Detección prematura de fallas en un sistema de engranajes utilizando la transformada de Hilbert-Huang

Abstract

Los engranajes son esenciales en muchos sistemas mecánicos de transmisión de potencia debido a su eficiencia y características. Un cambio en las vibraciones asociadas a estas máquinas puede indicar defectos. El análisis de vibraciones ha ganado relevancia, ya que permite la detección temprana de fallas con técnicas poco intrusivas, mejorando el mantenimiento y reduciendo pérdidas económicas. Existen varias técnicas de análisis, pero la más común, la Transformada Rápida de Fourier (FFT), es lineal y estacionaria. La presente investigación tiene como objetivo realizar un análisis para la detección preliminar de fallas en un módulo experimental de sistema de engranajes (constando de un motor de 1 hp, y engranajes helicoidales, cónicos, rectos y planetarios), utilizando la Transformada de Hilbert-Huang (HHT), la cual sí permite hacer análisis no lineal y no estacionario, posibilitando tener resultados con mayor información, a partir de los cuales se identificaron frecuencias críticas instantáneas con altos valores de energía que sugerían la posibilidad de desarrollo de fallas. Se establecieron puntos de medición de acuerdo a la normativa ISO y se empleó el analizador de vibraciones SKF Microlog® Analyzer GX en el Laboratorio de Automatización y Control de la USAT. Las señales de vibración a distintas rpm fueron posteriormente trabajadas en MATLAB®, mediante un script para la HHT y los resultados se validaron con la aplicación Signal Analyzer del mismo software. Para el sistema estudiado se encontró que valores cercanos a la frecuencia crítica instantánea promedio de 180 Hz cada 0,41 s a 1670 rpm indican la posibilidad de desarrollo de falla.

Gears are essential in many mechanical power transmission systems due to their efficiency and characteristics. A change in the vibrations associated with these machines can indicate defects. Vibration analysis has gained relevance, as it allows for early fault detection with minimally intrusive techniques, improving maintenance and reducing economic losses. There are several analysis techniques, but the most common, the Fast Fourier Transform (FFT), is linear and stationary. This research aims to perform an analysis for the preliminary detection of faults in an experimental gear system module (it had a 1 hp motor, and helical, conical, spur and planetary gears), using the Hilbert-Huang Transform (HHT), which does allow for non-linear and non-stationary analysis, enabling results with more information, from which instantaneous critical frequencies with high energy values were identified that suggested the possibility of fault development. Measurement points were established according to ISO standards and the SKF Microlog® Analyzer GX vibration analyzer was used in the USAT Automation and Control Laboratory. The vibration signals at different rpm were subsequently worked on in MATLAB®, using a script for the HHT and the results were validated with the Signal Analyzer application of the same software. For the system studied, it was found that values close to the average instantaneous critical frequency of 180 Hz every 0,41 s at 1670 rpm indicate the possibility of fault development