Sistematizaci³n y optimizaci³n de un ensayo de ...imac. cumplimiento de este requerimiento, se

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  • Sistematizacinyoptimizacindeunensayodevibracionesaleatoriasenbandaancha

    S.GarcaJimnez,J.M.PintorBorobia

    UniversidadPblicadeNavarra,Dpto.IngenieraMecnicaEnergticayMateriales, CampusArrosadas/n,31006Pamplona(Espaa),Tlf:948169631

    garcia.31259@e.unavarra.es

    Resumen:Enelpresenteartculo,sellevaacabounestudiodelosensayosdevibracionesaleatoriasenbandaancha,comolosrealizadoshabitualmenteenlaactualidadacomponentesdelsectordelautomviltantodenaturalezaelectrotcnicacomomecnica.Loquesehapretendidoeselestablecimientodeunametodologaparalarealizacindelosmismos,mostrandoasuvezlospuntoscrticosylimitacionesalahoradellevaracabolavalidacindelcomportamientovibracionaldelaspiezas.Sehadefinidotantoelmaterialcomolosequiposnecesarios,ysemuestracomoelusodedeterminado tipo de sensores, como los de nocontacto, permite obtener unosmejoresresultadosyaquenoalteranelcomportamientodinmicodelsistema.Finalmente, se muestran algunos de los resultados obtenidos del ensayo sobre uncomponente electrnico utilizado para comprobar la adecuacin de la metodologapropuesta.

    PalabrasClave:vibracionesaleatorias,bandaancha,ensayos.

    Abstract:Thisarticletalksaboutthestudyoftherandomwidebandvibrationtests.Thesekindsoftestsareusingnowadaysintheautomotiveindustrytocheckdifferentspecimen(electricandmechanic).Wehavepretendedtodoamethodologyformakingthiskindoftestsandweshowthecriticpointsandthelimitationstoratifypieces.Thematerialandtheequipmenthavebeendefinedformakingthetest.Weshowthatusingakindofsensor(touchlesssensor)wecanimprovetheresultsbecausetheydontmodifythedynamicbehaviourofthepiece.Finallyweshowsomeresults that wehaveobtained toanexamplespecimenusedforcheckingtheprocessdefined.

    Keywords:randomvibrations,wideband,test.

    mailto:garcia.31259@e.unavarra.es

  • 1.Introduccin

    Enelpresentetrabajosehallevadoacabounestudiodelosensayosdevibraciones

    aleatorias en banda ancha, como los realizados habitualmente en la actualidad en

    diferentes componentes del automvil tanto de naturaleza electrotcnica como

    mecnica.Estosensayosresultandeimportanciaenlasetapasdediseoyclculodelos

    citadoscomponentesalpermitirgarantizarsucorrectofuncionamientotrabajandoenun

    ambientevibracionalestocstico,comoeselcasodelosautomviles.

    Paralapreparacinyrealizacindelospertinentesensayossepartidelanormativa

    existente[1];quefue,asuvez,complementadaconotrasnormasalasquesehace

    referenciaenlamisma[26].

    El objetivo final del trabajo era poder llegar a establecer una metodologa para el

    desarrollodeestetipodeensayos,ascomoladefinicinydiseodelequipamiento

    ptimo para su realizacin. Mediante la realizacin de los mismos, se trat de

    determinarlosposiblescuellosdebotellaexistentes,lasposiblesincertidumbresque

    pudierangenerarse,limitaciones,ascomolasposiblesalternativas.Facilitandodeeste

    modolaposterioroptimizacindelprocesodeensayo.

    2.Ensayosdebandaancha.Equipodeensayo

    Paralarealizacindelosensayos,seestableciunsistemaenlazocerradoformadopor

    5elementos,comosemuestraenlasfiguras1ay1b:

  • Figura1a.Esquemadelsistemacompleto pararealizacindelensayo

    Figura1b.Sistemacompletopara realizacindelensayo

    - Sistemadecontrol:encargadodelageneracindelasealelctrica,ascomodela

    lecturadelasealquerealmentelellegaalespcimenaensayarparacompensarla

    primeraconelfindeconseguirlaexcitacindeseadaenel objetoaensayar.El

    equipoutilizadoesunDACTRONLaserShakerControlSystem,queconstade3

    mdulos,cajadeprocesamientodeseal,tarjetadeprocesamientodesealPCIy

    softwaredefuncionamiento.

    - Amplificadordepotencia:comosunombreindica,loquehaceesamplificarlaseal

    generada por el sistema de control para llegar a los valores necesarios para

    alimentarelexcitador.SehaempleadounamplificadorTIRAvibA50150.

    - Excitador: es el componente encargado de transformar la seal elctrica en un

    determinadomovimientovibratorio,queestransmitidoalcomponenteaensayar.En

    estecaso,sehautilizadoparalarealizacindelosensayosunexcitadorTIRAvib

    S522quepresentaunamasaefectivaenmovimientode200gr,siendocapazde

    desarrollarunafuerzadehasta200N,enunrangodefrecuenciasde2a7.000Hzy

    conunalaaceleracinmximaalcanzablede102g.

    - Espcimen:eselobjetoaensayarquepuedeservalidadomediantelarealizacinde

    estosensayos.Enlavalidacindeensayossehaempleadounatarjetaelectrnica

    conunaseriedecomponentesintegradossometidaalaexcitacinquesoportaraun

    componenteelctricodeautomvilnosituadoenlasinmediacionesdelmotor.

    - Sensores:situadosestratgicamentetantosobreelespcimencomosobreelutillaje

    de ensayo, transforman el movimiento, en este caso vibratorio, en una seal

    elctricacapazdeserledaeinterpretadaporelsistemadecontrol.Lossensores

    utilizados en estos ensayos son acelermetros piezoelctricos del tipo y

  • caractersticascomolosquesevenenlafigura2yunvibrmetrolser.Esteltimo,

    se utiliza para evitar aadir una masa, la del acelermetro, que puede ser

    significativaenelespcimenensayado,ypodermedirlaaceleracinenelmismo

    sincontactoexternoalguno.

    Figura2.Acelermetropiezoelctricoconsuscaractersticas

    Elvibrmetrolserutilizadoenlosensayos,esunPOLYTECconuncontrolador

    OFV3001yunacabezapticasensoraOFV353,cuyascaractersticassedetallan

    acontinuacinentabla1.

    ControladorOFV3001 CabezasensoraOFV353Peso 10.8Kg. Peso 3.5Kg.Dimensiones 450X355X135mm. Tipodelser HelionenTdeoperacin 540C. Longituddeonda 633nm.Tipodefiltro Besselde3erorden Tdeoperacin 040C.

    Tabla1.Caractersticasdelvibrmetrolser

    3.Metodologadeensayo

    Paralarealizacindelosensayosseestableciunametodologabasadaenlospasos

    descritosacontinuacin.Enprimerlugar,esnecesariodefinirunaseriedeparmetros

    queenmarcanlascaractersticaspropiaselensayocomoson:perfilyniveldedensidad

    espectral,factordecresta,puntosdefijacin,errordesesgo,rangodefrecuenciasde

    ensayo,duracindelensayoycriteriosdeaceptacinyrechazodeespcimen.Parael

    caso particular desarrollado durante este trabajo, los datos se obtuvieron de los

  • requerimientosestablecidoshabitualmenteporunprimerconstructordeautomviles

    parasuscomponentes,yaparecenreflejadosdeformaresumidaenlatabla2.

    Excitacinvibratoriaconruidodebandaancha(parapiezasnoanexasalmotor)Procedimientodeejecucin SegnDINEN60068264(procedimiento2)Gradodelibertadestadstico 120Fijacindelaspiezasdeensayo Preparacinsinresonanciasportodalagama

    defrecuenciasdeensayoPuntosreguladores LomscercaposiblealospuntosdefijacinFormadelaseal SealderuidocondistribucinsegnGauss

    delosvaloresinstantneosdelasaceleraciones

    Gamadefrecuenciasdeensayo 10Hzhasta1000HzValorefectivodelaaceleracin 38.1m/s2

    FactorCresta=Valormximo/valorefectivo 3.0Formadelespectro:f=10.0Hzhasta50.0Hzf=50.0Hzhasta66.7Hzf=66.7Hzhasta100.0Hzf=100.0Hzhasta1000.0Hz

    G(f)=20=constanteG(f)en(m/s2)2/HzG(f)=20hasta2disminuyendocon24dB/octG(f)=2=constanteG(f)=2hasta0.2disminuyendocon3dB/oct

    Duracinvibratoriaporcadaeje(X,Y,Z) 8horasSeadmitendistintosgradosdeintensidadporcadaejeprincipalydebenserespecificadosenelplanoyenelpliegodecondicionesOrdendelosensayos:Laposicindelensayoyelordendelosensayossedeberndocumentarenelinformedelensayo

    Tabla2.Severidadesycaractersticasdelensayo

    En segundo lugar, definidos estos parmetros se procede al montaje del equipo,

    intentandoreproducirdelaformamsfielposibleloqueluegoseraelmontajerealdel

    componenteensayado,ascomoevitandoqueelutillajeutilizadopresentefrecuencias

    naturalesdentrodel rangodefrecuenciasdeensayo.Eneste caso, paraasegurarel

    cumplimientodeeste requerimiento, se realiz el estudiovibracional deunmodelo

    virtualmedianteelementosfinitosdel propioutillajepreviamentea la fabricaciny

    montaje del utillaje real. En este sentido, la lgica y la experiencia conducen a

    recomendarelempleodeutillajescompactos,queaportenunarigidezimportanteala

  • vezqueligeros,paraquelasfrecuenciasdesusmodosdevibracinsesitenfuerade

    losrangosdeensayo.

    Figura3.Utillajediseadoymodelovirtual

    Conel equipo montado, el paso siguiente es proceder a definir en el software del

    sistemadecontrollosparmetrosantesindicadosparaquelasealgeneradaporste

    cumplaconlosrequisitosdelaespecificacinparticulardelfabricante,tantoencuanto

    anivelesycaractersticasdelaexcitacinaintroducir,comoaladuracindelensayo

    enlosdiferentesejes.Enelcasoparticulardeestetrabajo,elespectrodeexcitacin

    utilizadofueelmostradoenlafigura4.

    Figura4.Espectrodelaexcitacin

    Unavezdispuestoydefinidotodoelequipodeensayo,esprecisollevaracaboun

    anlisispreviodelcomponenteaensayarparaobtenersusfrecuenciasderesonancia

    conelanchodebandamsestrechoa3dB.Elobjetivoespoderdefinirunafrecuencia

  • demuestreoparaelensayocapazdeasegurarqueenelensayofinaldelespcimenno

    sepaseporaltoningunafrecuenciaderesonanciacomoconsecuencia,porejemplo,de

    lapresenciademodosdefrecuenciasmuycercanas.

    Porltimo,a la horadeproceder a la puestaenmarchadelensayoes aconsejable

    disponerdelaposibilidaddellevaracabounbrevepretestqueinformedelapresencia

    de posibles fallos en el equipo, o en el montaje del espcimen o de los sensores,

    mediante la aplicacin de una primera excitacin de bajo nivel que chequee los

    diferentesparmetrosdefinidosenelsoftwaredelsistemadecontrol.Unavezsuperado

    estepretestsinladeteccindeproblemaalguno,corresponderallevaracaboelensayo

    definitivo.Comoresultadodelmismoseobtendrnunaseriedegrficasyparmetros

    que,comparndolasconloscriteriosdeaceptacinyrechazodelespcimenaensayar

    permitir establecersidichocomponenteesvlidoonoparatrabajarenunentorno

    vibraci