Compreendendo as bandas laterais na análise de vibração

Definição: O que são bandas laterais?

Bandas laterais são pequenos picos de frequência que aparecem em um espectro FFT em intervalos iguais em ambos os lados de uma frequência central maior, conhecida como frequência portadora. A presença de bandas laterais é um sinal definitivo de modulação— uma condição em que uma frequência está sendo "impressa" em outra. O espaçamento das bandas laterais é igual à frequência do sinal modulante. As bandas laterais são uma das ferramentas de diagnóstico mais poderosas e definitivas em análise de vibração, especialmente para detecção de falhas em caixas de engrenagens e rolamentos.

Como as bandas laterais são geradas?

As bandas laterais são criadas quando um sinal de vibração primário (a portadora) tem sua amplitude alterada ao longo do tempo por um segundo sinal mais lento (o modulador). Um exemplo clássico é um dente de engrenagem defeituoso:

• O Frequência de malha de engrenagens (GMF) é a frequência portadora. Esta é uma alta frequência gerada pelo engrenamento normal dos dentes da engrenagem.
• Um único dente rachado nessa engrenagem criará um impacto que ocorre uma vez por rotação. Esse impacto modula, ou altera a amplitude, do sinal GMF sempre que o dente defeituoso entra em contato.
• O velocidade de rotação da engrenagem é a frequência de modulação.

O resultado no espectro FFT é um pico grande no GMF (a portadora) com picos menores na faixa lateral em ambos os lados, espaçados na velocidade de rotação da engrenagem. Esse padrão comprova definitivamente a existência de uma falha e que ela está localizada naquela engrenagem específica.

A fórmula é: Frequência da banda lateral = frequência portadora ± (n × frequência de modulação), onde n=1, 2, 3…

Principais aplicações em diagnóstico de máquinas

1. Diagnóstico da caixa de velocidades

Esta é a principal aplicação para análise de banda lateral.

• Bandas laterais em torno do GMF: Se faixas laterais espaçadas na velocidade de funcionamento de uma engrenagem aparecerem ao redor de seu GMF, isso indica uma falha naquela engrenagem (por exemplo, um dente rachado, um dente desgastado ou excentricidade).
• Bandas laterais em torno dos harmônicos do GMF: Falhas graves frequentemente geram faixas laterais em torno do GMF 2x e 3x também.
• Frequência dos dentes de caça: Em conjuntos de engrenagens complexos, faixas laterais não inteiras específicas podem identificar falhas que ocorrem apenas quando dois dentes específicos em engrenagens diferentes entram em contato.

2. Diagnóstico de rolamentos de elementos rolantes

As faixas laterais também são essenciais para confirmar falhas no rolamento, especialmente defeitos na pista interna.

• Um defeito no raça interna está girando e, à medida que entra e sai da zona de carga do rolamento, a amplitude dos impactos que ele gera muda.
• Isso causa modulação de amplitude da frequência de falha da pista interna (BPFI).
• O espectro resultante mostra um pico em BPFI com bandas laterais espaçadas a 1x a velocidade de rotação do eixo. Observar esse padrão é um indicador muito confiável de um defeito na pista interna.

3. Diagnóstico de Motor Elétrico

Problemas com as barras do rotor em um motor de indução CA podem causar o aparecimento de faixas laterais em torno do pico de velocidade de operação 1x. Essas faixas laterais são espaçadas na frequência de passagem de pólo, que é a frequência de escorregamento do motor multiplicada pelo número de polos do motor.

Considerações de análise

Para usar efetivamente a análise de banda lateral, dados de alta qualidade são essenciais:

• Alta resolução: Uma FFT de alta resolução (por exemplo, 3.200 ou 6.400 linhas) é necessária para poder ver claramente os picos da banda lateral e medir com precisão seu espaçamento. Com baixa resolução, as bandas laterais serão "manchadas" junto com o pico da portadora.

– Tendências: O número e a amplitude das bandas laterais são um bom indicador da gravidade da falha. À medida que a falha se agrava, mais bandas laterais aparecem e sua amplitude aumenta.

• Zoom FFT: Esta função em um analisador de dados permite que o analista “amplie” uma faixa de frequência específica com resolução muito alta para confirmar a presença e o espaçamento das bandas laterais.

Quando um analista encontra um padrão de banda lateral claro, a confiança de um diagnóstico de falha aumenta de “possível” para “altamente provável”.

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