Caracterización de síntomas vibratorios producidos por fallas en transmisiones planetarias

Abstract

El análisis de vibraciones de las transmisiones planetarias ha sido investigado activamente en los últimos años debido a la importancia y el alto impacto que éstas tienen en el desarrollo industrial. Desde el punto de vista de la modelación de vibraciones, este problema ha sido normalmente investigado con dos herramientas distintas: el modelo dinámico, que depende de la resolución numérica de las ecuaciones del movimiento y el modelo fenomenológico, que modela las vibraciones producidas por la interacción entre los diferentes engranes basándose en la observación de la cinemática del sistema. Con la ayuda de estos modelos es posible realizar la simulación de distintos tipos de falla que afecten a las componentes de la transmisión, para luego analizar el efecto de éstas en las vibraciones del sistema y compararlo con resultados experimentales que permitan encontrar patrones vibratorios que posibiliten determinar la condición mecánica de la máquina. Para esto es necesaria la comparación entre los modelos, lo cual ha sido escasamente abordado en la literatura. El problema radica en que esta comparación no se puede realizar directamente. El modelo fenomenológico entrega las vibraciones medidas por un sensor que se encuentra fijo en la parte externa del anillo de la transmisión incluyendo el efecto de modulación de amplitud debida a la variación de la posición de las fuentes de vibración con respecto al punto donde está ubicado el sensor, lo que es compatible con las mediciones experimentales. En cambio, el modelo dinámico entrega las vibraciones del anillo basadas en un marco de referencia rotatorio sin incluir el efecto de la modulación descrita. Los objetivos de este trabajo son, en primer lugar, proponer un método de descomposición del sistema no inercial del método dinámico a un sistema inercial fijo que represente las mediciones del transductor montado en la parte externa del anillo, para sentar las bases que permitan la comparación entre este modelo con el fenomenológico y mediciones experimentales. En segundo lugar utilizar el modelo fenomenológico y el modelo dinámico, incluyendo la descomposición planteada, para simular fallas que permitan encontrar patrones vibratorios que las identifiquen. Para enfrentar este problema, primero se exponen los modelos fenomenológico, enunciado en el trabajo de Molina [Molina 2010], y dinámico, enunciado en el trabajo de Lin [Lin et al. 1999]. En segundo lugar, la descomposición planteada se analiza algebraicamente y se ocupa en un caso simulado numéricamente. En tercer lugar, se presenta y utiliza un método para introducir fallas puntuales en distintos componentes de la transmisión planetaria con ambos modelos. Finalmente se validan las simulaciones comparándolas con mediciones experimentales. La función de descomposición entrega una respuesta análoga a la del modelo fenomenológico. Luego, esta herramienta se puede utilizar para la simulación de fallas en pos de la búsqueda de los indicadores de éstas. Se modelan fallas puntuales en un planeta, en el sol y anillo y los resultados se comparan con mediciones experimentales, obteniendo una buena predicción del comportamiento vibratorio de la transmisión para las fallas puntuales en general. Además, se realiza un breve análisis de la influencia del cambio de la posición del sensor al descanso del rodamiento lado motor de la transmisión. Se obtiene, para este caso, que la medición es análoga a la tomada con la configuración típica, ya que la estructura espectral es la misma. También se simulan fallas que analizó Torregrosa [Torregrosa 2013] con el modelo dinámico, obteniendo mayor información en las vibraciones proveniente del uso de la función de descomposición.