se cuenta con la imagen del espectro que se midi en una de estas mquinas el da de su puesta en servicio (espectro base) y que se muestra a continuacin.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 7000

0.2

0.4

Frecuencia (Hz)

Acele

racin

(m/s2

)

Figura 2. Espectro base (mquina nueva).

Cargar el fichero de datos con Excel seleccionando en el comando abrir Archivos de texto (*.prn; *.txt; *.csv). Comprobar que se dispone de 16384 puntos o muestras. Nota: puede ser necesario cambiar la configuracin regional del ordenador para que Excel interprete de forma adecuada los datos (smbolo decimal .). Como alternativa se puede editar el fichero con un editor tipo Wordpad o el Bloc de notas para sustituir todos los puntos por comas.



3

1. Anlisis en frecuencia Para el clculo de la FFT se tomarn bloques de 4096 puntos. A cada bloque de 4096 puntos se le aplicar una ventana Hanning antes del clculo de la FFT (esto fuerza que la seal sea peridica dentro del bloque seleccionado y reduce el error de leakage). La ecuacin para el clculo de los puntos de dicha ventana es:

1N

1i2cos121Vi

Donde N es el nmero de puntos seleccionado para el clculo de la FFT, e i es el ndice que barre desde el 1 hasta el nmero total de puntos N. En la siguiente figura se muestra la ventana.

Figura 3. Ventana Hanning.

Se recomienda generar el vector de puntos de la ventana en columna paralela al de datos y luego multiplicar ambas columnas. Dado que la ventana anula la seal al inicio y al final del bloque es recomendable solapar los bloques de datos que tomemos para realizar el anlisis en un 50%. Esto supone que el segundo bloque se iniciara en el punto 2048 en lugar de en el 4097. La aplicacin de la ventana supone una reduccin en la energa asociada a la seal, por ello es necesario multiplicar bien los datos temporales o bien el resultado de la FFT por un factor de ventana que compensa dicha reduccin Fv = 1,633. A cada uno de los bloques de seal resultantes se le aplica el clculo de la FFT para el paso al dominio de la frecuencia. Para ello entrar en el Men Datos > Anlisis > Anlisis de datos > Anlisis de Fourier. Para cada bloque seleccionado el resultado ser un conjunto de nmeros complejos de igual nmero de datos, slo son necesarios los 2049 primeros datos de ese resultado.



4

De la FFT slo nos interesa el mdulo de sus 2049 primeros datos, para obtenerlo se emplea la funcin IM.ABS( ), adems a causa del escalado que realiza Excel en el clculo de la FFT hay que multiplicar por 2 y dividir por el nmero de puntos del bloque (4096). El valor de frecuencia correspondiente a cada componente del mdulo de la FFT se obtiene sabiendo que el primer nmero es el correspondiente al valor de continua de la seal ( = 0 Hz), y los siguientes se corresponden con frecuencias iguales a , 2 , 3, hasta llegar a la mitad de la frecuencia de muestreo (1024 Hz). Siendo la resolucin en frecuencia que es igual a la inversa de la duracin temporal del bloque de datos analizado. Una vez calculados el conjunto de espectros de todos los bloques de seal se promediaran sumndolos y dividiendo por el nmero de bloques sumados. En las siguientes figuras se muestran los distintos espectros obtenidos y el resultado de su promediado. Los grficos se crean desde el men Insertar > Grficos > Dispersin > Dispersin con lneas rectas. Se emplea escala logartmica en el eje Y para poder apreciar mejor los picos pequeos. Seleccionar para el estilo de lnea un ancho de 1 pto.

0,001

0,01

0,1

1

10

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Figura 4. Contenido en frecuencia de los distintos bloques de seal analizados.



5

0,001

0,01

0,1

1

10

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Figura 5. Contenido en frecuencia promediado (m/s2).

0,001

0,01

0,1

1

10

500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

Figura 6. Ampliacin grfica anterior.

En el espectro promediado es posible identificar la velocidad de giro del motor a partir de la frecuencia asociada a su posible desequilibrio o a partir de las frecuencias de engrane de la primera o de la segunda etapa de reduccin. Para poder identificar con mayor precisin el valor de la frecuencia correspondiente se debe tener en consideracin las amplitudes registradas alrededor de la mxima amplitud. Esto se ilustra en la siguiente figura, donde la mxima amplitud aparece en la lnea correspondiente a 24,5 Hz, pero observamos que las amplitudes correspondientes a los 24 Hz y a los 25 Hz son diferentes, siendo ms elevada la segunda, lo que nos indica que la frecuencia real del suceso estara situada entre 24,5 Hz y 25 Hz (ms prxima a los 24,5 Hz que a los 25Hz. El valor en frecuencia asociado se puede aproximar calculando la interseccin entre dos rectas que tracemos por los cuatro puntos de mayor amplitud.



6

20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5 28 28.5 29 29.5 30

0.2

0.4

0.6

0.8

trace 1trace 2trace 3

Frecuencia (Hz)

Acele

racin

(m/s2

)

Py ( )z ( )

.

Figura 7. Identificacin de la frecuencia asociada a un pico de la seal.

Identificar el origen de aquellas amplitudes que destaquen en el espectro obtenido, por ejemplo el desequilibrio de un eje, fallo en un rodamiento, La energa asociada a un determinado defecto aparece repartida entre varios puntos consecutivos del espectro a causa de las pequeas oscilaciones en la velocidad de trabajo de la mquina, del error de leakage y de la discretizacin en frecuencia. Por ello para obtener su amplitud con mayor precisin se debe contabilizar la contribucin de esos puntos cercanos y no slo el de mxima amplitud. Esto se realizar calculando la raz cuadrada de la suma de los cuadrados de las distintas amplitudes consideradas. As por ejemplo en el caso de la figura anterior la amplitud asociada sera:

22222 78100490432061202150 s/m,,,,,A 2. Anlisis en velocidad de vibracin El clculo en unidades de velocidad de vibracin (mm/s) es ms sencillo de realizar apoyndose en el contenido en frecuencia obtenido para las aceleraciones. El espectro promediado se puede convertir de unidades de aceleracin en unidades de velocidad sin ms que dividir cada valor de amplitud por su frecuencia asociada correspondiente expresada en radianes/segundo y multiplicar por 1000 para convertir los metros en milmetros. El resultado no ser vlido para las frecuencias muy bajas (por debajo de los 5 Hz en nuestro caso) a causa del elevado ruido en unidades de velocidad de la seal del acelermetro.



7

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Figura 8. Contenido en frecuencia en velocidad (mm/s).

Para el clculo del rms de las vibraciones medidas en mm/seg entre 10 Hz y 1000 Hz segn la norma ISO 10816 se puede emplear el espectro obtenido en unidades de velocidad calculando la raz cuadrada de la suma de los cuadrados de todas sus componentes entre esas dos frecuencias y dividiendo por raz cuadrada de dos para tenerlo expresado en valor cuadrtico medio. Con ese resultado y haciendo uso de la citada norma se puede determinar el estado de la mquina (Zona A, B, C D) y si sera o no necesario actuar sobre ella. El espectro en velocidad permite identificar los fallos que han resultado ms crticos sobre el rms global obtenido. 3. Presentacin del trabajo Imprimir y rellenar (con bolgrafo) el formulario de presentacin de resultados. Anexar la siguiente informacin en pginas sucesivas.

- 2 pgina: grfica de los dos primeros segundos de la seal temporal analizada con el formato mostrado a continuacin

121086420

2

4

6

8

10

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2



8

- 3 pgina: grfica impresa del contenido en frecuencia de la seal de vibracin en m/s2 (emplear el formato de la figura 6).

- 4 y 5 pginas: dos ampliaciones de la grfica anterior: 0 500 Hz, 500 1000 Hz. (formato de la figura 7).

- 6 pgina: grfica impresa del contenido en frecuencia de la vibracin medida en velocidad en mm/segundo (figura 9).

- 7 pgina y sucesivas: clculos (a mano) que justifiquen la identificacin de fallos presentada en el formulario de resultados a partir de las frecuencias de vibracin observadas y de los datos de la mquina.

Grapar todas las pginas sin aadir ningn tipo de encuadernacin.


Calificacin:

Universidad Politcnica de Valencia Diagnstico y correccin de fallos 2015

1

Formulario de presentacin de resultados Apellidos y nombre: Fichero analizado: .prn

Velocidad de giro del motor: r.p.m. Velocidad del eje de entrada al reductor: r.p.m. Velocidad del eje intermedio del reductor: r.p.m. Velocidad del eje de salida del reductor: r.p.m. Anlisis temporal de la seal del acelermetro:

- R.m.s. de las vibraciones medidas: m/s2. - Valor pico (mximo de los valores absolutos de la seal): m/s2. - Factor de cresta: .

Anlisis en frecuencia de la seal:

- Identificar en el contenido en frecuencia de la seal la causa de las frecuencias donde se presenten amplitudes de vibracin destacadas (incremento superior a 0,1 m/s2 respecto al reflejado en el espectro base).

Frecuencia (Hz)

Amplitud (m/s2)

Posibles causas

Anlisis de la vibracin en unidades de velocidad de vibracin:

- R.m.s. de las vibraciones medidas entre 10 Hz y 1000 Hz: mm/s. - Zona segn la norma ISO 10816 (A,B,C o D): - Medidas a adoptar: - Problema o problemas ms crtico(s):

analisis de fallos mecánicos vibraciones

Documents

Transcript of analisis de fallos mecánicos vibraciones