Análisis de vibraciones de un reductor de velocidad planetario a través de modelos analíticos

Abstract

El mantenimiento predictivo es una herramienta muy poderosa a la hora de analizar equipos, ya que no es necesario detenerlos para efectuar el análisis. En el parque de diversiones Fantasilandia es necesario conocer la condición de los equipos con tal de disminuir la probabilidad de falla de algún equipo, para evitar poner en riesgo a los usuarios. Bajo este contexto, se busca definir modelos que representen el comportamiento de un reductor de velocidad planetario, para obtener el caso base de vibraciones (reductor sano) y entender la interacción del sistema con el lubricante. Se definen tres modelos teóricos de reductores: Un modelo dinámico, un modelo fenomenológico y un modelo torsional, cada uno con sus suposiciones. En cada modelo es posible añadir fallas y observar la respuesta, por esto se definen las fallas de fisura, pittiing y scuffing, con el fin de poder comprender los fenómenos y cómo afectan al sistema. Para el amortiguamiento se exponen las bases para comprender esta característica desde el lubricante, definiendo el modelo tribo-dinámico y elementos de la teoría de contacto de Hertz. Para resolver los modelos se utiliza el método de integración de Hilber Hughes Taylor y de Newmark. Los resultados para el modelo dinámico se dividen en tres: uno sin amortiguar, otro con amortiguamiento medio y el último con amortiguamiento normal. Para cada caso se obtiene la respuesta vibratoria sobre el Carrier y su respectivo espectro. Para los otros dos modelos solo se analiza un caso general, para comprobar su funcionamiento y verificar que describen el fenómeno correctamente. Finalmente, se agrega una falla por pitting desarrollado y fisura al modelo dinámico, con tal de obtener su respuesta vibratoria y su espectro. Los resultados obtenidos para los tres modelos muestran comportamientos esperados según la literatura. Además, es posible modelar exitosamente fallas, tales como pitting desarrollado y fisura, y obtener la respuesta vibratoria. Se relaciona la perdida de rigidez con fallas en el lubricante, debido al cambio de régimen y de área de contacto. Además, se concluye una relación entre las características del lubricante, tales como espesor de película y viscosidad, y el amortiguamiento. Como trabajo a futuro se propone ampliar las fallas impuestas, mejorar los modelos y realizar pruebas de laboratorio para validar las conclusiones sobre lubricación. Finalmente se obtienen las respuestas vibratorias teóricas de un reductor planetario de tres planetas y una etapa, las cuales pueden ser usadas como caso base para compararlas con mediciones experimentales.