Contribución al estudio del comportamiento dinámico de transmisiones mecánicas en régimen no estacionario= Contribution to the study of the dynamic behavior of mechanical transmissions under non-stationary conditions

Resumen

Los trabajos de investigación orientados a la caracterización del comportamiento dinámico de transmisiones constituyen una cuestión de gran interés teniendo en cuenta la necesidad permanente de reducir los niveles de vibración y ruido, manteniendo su elevada compacidad y eficiencia. La mayor parte de los estudios se han concentrado en transmisiones operando en condiciones de funcionamiento estacionarias, en donde la velocidad y la carga a transmitir se consideran constantes. No obstante, es muy común encontrarse, en multitud de aplicaciones en la industria, con condiciones de operación no estacionarias, tales como arranques y paradas repetitivas así como variaciones de la carga y de la velocidad. El trabajo presentado a lo largo de esta tesis tiene como objeto fundamental conseguir una mejor comprensión del comportamiento dinámico de transmisiones planetarias operando en condiciones no-estacionarias. Este tipo de transmisiones se emplean habitualmente en los generadores eólicos, componentes aeronáuticos, transmisiones en vehículos convencionales e híbridos, etc. Con el fin de alcanzar los objetivos propuestos, se ha analizado un banco de ensayos de transmisiones planetarias con recirculación mecánica de potencia combinando simulaciones y ensayos experimentales. Se ha llevado a cabo un análisis modal del citado banco con el objetivo de determinar las frecuencias naturales, los modos de vibración y la distribución de energía cinética y de deformación. Para conseguir este propósito, se ha desarrollado un modelo de parámetros concentrados del banco, considerando tres grados de libertad para cada uno de los componentes. Los resultados numéricos se han contrastado con los que se han obtenido de un análisis modal experimental realizado sobre el banco de ensayos. En primer lugar, se ha investigado el comportamiento dinámico del banco de ensayos en condiciones de operación estacionarias, considerando carga y velocidad constante. El objetivo de este análisis ha sido resaltar la modulación en amplitud de las señales temporales registradas en el anillo exterior, como consecuencia de la influencia de cada uno de los planetas al pasar por las proximidades del punto de medida. Esta modulación se ha manifestado en forma de bandas laterales asimétricas alrededor de la frecuencia de engrane y sus armónicos, tanto en los resultados numéricos como en los experimentales. A continuación, el trabajo de tesis se ha orientado al estudio del comportamiento de transmisiones planetarias en condiciones no-estacionarias. En particular, se han analizado distintas situaciones, tales como carga y velocidad variable, arranques y paradas combinando simulaciones numéricas y registros experimentales. Los resultados obtenidos han sido analizados mediante la Transformada de Fourier de Tiempo Reducido (STFT), resaltando la modulación simultánea en fase y amplitud. Además, se ha estudiado el reparto de carga entre planetas, teniendo en cuenta la interacción entre el contacto en los engranajes, el efecto de la gravedad sobre el porta-satélites y la existencia de errores de posición de los planetas operando en condiciones estacionarias. También se ha estudiado el efecto de la velocidad de operación en el reparto de carga durante el régimen de arranque. Finalmente, se ha aplicado una técnica para el análisis de la trayectoria de transferencia, denominada Transmisibilidad Global Transmisibilidad Directa, con el fin de evaluar la propagación de la vibración en las transmisiones planetarias operando en condiciones estacionarias y no-estacionarias. Las transmisibilidades directas entre los distintos componentes se han obtenido a partir de la medida experimental de las funciones de transferencia.