Разбиране на честотата на зацепване на зъбните колела
Честота на зацепване на зъбните колела (GMF — наричана още честота на зацепване на зъбите) е вибрация честотата, която се генерира при влизането и излизането на зъбите на зъбното колело от контакт по време на въртенето. Тя се изчислява чрез умножаване на броя на зъбите на зъбното колело по скоростта на въртене на това колело: GMF = (брой зъби × об./мин.) / 60. GMF обикновено е доминиращият пик в скоростната кутия вибрационен спектър, както и амплитудата му, неговата хармоници, и странични ленти върху тях е посочена подробна информация за състоянието на съоръженията — износване, несъответствие, дефекти в зъбните колела и адекватността на смазването. Следователно проследяването на GMF е в основата на диагностиката на редуктора и е ключов елемент при установяването на дефекти на зъбните колела преди да се превърнат в неудачници.
1. Изчисляване на честотата на зацепване на зъбните колела
Основна формула
GMF може да се изчисли въз основа на всеки един от зъбите в двойката, като и двата изчисления трябва да дадат един и същ резултат, тъй като зъбите се пресичат с една и съща скорост:
- ГМП = Nзъбно колело × Обороти в минутазъбно колело / 60 (от зъбното колело)
- ГМП = Nекипировка × Обороти в минутаекипировка / 60 (от оборудването)
Двете величини са равностойни, тъй като съотношението на скоростите е обратното на съотношението на броя на зъбите. Имайте предвид, че GMF не е просто скорост на движение хармоника — това е произведението от броя на зъбите и скоростта на вала, така че обикновено стойността му е значително по-висока от 1×.
Работни примери
Пример 1 — Обикновена предавателна кутия
- Вход (зъбно колело): 20 зъба при 1800 об./мин.
- Изход (предавка): 60 зъба при 600 об./мин.
- GMF = 20 × 1 800 / 60 = 600 Hz
- Проверете: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓
Пример 2 — Многостепенна скоростна кутия
- Първи етап: 18 зъба при 3600 об./мин. → GMF₁ = 1080 Hz
- Втори етап: 25 зъба при 1200 об./мин. → GMF₂ = 500 Hz
- Трети етап: 30 зъба при 400 об./мин. → GMF₃ = 200 Hz
- Спектър: показва ясно изразен пик за всеки етап, както и хармоници и странични ленти.
Изчисляването им на ръка за всеки етап е досадно; Калкулатор за честота на зъбната мрежа веднага връща GMF и очакваното разстояние между страничните ленти, а Калкулатор на хармонична честота помага за определяне на скоростта на околните валове.
2. ГМФ във вибрационния спектър
Здрава скоростна кутия
- Връх на GMF: ясен, единичен пик при изчислената честота.
- Амплитуда: умерено и стабилно във времето.
- Хармоници: 2×GMF и 3×GMF могат да присъстват, но в малки количества (под ~25 % от GMF).
- Странични ленти: минимални или липсват.
- Скорости на валовете: пиковете 1× за входния и изходния вал са значително под нивото на GMF.
Нетипични характеристики
Висока амплитуда на GMF
Повишаването на амплитудата на GMF с течение на времето сочи към общо износване на зъбните колела, несъосност или високо натоварване. Необходимо е да се увеличи честотата на наблюдението и да се планира проверка.
Множество GMF хармоници
Ярко изразените пикове 2×GMF, 3×GMF и 4×GMF сочат дефекти в зъбите, силно износване или лоша контактна повърхност — като цяло, колкото повече хармоници се появяват, толкова по-тежко е състоянието.
Странични ленти около GMF
Страничните ленти представляват модулация на GMF в зависимост от скоростта на вала и позволяват точното определяне който вината е в предавката:
- Странични ленти на зъбното колело: GMF ± скорост на входния вал → дефект на зъбното колело.
- Странични ленти на предавките: GMF ± скорост на изходния вал → дефект на задвижваното зъбно колело.
- Множество странични ленти: GMF ± n×(скорост на вала) → локални дефекти по зъбите.
- Асиметрични странични ленти: по-здрава от едната страна → ексцентрично зъбно колело или неравномерно разстояние между зъбите.
3. Интерпретация на диагностичните резултати
Кратък преглед на оценката на състоянието
| Състояние | Амплитуда на GMF | Хармоници | Странични ленти |
|---|---|---|---|
| Нов / добър | Ниско, стабилно | Минимално (< 25 % от GMF) | Липсва или е много малък |
| Нормално износване | Умерено, постепенно увеличение | 2×GMF присъства, но е нисък | Появяват се малки странични ленти |
| Умерено износване | Високо, като продължава да нараства | 2×, 3×GMF видим | Ясни странични ленти при честоти ± от основната честота |
| Силно износване / повреда | Много високо | Множество хармоници (4×, 5×+) | Множество семейства странични ленти |
| Локален дефект | Умерено | Настояще | Силни, равномерно разположени странични ленти |
Специфични сигнатури на грешки
- Несъосност на зъбните колела: високи хармоници от 2×GMF и 3×GMF, често с повишени аксиални вибрации; поправено чрез пренастройка на зъбните колела.
- Ексцентрична предавка: силни странични ленти при ±1× от скоростта на вала на ексцентричния зъбен колело, като контактът между зъбите се променя веднъж на оборот — което се проявява като амплитудна модулация в времева форма на сигнала.
- Счупен или напукан зъб: странични ленти с висока амплитуда при интервал, съответстващ на скоростта на вала, едно ударение на всеки оборот на дефектното зъбно колело, импулсни събития във времевата крива и бързо нарастване на амплитудата.
- Недостатъчно смазване: повишена амплитуда на GMF в резултат на засилено триене, нарастващ високочестотен шум и повишаване на температурата в скоростната кутия.
Излишен клирънс от обратна реакция може допълнително да замъгли тези сигнали, като позволи на зъбците да се разклащат при всяко зацепване.
4. GMF и структурен резонанс
GMF често попада в честотен диапазон, който може да възбуди структурни моди, усилвайки това, което иначе би било скромен източник:
- Типичен GMF: 200–2 000 Hz за промишлени редуктори.
- Собствени честоти на рамката: често 50–500 Hz.
- Рискът: GMF или някоя от неговите хармоници съвпада с корпус или рамка структурен резонанс.
- Резултатът: силен шум от предавките и прекомерни вибрации на корпуса.
- Поправките: да се укрепи корпусът, да се добави амортизация или да се промени броят на зъбите, за да се измести GMF от резонанса.
5. Изготвяне на стратегия за мониторинг
Изходни данни и тенденции
Запишете амплитудата на GMF — заедно с нивата на нормалните хармоници и страничните ленти — когато редукторът е нов или току-що ремонтиран, и я използвайте като еталон за всичко, което следва. Най-полезните параметри за проследяване на тенденциите са:
- Амплитуда на GMF: основният показател за общото състояние на предавката.
- Хармонични съотношения: покачване на съотношението 2×GMF/GMF или 3×GMF/GMF е признак за влошаване на състоянието.
- Енергия на страничната лента: сумарната амплитуда на групите странични ленти.
- Високочестотно съдържание: широколентовата енергия в диапазона 5–50 kHz отразява състоянието на повърхността на зъба.
Нива на аларми
- Предупреждение: Амплитуда на GMF, равна на 2 пъти базовото ниво.
- Аларма: Амплитуда на GMF, която е 4 пъти по-висока от базовата стойност, или всяко друго бързо увеличение.
- Критично: многобройни силни хармоници, широки странични ленти или 10-кратна основна честота.
Измерване на GMF на място
За да се регистрират ясно основната честота (GMF), нейните хармоници и страничните ленти, са необходими достатъчна честотна лента и разделителна способност, които да позволяват разграничаване на близко разположени линии. Преносим двуканален анализатор като Балансет-1а записва спектъра на зъбната предавка и времевата вълнова форма на място, което позволява на инженера да отчете директно пика на GMF и неговите странични ленти — а когато нарастващ сигнал 1× покаже, че свързан вентилатор или съединител също е изгубил баланс, да извърши балансиране на място още при същото посещение. Използван по този начин, честотният анализ на зъбното зацепване открива проблеми със зъбните колела много преди да настъпи катастрофална повреда, превръщайки непланираните аварии в планова поддръжка.
