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EE-240 Falhas em Máquinas Rotativas. Desgastes em Caixas de Redução. PHM Challenge. Bearings Inner/Outer/Ball. Tacho 10 pulses/revolution. 32. 48. Out Accelerometer. 96. Load High / Low. Shaft Speed 30/35/40/45/50 Hz. 80. In Accelerometer. Gears Chipped/Broken. - PowerPoint PPT Presentation
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EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas EE-240Falhas em
Máquinas Rotativas
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
Desgastes em Caixas de Redução
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
PHM Challenge
32
96
48
80
Tacho10 pulses/revolution
In Accelerometer
Out Accelerometer
LoadHigh / Low
Shaft Speed30/35/40/45/50 Hz
(32/96) x (48/80) = 1/5
Shaft Imbalance/Bent/Bad Key
GearsChipped/Broken
BearingsInner/Outer/Ball
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
SignalConditioning
DC OffsetRemoval
Time SynchronousAveraging
Fundamental Shaftand Mesh Frequency
Removal
1st OrderSideband Removal
Band Passaround
Mesh Frequency
rmsKurtosis
Delta RMSCrest FactorEnveloping
FM0
NB4NA4NA4*
FM4M6AM8A
Tacho
Accelerometer
DifferenceSignal
TSA signal
ResidualSignal
Mesh Signal
Conditioned Raw Signal
Feature Extraction
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
N
kkx
Nrms
1
21
4
1
4
N
xkurtosis
N
kk
rms
Level_PeakFactor_Crest
n
kMesh_Gear|kC
Amplitude_Peak_to_PeakFM
1
0
2
1 1
2
1
4
14
m
j
N
kk
N
kk
rrm
rrNNA
)Condition_Good_Gear|rvar(
rrN
*NA
N
kk
1
41
4
2
1
2
1
4
4
N
kk
N
kk
dd
ddNFM
4
1
2
1
83
8
N
kk
N
kk
dd
ddNAM
2
1 1
2
1
4
14
m
j
N
kjkj
N
kk
EEm
EENNB
Features
Raw Signal
Envelope
3
1
2
1
62
6
N
kk
N
kk
dd
ddNAM
TSA Signal
Mesh Signal
Residual Signal
Difference Signal
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5Raw Signal
tempo (s)
acel
erom
etro
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5STA
tempo (s)
Med
ia 1
0 P
erio
dos
Time Synchronous Averaged Signal
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
N
kkx
Nrms
1
21
4
1
4
N
xkurtosis
N
kk
rms
Level_PeakFactor_Crest
Features
Envelope
Medida geral de intensidade da vibração, sem apontar o componente degradado
Indica presença de picos, ocasionado, por exemplo, engrenagem com dente quebrado
Em geral, entre 2 e 6. Valores acima de 6 sugeremdefeitos que causam picos acentuados
Permite visualizar a presença de harmonicasde frequencias específicas, além de indicar
a morfologia dos picos.
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000-0.1
-0.05
0
0.05
0.1Raw Signal
Ace
lero
met
ro
0 1000 2000 3000 4000 5000 60000
0.01
0.02
0.03
0.04
k
Env
elop
e(ab
s(x)
)Envelope
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
n
kMesh_Gear|kC
Amplitude_Peak_to_PeakFM
1
0
2
1 1
2
1
4
14
m
j
N
kk
N
kk
rrm
rrNNA
)Condition_Good_Gear|rvar(
rrN
*NA
N
kk
1
41
4
2
1
2
1
4
4
N
kk
N
kk
dd
ddNFM
4
1
2
1
83
8
N
kk
N
kk
dd
ddNAM
2
1 1
2
1
4
14
m
j
N
kjkj
N
kk
EEm
EENNB
Features
3
1
2
1
62
6
N
kk
N
kk
dd
ddNAM
Progressão de problemas com dentes de engrenagens não varia a Mesh Frequency,
mas tende a aumentar a amplitude
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
2
1 1
2
1
4
14
m
j
N
kk
N
kk
rrm
rrNNA
)Condition_Good_Gear|rvar(
rrN
*NA
N
kk
1
41
4
2
1
2
1
4
4
N
kk
N
kk
dd
ddNFM
4
1
2
1
83
8
N
kk
N
kk
dd
ddNAM
2
1 1
2
1
4
14
m
j
N
kjkj
N
kk
EEm
EENNB
3
1
2
1
62
6
N
kk
N
kk
dd
ddNAM
Variadas propostas de features associadasa surgimento de picos nos sinais.
Features
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
Bearings
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
S - Rotation Speed
FTF – Fundamental Train Frequency
BPFO – Ball Pass Frequency of the Outer Race
BPFI - Ball Pass Frequency of the Inner Race
BSF - Ball Spin Frequency
FTF = S (1 – Bd/Pd) / 2
BPFO = S Nb (1 – Bd/Pd) / 2
BPFI = S Nb (1 + Bd/Pd) / 2
BSF = S Pd (1 – Bd^2 / Pd^2) / 2 Bd
Bd = Ball Diameter
Nb = Number of Balls
Pd = Pitch Diameter
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
Ball Pass Frequency of the Outer Race
S
BPFO = S Nb (1 – Bd/Pd) / 2
Exemplo:
Nb = 12;
Bd = 1.0;
Pd = 5.0;
S = 3000/60 Hz
T_eixo = 1/S = 0.02
BPFO = 240 Hz
T_outer = 1/BPFO = 0.00416
N_pass_ball = 0.02/0.00416 = 4.8
%_ball = 4.8/12 x 100 = 40%
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-1
-0.5
0
0.5
1Crack in Outer Race
tempo (s)
Ace
lero
met
ro
0 5 10 15 20 250
10
20
30
40
50
S = omega1 = 50 Hz
k
AB
S(C
k)
time/Ts
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
Ball Pass Frequency of the Inner Race
Exemplo:
Nb = 12;
Bd = 1.0;
Pd = 5.0;
S = 3000/60 Hz
T_eixo = 1/S = 0.02
BPFO = 360 Hz
T_outer = 1/BPFO = 0.00277
N_pass_ball = 0.02/0.00277 = 7.2
%_ball = 7.2/12 x 100 = 60%
BPFI = S Nb (1 + Bd/Pd) / 2
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5Crack in Inner Race
tempo (s)
acel
erom
etro
0 5 10 15 20 250
10
20
30
40
50
S = omega1 = 50 Hz
k
AB
S (
Ck)
time/Ts
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-0.5
0
0.5
1Crack Severo no Inner Race
time (s)
acel
erom
etro
0 5 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
k
AB
S (
Ck)
time/Ts
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
Ball Spin Frequency
Exemplo:
Nb = 12;
Bd = 1.0;
Pd = 5.0;
S = 3000/60 Hz
BSF = 120 Hz
BSF = S Pd (1 – Bd^2 / Pd^2) / 2 Bd
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5Defeito em uma esfera
time (s) / Tsample
Ace
lero
met
ro
0 5 10 15 20 25 300
20
40
60
80
k
AB
S (
Ck)
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
S = omega1 = 50Hz
time (s)
acel
erom
etro
0 5 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50Races with Multiple Pits
k
AB
S (
Ck)
time/Ts
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600-0.1
0
0.1Raw Signal Acelerometro 1
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600-0.1
0
0.1Raw Signal Acelerometro 2
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000
2
4
6Sinal do Tacometro
Tempo
Caso do PHM Challenge
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 10 20 30 40 50 60 70 800
10
20
30
40FFT apos STA
Coe
f A
cele
rom
etro
1
0 10 20 30 40 50 60 70 800
0.5
1
1.5
k
Coe
f A
cele
rom
etro
2Caso do PHM Challenge
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Falhas em Máquinas Rotativas
Gears
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
S
GMF = Gear Mesh Frequency
= S * T
S = Speed
T = Number of Teeth
Exemplo:
S = 50 HzT = 24 dentes
GF = 50 x 24 = 1200 Hz
GMF
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5Engrenagem com 24 dentes, S = 50 Hz
tempo (s) / Tsample
Ace
lero
met
ro
0 5 10 15 20 25 30 35 400
20
40
60
80
k
AB
S (
Ck)
GMF
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
Geração de Subharmônicas
2Ndentes
3Ndentes
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
Shafts
EE-240/2009
Falhas em Máquinas Rotativas
Geração de Harmônicas 2x e 4x
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Falhas em Máquinas Rotativas
Muito Obrigado!
