Construção e adequação de uma bancada de ensaios para investigações de técnicas não destrutivas de detecção de falhas incipientes em rolamentos

Abstract

O monitoramento de vibração de máquinas rotativas é de grande interesse da indústria, uma vez que se tem a possibilidade de detectar, com certa antecedência, problemas relacionados à condição de funcionamento do equipamento, possibilitando reparos, ajustes ou consertos e, assim, minimizando custos no caso de falhas graves ou paradas inesperadas. Neste trabalho é feita a adequação de uma bancada de testes para estudo de técnicas de detecção de falhas em rolamentos de esferas por análise de vibração. O objetivo é o de localizar falhas em rolamentos utilizando o monitoramento dos sinais das vibrações (aceleração) no mancal que suporta o rolamento de teste e o posterior processamento com o auxílio de alguma técnica de detecção. Neste trabalho a técnica do envelope foi escolhida. A bancada, assim desenvolvida, permite a retirada e colocação dos rolamentos em estudo de maneira simples e rápida, permitindo a execução de diversos testes com rapidez. A investigação da detecção de falhas em rolamentos é feita comparando-se rolamentos em condições normais com rolamentos que têm um defeito induzido. Inicialmente é apresentada a descrição das origens e formas de propagação das falhas em elementos de rolamentos e também as formas como estas falhas são induzidas em locais específicos de cada rolamento. Uma breve revisão sobre métodos de detecção de falhas no domínio do tempo e da frequência é feita. Ênfase é dada ao método do envelope que faz uso da transformada de Hilbert (Hilbert Transform) conjuntamente com a transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform). Em seguida, descreve-se como foram geradas as falhas e separados os grupos de teste, também é descrito como os ensaios foram executados com os danos induzidos em local pré-determinado no rolamento. Os resultados obtidos possibilitaram identificar as origens das falhas induzidas tanto na pista externa quanto na interna dos rolamentos analisando os sinais de vibração do mancal onde está montado o rolamento em teste com o pós-processamento dos mesmos com a técnica investigada. Os testes simulam as condições extremas encontradas em sistemas rotativos de equipamentos industriais através da imposição de cargas verticais ao rolamento. Este estudo de detecção das falhas em rolamentos propiciou uma melhor compreensão e análise do processo de falha nestes componentes.

The vibration monitoring of rotating machines is of great interest to industries since it has the ability to detect, in advance, problems related to the operational condition of the equipment, enabling fixing, adjustments or repair, and thus, minimizing the cost in case of faults or unexpected downtime. In this work, the study of the adequacy of a test bench for detecting faults in ball bearings by vibration analysis techniques is developed. It aims at locating faults in ball bearings using vibration monitoring signals (acceleration) in the journal bearings that support this elements and further processing with the aid of some detection technique. In this work the envelope technique was chosen. The developed test bench thus allows the removal and placement of the bearings in a simple and fast way allowing running quickly several tests. The investigation of detecting faults in ball bearings is made by comparing the bearings under normal conditions with bearings which have an induced defect. First of all is presented a description of the origins and forms of propagation of faults in bearing elements and also the ways in which these failures are induced in specific locations of each bearing. A brief review of methods for detecting faults in the time and frequency domain is made. Emphasis is given to the Envelope Method which uses the Hilbert Transform with the Fast Fourier Transform. Then it is described how the tests were accomplished with the induced damage in predetermined sites in the bearing. The results obtained allowed to identify the origins of the induced bearing failures in both outer and inner races just by reading the vibration signals and post-processing them with the investigated technique. The tests take care to simulate conditions close to those found in actual rotatory systems of industrial equipment by imposing vertical loads to the bearing. This study in detecting flaws in balls bearings provided a better understanding of the analysis failure process in these components.