Resumen de Contribución al estudio del comportamiento dinámico de engranajes planetarios en el estado no estacionario en la presencia de fallos
- español
La presente tesis aborda el análisis del comportamiento dinámico de transmisiones planetarias en condiciones no estacionarias considerando la presencia de defectos. La estrategia adoptada se basa en un doble planteamiento que combina un modelo numérico y su contraste experimental. En relación con el enfoque numérico, se ha desarrollado un modelo de un banco de ensayos de transmisiones planetarias dispuesto en una configuración de recirculación de potencia mecánica. Este mismo banco se ha utilizado para llevar a cabo la campaña experimental.
En una primera fase, se han estudiado diversas técnicas de análisis modal experimental con el fin de caracterizar el comportamiento dinámico del sistema. Se realizó un estudio comparativo entre tres técnicas de análisis modal experimental con el propósito de establecer los parámetros modales del banco de ensayos en distintas condiciones de funcionamiento. Se utilizaron los diagramas de estabilización y el criterio de aseguramiento modal para la estimación de los modos y frecuencia de vibración. Los modos experimentales y numéricos obtenidos empleando cada una de las técnicas han sido evaluados de forma comparativa. Además, se ha resaltado el impacto que tiene la magnitud de la carga a transmitir y sus consecuencias en la rigidez de engrane sobre los parámetros modales.
El estudio del comportamiento dinámico del modelo correspondiente al banco de ensayos se realizó inicialmente en condiciones estacionarias donde la velocidad y el par son constantes. Se han destacado las bandas laterales de modulación mediante simulaciones numéricas obtenidas a partir de un modelo tridimensional y su contraste con los registros experimentales. La influencia de la gravedad del porta-satélites en la respuesta dinámica también se ha investigado teniendo en cuenta la interacción entre la rigidez de engrane y el peso del porta-satélites. Posteriormente, se analizó el comportamiento dinámico bajo excitaciones no estacionarias como carga variable, velocidad variable y maniobras de arranque y parada. El análisis tiempo-frecuencia ha sido utilizado para caracterizar el contenido de frecuencia de las señales de vibración emitidas desde condiciones de operación no estacionarias. Los resultados numéricos obtenidos por la Transformada de Fourier de corto plazo (STFT) se validan mediante mediciones de vibración en el banco de ensayos operando en estas condiciones.
Además, se desarrolló y estudió un modelo no lineal de la transmisión planetaria que tiene en cuenta la rigidez hertziana en regímenes no estacionarios.
Finalmente, la respuesta dinámica del sistema en presencia de dos tipos de defectos fue analizada tanto en régimen estacionario como no estacionario. Para ello, se han utilizado técnicas de seguimiento de órdenes con el fin de identificar la presencia de defectos en maniobras de arranque / parada y con condiciones de carga variables tanto sobre las señales experimentales como simuladas.
- English
The present PhD study is focused on analyzing the dynamic behavior of planetary gear transmissions in non-stationary conditions in presence of defects. The strategy of this thesis is based on building a numerical model which is referred to a test bench composed of a test planetary gear set mounted back to back with reaction gear set which allow the power recirculation.
First of all, modal analysis techniques were studied to characterize the dynamic behavior of the system. a comparative study between three modal analysis techniques was carried out in order to determine the modal properties in different running condition. Stabilization diagram and Modal assurance criterion were used to estimate the obtained modes. Experimental and numerical modes of each technique were compared and discussed. In addition, the effect of load and meshing stiffness variation on the modal parameters were highlighted.
The study of the dynamic behavior of the model corresponding to the test bench was performed initially in stationary conditions where the speed and the torque are constant. Modulation sidebands are highlighted through numerical simulations issued from a three-dimensional model and experimental measurements. Influence of the gravity of carrier on the dynamic response were also investigated taking into account the interaction between meshing gears, the weight of the planet carrier systems. Then, the dynamic behavior under non-stationary excitations such as the variable load, variable speed and run up regimes was investigated. Time frequency analysis was developed to characterize frequency of vibration signals issued from non-stationary operating conditions. Numerical results obtained by the Short Time Fourier Transform are validated through vibration measurements on test bench during operation under these conditions. However, a non linear model of the model taking into account the Hertzian stiffness was developed and studied in non stationary regime presented by the variable load and run up regime.
Finally, the dynamic response of the system in presence of two kinds of defect was analyzed and discussed in stationary and non stationary regimes. Order tracking method was used to identify the defects in run up and variable loading condition for the simulated and experimental determined signals.
