Processo e controle hoje

02/10/2023 Portescap SA

De ferramentas elétricas industriais a robôs cirúrgicos, passando por aplicações aeroespaciais e de defesa, uma solução de movimento que forneça alta densidade de potência em um pacote pequeno é um requisito comum. No entanto, a integração de um motoredutor significa que a garantia de fiabilidade é crucial. Quando a vida operacional excede a duração permitida para testes, uma abordagem sistemática ao Teste de Demonstração de Confiabilidade (RDT) pode fornecer aos OEMs 95% de certeza de que os motoredutores atenderão ou excederão o tempo de operação exigido.

Utpal Rabha, engenheiro-chefe da Portescap, explica o procedimento RDT.

Os motoredutores CC são projetados para atender aos requisitos de torque de tarefas específicas, garantindo dimensões compactas. Com a montagem de um motor CC com escova ou sem escova, o dispositivo combina uma caixa de engrenagens que otimiza os requisitos de torque, velocidade e eficiência. Isso permite que um motoredutor reduza a velocidade de saída enquanto aumenta o torque até o nível necessário, conseguindo isso com um diâmetro mais compacto em comparação com o uso exclusivo de um motor individual de maior potência.

Com o mecanismo de caixa de velocidades adicional, é imperativo que o design do motoredutor seja suficientemente fiável para a duração da sua utilização necessária. Para garantir a resiliência às condições do mundo real, são necessários testes de demonstração de fiabilidade (RDT).

Etapas do TDR

A primeira tarefa da fase de planejamento é estabelecer o objetivo de confiabilidade, necessário para definir os parâmetros do RDT. As características típicas do motorredutor sujeitas ao RDT incluem tensão, corrente, velocidade, temperatura, ruído e integridade física. Os modelos de teste podem então ser selecionados para calcular o tamanho da amostra, bem como o tempo de teste necessário. A preferência depende se a duração do teste difere da vida útil esperada; é necessário para um dispositivo que opera a longo prazo, em comparação com um dispositivo que pode exigir apenas uma operação única. Um nível de tolerância de teste aceito também deve ser definido.

Idealmente, os testes devem ocorrer sob condições reais de aplicação e continuar durante todo o período operacional pretendido. No entanto, se os requisitos de tempo de lançamento no mercado não permitirem isso, como no caso de motoredutores com longa vida útil que podem operar por 10 anos, um método de teste acelerado pode ser usado. Neste caso calcularíamos a vida B10, o momento em que os dispositivos têm 90% ou mais de probabilidade de sobrevivência.

Ao longo da escala de tempo predefinida do teste, as observações são feitas em intervalos regulares e definidos a partir dos quais a análise dos dados pode ocorrer. A meta típica é zero falhas na conclusão do teste. Se forem observadas falhas antes deste tempo ser atingido, o tempo de teste necessário será recalculado. Se um pequeno número de amostras falhar durante o teste, os dados de falha podem ser analisados ​​com o Método Weibull, uma análise de dados de vida que determina tendências de uma amostra de dados relativamente pequena, para calcular a confiabilidade alcançada.

Testando na prática

Como exemplo real de testes RDT, a Portescap projetou um motoredutor CC para um sistema de infusão desenvolvido por um fabricante de dispositivos médicos. Para validar a confiabilidade, a especificação exigia uma vida operacional de 10.000 horas, testada para atingir 95% de confiança. Isto exigiu um cálculo de vida B10 com RDT realizado sob um modelo acelerado.

Como a vida operacional de um motorredutor depende principalmente da carga aplicada e das condições de aplicação, a equipe de engenharia selecionou torque e velocidade como tensões para acelerar o tempo de teste. A lei da potência inversa, comumente usada para testar tensões aceleradas não térmicas, seria usada para calcular o fator de aceleração.

Como o torque especificado para a aplicação real foi de 10 mNm, para o cálculo do fator de aceleração o torque para a tensão acelerada foi fixado em 25 mNm, com velocidade constante de 200 rpm. Em seguida, a duração do teste foi definida utilizando um método paramétrico binomial, preferencial quando a vida útil real do dispositivo exceder a duração de teste permitida. Isso gerou um tempo de teste de 1.081 horas considerando zero casos de falha. Utilizando cálculos de Weibull, foi definido um tamanho de amostra de 10 motoredutores.