Conceção e construção de um simulador de controlo de vibrações

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

O presente trabalho tem como principal objetivo a construção de um simulador de vibrações que permita o estudo de diferentes técnicas de isolamento e absorção de vibrações, seja no contexto de 1 ou mais graus de liberdade, enquadrando-se no estudo de transmissibilidade. Foram realizados diversos cálculos em MathCad para uma análise inicial das possibilidades do simulador, tais como qual o esforço que o motor consegue suportar para determinadas frequências, as forças de atrito, as forças das molas. Calculou-se também possíveis combinações de massas e amortecimentos e suas respetivas frequências naturais e modos, estabelecendo que todas as frequências naturais sejam possíveis de ser simuladas. Foram desenvolvidas simulações virtuais do projeto similares em aparência e modo de funcionamento, em diversos softwares como Algodoo, SolidWorks e Working Model onde se verificou se o comportamento de tais simulações estava correto. Realizou-se a construção do simulador, em materiais não corrosivos para uma maior longevidade, o processo de construção abrangeu corte de metal e acrílico, soldadura, torneamento, polimento, perfuração, quinagem, seleção de molas e parafusos, entre outros. Desenvolveu-se um analisador simples em LabVIEW para processar e apresentar as vibrações e relações de transmissibilidade, que são adquiridas através de transdutores de aceleração do tipo MEMS conectados via USB a um computador comum. Elaborou-se fichas de exercícios capazes de explorar ao máximo as possibilidades do simulador que se possam dispor aos alunos como instrumento didático onde possam empregar conhecimentos adquiridos nas aulas.

Abstract: The current work has as main goal the construction of a vibration simulator that allows the study of different techniques of isolation and vibration absorption and damping, whether in the context of one or more degrees of freedom, it fits into the study of transmissibility. Several calculations were performed in MathCad for an initial analysis of the possibilities of the simulator, such as the effort which the engine can withstandfor certain frequencies, the frictional forces, spring forces. It was also calculatedpossible combinations of damping and masses and the respective natural frequencies and modes, establishing that all natural frequencies are possible to be simulated. Virtual simulations of the project were developed similar in appearance and operation in various softwares such as Algodoo, SolidWorks and Working Modelwhere verifications were made for the behavior of such simulations was correct. The construction of the simulator was carried out, in non-corrosive materials for a longer longevity, the building process covered metal and acrylic cutting, welding, turning, polishing, drilling, bending, selection of springs and screws,among others. It was developed a simple parser in LabVIEW to process and present thevibration and transmissibility ratios, which are acquired through accelerationtransducers of the type MEMS connected via USB to a common computer. Exercise sheets were elaborated to be able to fully exploit the possibilities of the simulator that may be at the disposal of students as a didactic tool which can employ knowledge acquired in class.