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Gear transmission systems are considered one of the critical aspects of vibration analysis, and it contains various potential faults such as misalignment, cracks, and noise. Therefore, it requires vibration monitoring to ensure the system is operating properly. Case mounted accelerometers are frequently used to monitor frequencies in a system. However, it is not a simple task to identify and interpret the acceleration data since there are many gear mesh frequencies present. One of the approaches utilized by researchers to perform gear diagnostic is Finite Element Modeling. This study focuses on stiffness cycle and meshing stiffness of non-linear quasi-static finite element modeling. The comparisons of meshing stiffness will concentrate on the type of elements, the integration methods, the meshing quality, plane stress and plane strain analysis, sensitivity of model tolerance, and crack modeling. The results show that the FEA approach is extremely sensitive to tolerance, mesh density, and element choice. Also, the results indicate that a complete sensitivity and convergence studies should be carried out for a satisfactory stiffness match.

Orientador: Aparecido Carlos Gonçalves / Resumo: Pares engrenados são elementos de transmissão de potência amplamente utilizados em máquinas e equipamentos, todavia as falhas catastróficas desses componentes são comuns e dispendiosas. A análise de vibrações está entre as técnicas de diagnóstico de defeitos incipientes utilizadas em manutenção preditiva, posto que a presença de uma falha altera o comportamento dinâmico do sistema e o estado de degradação pode ser detectado pelo monitoramento dos sinais de vibração. Na indústria atual, onde as aquisições de dados, tanto para controle de processos, quanto para o monitoramento das condições de integridade de equipamentos, são realizadas em tempo real, faz-se necessário o desenvolvimento de métodos que aumentem a confiabilidade das tomadas de decisões em relação à identificação, localização e prognóstico de falhas. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático de par de engrenagens que auxilie no monitoramento da condição e validar o modelo dinâmico com dados de vibração de um multiplicador de velocidades obtidos experimentalmente. Para tanto, foi elaborada uma metodologia baseada no modelo dinâmico de par engrenado com 6 graus de liberdade para simulação de sinais de vibração; nesse modelo, inclui-se erros geométricos no perfil do dente; de maneira analítica, simula-se uma a trinca do dente de uma das engrenagens que ocasiona a queda de rigidez em função do tempo; desenvolveu-se também um experimento com um multiplicador de velocidades; e, por fim, algumas técnic... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Spur gears are transmission power elements widely used in machinery, however catastrophic failures of this components are just as common and onerous. Vibration analysis is a technique, in among of others, that can be used in diagnostics of incipient damages, common in predictive maintenance, because they change the dynamic behavior of the mechanical system, and the degradation state can be detected by vibration signal or noise. In the current industry production, in which real-time data acquisition - whether for processes control, or for health condition monitoring of equipment - is the reality, it is necessary to develop auxiliary methods that provide high reliability to identification, localization and failure prognostics. In this work, the main objective is to provide a spur gears’ model-based methodology for condition-monitoring and to validate a dynamic model with experimental vibration data of a gearbox. Hence, a dynamic model of spur meshing gears was developed considering a 6 degrees of freedom and time-varying meshing stiffness to simulate vibrations signals; a tooth profile error was also included; in this analytical model, a straight crack was simulated by reducing the meshing stiffness in a tooth; experiments with a gearbox experimental set were run; and, some signal processing was apllied in the vibration data. The results allowed the model validation with the comparison between simulate and experimental signals, in time-domain and frequency-domain / Mestre