Aula 13 Falhas em engrenagens; Roçamento

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Sistemas de Diagnóstico 
de Máquinas 
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 
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. 
4 – Métodos de Diagnósticos de Máquinas 
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 
• 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: 
 
Falhas em engrenagens 
Teoria 
F1 
F2 
N1 – Numero de Dentes – N2 
N1 * F1 = N2 * F2 
Ou 
F2 N1 
F1 N2 
= 
Sistemas de Diagnóstico 
de Máquinas 
• A relação entre as engrenagens estabelece a freqüência de 
engrenamento (Fe) que corresponde ao rítmo de engrenamento dos 
dentes. 
 
 FE = N1 * F1 = N2 * F2 
 
Falhas em engrenagens 
Freqüências características 
F1 F2 
N1 N2 
A amplitude do sinal da 
freqüência de engrenamento 
Fe depende da carga da 
máquina pois a engrenagem 
está transmitindo torque. 
Sistemas de Diagnóstico 
de Máquinas 
• O sinal coletado em um engrenamento sem falhas mostra a freqüência de 
engrenamento Fe e seus harmônicos. 
 
 FE = N1 * F1 = N2 * F2 
 
Falhas em engrenagens 
Freqüências características 
F1 F2 
N1 N2 
Fe 
3*Fe 
2*Fe 
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de Máquinas 
• 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. 
Falhas em engrenagens 
Modos de Falha 
Fe 
3*Fe 2*Fe 
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de Máquinas 
• 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 
Falhas em engrenagens 
Modos de Falha 
Fe 
3*Fe 
2*Fe 
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de Máquinas 
• 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. 
Falhas em engrenagens 
Modos de Falha 
Tempo 
Forma de onda típica 
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de Máquinas 
• 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. 
Falhas em engrenagens 
Modos de Falha 
Fi 
3*Fi 
2*Fi 
Fi 
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de Máquinas 
• 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. 
Falhas em engrenagens 
Modos de Falha 3*Fi 
Fe 
F1 
F2 
Fe+F1 Fe+F1 Fe-F1 
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de Máquinas 
• 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: 
Falhas em engrenagens 
Combinação de falhas 
Fe 
3*Fe 
2*Fe 
Amplitude decrescente: 
• Desgaste excessivo 
Sistemas de Diagnóstico 
de Máquinas 
• 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: 
Falhas em engrenagens 
Combinação de falhas 
Fe 
3*Fe 
2*Fe 
2*Fe > Fe 
• Folga insuficiente 
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de Máquinas 
• 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: 
Falhas em engrenagens 
Combinação de falhas 
Fe 3*Fe 2*Fe 
Amplitude constante 
• Folga excessiva 
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de Máquinas 
• 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. 
Falhas em engrenagens 
Monitoramento por valor global 
Sistemas de Diagnóstico 
de Máquinas 
Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dados 
demonstrando como se evidencia a freqüência de engrenamento: 
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações 
Freqüência de engrenamento – exemplo 
Uma engrenagem sem 
danos será montada 
no eixo. 
Freqüência Eixo:14Hz 
Nº Dentes: 60 e 40 
Freqüência 
Engrenamento:822 Hz 
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de Máquinas 
Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dados 
demonstrando como se evidencia a freqüência de engrenamento: 
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações 
Freqüência de engrenamento – exemplo 
Vídeo demonstrativo do 
experimento realizado 
disponível na base 
Teleduc na aba vídeos do 
cápítulo 4. 
Sistemas de Diagnóstico 
de Máquinas 
Sinal característico de engrenagem sem defeito, existindo somente a 
freqüência de engrenamento: 
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações 
Freqüência de engrenamento – exemplo 
Freqüência Engrenamento:822 Hz 
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de Máquinas 
Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dados 
demonstrando como é o sinal característico de uma falha em engrenagem: 
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações 
Falha em engrenagem – exemplo 
Uma engrenagem com 
um dente quebrado 
será montada no eixo. 
Freqüência Eixo:14Hz 
Nº Dentes: 60 e 40 
Freqüência 
Engrenamento:822 Hz 
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de Máquinas 
Sinal característico de engrenagem com defeito (dente quebrado), 
mostrando a harmônica características da falha e uma amplitude bem 
maior na freqüência de engrenamento: 
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações 
Falha em engrenagem – exemplo 
Freqüência Engrenamento:822 Hz 
Harmônica 
Freqüência Engrenamento:822 Hz 
Sistemas de Diagnóstico 
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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) 
Diagnóstico defalhas através de análise de vibrações 
Falha em engrenagem – exemplo 
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PÓS-GRADUAÇÃO 
 
 FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS 
Capítulo 4.7 – Roçamento 
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•􀂋 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. 
Roçamento 
Teoria 
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de Máquinas 
• Representação de roçamento: 
Roçamento 
Teoria 
Selo de máquina que atrita com 
o eixo em rotação 
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0xRPM