Diseño de un banco de ensayos para el análisis de las emisiones acústicas generadas por el contacto de perfiles evolventes de engranajes.

Abstract

En la presente memoria de título, se desarrolla el diseño de un banco de ensayos que simula el contacto de dientes de engranajes, con el fin de estudiar las emisiones acústicas generadas durante el funcionamiento. Este trabajo se encuentra en el marco del proyecto Fondecyt titulado “Modelling and Experimental Validation of the Acoustic Emissions Generated by Sliding-rolling contacts in Gear Transmissions Including Faults”, que busca desarrollar un marco teórico que permita predecir las emisiones acústicas generadas por engranajes, y de este modo utilizar el análisis de las emisiones acústicas como una herramienta confiable de detección de fallas tempranas en engranajes. Este banco de ensayos es necesario dado que para lograr el objetivo planteado en el proyecto se requiere un diseño simple que permita obtener mediciones precisas y confiables aisladas de ruido, y de este modo validar experimentalmente a las emisiones acústicas generadas durante el contacto de los dientes de engranajes. El proceso de diseño ha seguido una metodología que ha implicado la identificación y análisis del problema, estableciendo requisitos clave para el diseño del banco de ensayos. A través de la división del problema en distintas variables de solución, se conceptualizaron y evaluaron diferentes alternativas de diseño, para posteriormente seleccionar la solución más prometedora que cumpliera con los criterios establecidos. La etapa de materialización del banco de ensayos se llevó a cabo utilizando conocimientos de cinemática, con el apoyo de programas de diseño, asegurando la precisión necesaria para simular condiciones de operación impuestas. De este modo se le da dimensiones geométricas al diseño y se asegura la presencia de un punto de paso de deslizamiento a rodadura pura. Además, se contempla la fabricación de un prototipo por medio de impresión 3D para comprobar el correcto funcionamiento del mecanismo y proponer cambios necesarios y posibles mejoras para la optimización del diseño. A través de la aplicación de esta metodología de diseño, se logró obtener un prototipo de un banco de ensayos funcional que satisface con la condición de paso de deslizamiento a rodadura, y a través de mediciones preliminares se logra determinar dificultades y problemas que pueden surgir en el proceso de adquisición de los datos con el fin de obtener mediciones precisas y confiables en el banco de ensayos final fabricado en acero. Con el presente trabajo se espera contribuir al avance del proyecto, permitiendo obtener un modelo que permita la detección de fallas en los engranajes utilizando las emisiones acústicas como una herramienta de diagnóstico confiable y precisa. Además, se espera que los resultados obtenidos proporcionen una base sólida para futuras investigaciones y mejoras en el campo del mantenimiento predictivo de sistemas de engranajes.

In this thesis, the design of a test bench that simulates the contact of gear teeth is presented to study the acoustic emissions generated during operation. This work is within the framework of the Fondecyt project entitled "modelling and experimental validation of the acoustic emissions generated by sliding-rolling contacts in gear transmissions including faults", which seeks to develop a theoretical model to predict the acoustic emissions generated by gears and thus use the analysis of acoustic emissions as a reliable tool for detecting early faults in gears. This test bench is necessary because to achieve the objective of the project, a simple design is required to obtain accurate and reliable noise isolated measurements and thus experimentally validate the acoustic emissions generated during the contact of gear teeth. The design process has followed a methodology that has involved the identification and analysis of the problem, establishing key requirements for the design of the test bench. By dividing the problem into solution variables, different design alternatives were conceptualized and evaluated to select the most promising solution that met the established criteria. The materialization stage of the test bench was carried out using knowledge of kinematics with the support of design programs, ensuring the necessary accuracy to simulate imposed operating conditions. In this way, geometrical dimensions are given to the design and the presence of a pure sliding to rolling step is ensured. In addition, the fabrication of a prototype using 3D printing is contemplated to check the correct operation of the mechanism and to propose necessary changes and possible improvements for the optimization of the design. Through the application of this design methodology, it was possible to obtain a prototype of a functional test bench that satisfies the condition of sliding to rolling step, and through preliminary measurements it was possible to determine difficulties and problems that may arise in the data acquisition process, with the purpose of obtaining accurate and reliable measurements in the final test bench made of steel. With the present work it is expected to contribute to the progress of the project, to obtain a model that allows the detection of gear failures using acoustic emissions as a reliable and accurate diagnostic tool. In addition, it is expected that the results obtained will provide a solid basis for future research and improvements in the field of predictive maintenance of gear systems.