Compreendendo a vibração autoexcitada

1. Definição: O que é vibração autoexcitada?

Vibração autoexcitada (também conhecida como vibração autoinduzida ou instável) é um tipo de vibração particularmente perigosa, em que o movimento de um sistema induz forças que, por sua vez, sustentam ou amplificam esse movimento. Isso cria um ciclo de feedback em que a vibração pode aumentar em amplitude, às vezes a um nível catastrófico, sem qualquer aumento correspondente na frequência de força externa.

Isto é fundamentalmente diferente de uma vibração forçada, como desequilíbrio ou desalinhamento, onde a vibração é uma resposta direta a uma entrada periódica específica (a frequência de força). Em um sistema autoexcitado, a vibração cria sua própria força motriz.

2. O Mecanismo de Loop de Feedback

O mecanismo de vibração autoexcitada pode ser resumido da seguinte forma:

1. Um sistema (por exemplo, um rotor em um rolamento) está em movimento.
2. Uma pequena perturbação aleatória causa um ligeiro deslocamento ou mudança na velocidade.
3. Essa mudança no movimento altera as forças que atuam no sistema (por exemplo, a pressão do fluido em um rolamento ou a força de corte de uma ferramenta).
4. O mais importante é que essa força alterada age de uma forma que *adiciona energia* ao sistema, empurrando o componente ainda mais na direção em que ele já estava indo.
5. Esse movimento aumentado gera uma força ainda maior, que adiciona mais energia, e assim por diante.

Esse ciclo de feedback faz com que a vibração aumente até que ela seja limitada por não linearidades no sistema (como uma parada brusca) ou leve à falha.

3. Exemplos comuns de vibração autoexcitada

Vários fenômenos bem conhecidos em diagnósticos de máquinas são exemplos clássicos de vibração autoexcitada:

• Redemoinho de óleo e chicote de óleo: Os exemplos mais comuns em máquinas rotativas. Em um mancal de filme fluido, o eixo rotativo cria uma cunha de óleo. Uma perturbação pode fazer com que a própria cunha de óleo comece a girar (girar) em torno do mancal. A pressão dessa cunha giratória empurra o eixo, o que adiciona mais energia ao turbilhão. A vibração resultante não ocorre na velocidade de operação, mas em uma frequência subsíncrona (tipicamente 0,42-0,48X velocidade de corrida).
• Chatter em Usinagem: No corte de metais (torneamento ou fresamento), a trepidação ocorre quando a ferramenta de corte começa a vibrar. Essa vibração faz com que a espessura do cavaco a ser cortado varie. A variação da espessura do cavaco, por sua vez, causa uma flutuação na força de corte, e essa força flutuante pode injetar energia de volta na vibração da ferramenta, causando uma trepidação violenta.
• Flutter aerodinâmico: Vibração da asa de um avião, em que o movimento de flexão e torção altera seu perfil aerodinâmico. Essa mudança de perfil altera a pressão do ar de forma a adicionar energia ao movimento da asa, levando a uma falha catastrófica se não for controlada.
• Esfregaços de rotor: Condição em que um rotor entra em contato com uma peça estacionária. O atrito causado pelo atrito pode aquecer o rotor, causando sua curvatura. Essa curvatura aumenta a força de atrito, o que aumenta o calor e a curvatura, criando um ciclo de feedback que pode levar à apreensão.

4. Principais Características e Diagnóstico

As vibrações autoexcitadas geralmente apresentam características distintas no Espectro FFT:

• Frequências não síncronas: A vibração normalmente não é um múltiplo inteiro ou harmônico da velocidade de corrida. Muitas vezes ocorre em um subsíncrono freqüência.
• Instabilidade: A amplitude pode ser altamente instável e pode crescer rapidamente com pequenas mudanças nas condições operacionais (velocidade, temperatura, carga).
• Início repentino: A vibração pode não estar presente até que a máquina ultrapasse um certo limite de velocidade ou carga, momento em que pode aparecer repentinamente e com alta amplitude.

Diagnosticar a vibração autoexcitada envolve identificar esses picos não síncronos característicos e entender os mecanismos físicos que podem estar causando tal instabilidade na máquina específica.

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