Forståelse af gearindgrebsfrekvens
Gearindgrebsfrekvens (GMF — også kaldet tand-mesh eller tand-indgreb-frekvens) er vibrationer frekvens, der genereres, når gearhjultænder går i indgreb og ud af indgreb under rotation. Den findes ved at multiplicere antallet af tænder på et gearhjul med det pågældende gearhjuls rotationshastighed: GMF = (antal tænder × rpm) / 60. GMF er normalt den dominerende top i en gearkasse vibrationsspektrum, og dens amplitude, dens harmoniske, og den sidebånd omkring den indeholder detaljeret information om gearhjulstilstand — slitage, fejljustering, tanddefekter og smøreegnethed. Sporing af GMF er derfor grundlaget for gearkassediagnostik og en kernedel af identificering af defekter i gearet før de bliver til fejl.
1. Beregning af gearindgrebsfrekvens
Grundlæggende formel
GMF kan beregnes ud fra begge medlemmer af et indgrebspar, og begge må give det samme resultat, fordi tænderne passerer hinanden ved en enkelt fælles hastighed:
- GMF = Ndrevhjul × omdrejninger i minuttetdrevhjul / 60 (fra piniongearhjulet)
- GMF = Ngearhjul × omdrejninger i minuttetgearhjul / 60 (fra gearhjulet)
De to er ækvivalente, fordi hastighedsforholdet er det omvendte af tandtalforholdet. Bemærk at GMF ikke er en simpel Løbehastighed harmonisk — det er tandtallet gange akselhastighedsfølgelig lander den normalt langt over 1×.
Udarbejdede eksempler
Eksempel 1 — simpel gearkasse
- Input (piniongearhjul): 20 tænder ved 1.800 o/min
- Udgang (gear): 60 tænder ved 600 o/min
- GMF = 20 × 1.800 / 60 = 600 Hz
- Kontroller: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓
Eksempel 2 — fler-trins gearkasse
- Første trin: 18 tænder ved 3.600 rpm → GMF₁ = 1.080 Hz
- Andet trin: 25 tænder ved 1.200 o/min → GMF₂ = 500 Hz
- Tredje trin: 30 tænder ved 400 o/min → GMF₃ = 200 Hz
- Spektrum: viser en særskilt top for hver trin, plus harmoniske og sidebånd.
At beregne disse for hver etape i hånden er tidskrævende; Beregner til tandhjulsfrekvens giver GMF og det forventede sidebåndabstand øjeblikkeligt, og Harmonisk frekvensberegner hjælper med at placere de omkringliggende akselhastighedsordener.
2. GMF i vibrationsspektret
En velfungerende tandhjulskasse
- GMF-top: en klar, enkelt top ved den beregnede frekvens.
- Amplitude: moderat og konsistent over tid.
- Harmoniske: 2×GMF og 3×GMF kan være til stede, men små (under ~25 % af GMF).
- Sidebånd: minimal eller fraværende.
- Akselhastigheder: 1× toppekulminationer for indgangs- og udgangsaksel ligger godt under GMF.
Unormale signaturer
Høj GMF-amplitude
En stigende GMF-amplitude over tid peger på generelt tandhjulslid, fejljustering eller høj belastning. Handlingen er at øge overvågningsfrekvensen og planlægge en inspektion.
Flere GMF-harmoniske
Stærke 2×GMF-, 3×GMF- og 4×GMF-toppe indikerer tanddefekter, kraftigt slid eller et dårligt kontaktmønster — generelt gælder, at jo flere harmoniske der optræder, jo mere alvorlig er tilstanden.
Sidebånd omkring GMF
Sidebånd er modulationen af GMF ved akselhastighed, og de peger præcist på som tandhjul er skylden:
- Pinionens sidebånd: GMF ± indgangsakselhastighed → en defekt på hjulkransen.
- Tandhjulets sidebånd: GMF ± udgangsakselhastighed → en defekt på det drevne gear.
- Flere sidebånd: GMF ± n×(akselhastighed) → lokaliserede tanddefekter.
- Asymmetriske sidebånd: stærkere på den ene side → et excentrisk tandhjul eller uens tandabstand.
3. Diagnostisk fortolkning
Tilstandsvurdering på et øjeblik
| Tilstand | GMF-amplitude | Overtoner | Sidebånd |
|---|---|---|---|
| Ny / god | Lav, stabil | Minimal (< 25 % af GMF) | Fraværende eller meget lille |
| Normalt slid | Moderat, gradvis stigning | 2×GMF til stede, men lav | Små sidebånd vises |
| Moderat slid | Høj, stadig stigende | 2×, 3×GMF synlig | Tydelige sidebånd ved ± akselfrekvenser |
| Alvorlig slitage / skade | Meget høj | Flere harmoniske (4×, 5×+) | Flere sidebåndsfamilier |
| Lokaliseret defekt | Moderat | Til stede | Stærke, regelmæssigt fordelte sidebånd |
Specifikke fejlsignaturer
- Gearfejljustering: høje 2×GMF- og 3×GMF-harmoniske, ofte med forhøjet aksial vibration; korrigeret ved omjustering af tandhjulene.
- Excentrisk tandhjul: stærke sidebånd ved ±1× af det excentriske gears akselhastighed, med tandkontakt, der varierer én gang pr. omdrejning — synligt som amplitudemodulation i tidsbølgeform.
- Brækket eller sprækket tand: høj-amplitude sidebånd ved akselhastighedsafstand, ét slag pr. omdrejning af det defekte tandhjul, impulsive begivenheder i tidsbølgeformen og hurtig amplitudestigning.
- Mangelfuld smøring: forhøjet GMF-amplitude fra øget friktion, stigende højfrekvenslyden og temperaturstigning i gearkassen.
Overskydende spil fra slør kan yderligere tildække disse signaturer ved at tillade tanderne at rasle gennem hver indgribning.
4. GMF og strukturel resonans
GMF falder ofte inden for et bånd, der kan excitere strukturelle tilstande og forstærke, hvad der ellers ville være en beskeden kilde:
- Typisk GMF: 200–2.000 Hz for industrielle gearkasser.
- Rammes naturlige frekvenser: ofte 50–500 Hz.
- Risikoen: GMF eller en af dens harmoniske overtoner falder sammen med en kasse eller ramme strukturel resonans.
- Resultatet: høj gearlyn og overdreven vibration i kapslinger.
- Løsningerne: stive gearkapslingen op, tilføj dæmpning eller ændre tandtallet for at flytte GMF væk fra resonansen.
5. Opbygning af en overvågningsstrategi
Basislinje og trendning
Registrer GMF-amplituden – sammen med normale harmoniske og sidebånd-niveauer – når gearkassen er ny eller lige efter service, og brug det som reference for alt det efterfølgende. De mest brugbare trendede parametre er:
- GMF-amplitude: det primære indikator for gearkassens overordnede tilstand.
- Harmoniske forhold: en stigende 2×GMF/GMF eller 3×GMF/GMF signalerer forringelse.
- Sidebåndsenergi: den summerede amplitude af sidebåndsfamilier.
- Højfrekvent indhold: bredbåndsenergi i området 5–50 kHz afspejler tandfladeoverfladeforhold.
Alarmniveauer
- Advarsel: GMF-amplitude på 2× baseline.
- Alarm: GMF-amplitude på 4× baseline, eller enhver hurtig stigning.
- Kritisk: flere stærke harmoniske, omfattende sidebånd, eller 10× baseline.
Måling af GMF på stedet
Opsamling af GMF, dets harmoniske og dets sidebånd kræver tilstrækkelig båndbredde og opløsning for at adskille tæt fordelte linjer. En bærbar tokanals analysator såsom Balanset-1A registrerer gearkassespektret og tidsbølgeformen på stedet, som gør det muligt for en ingeniør at aflæse GMF-toppen og dens sidebåndsfamilier direkte – og, hvor en stigende 1× viser, at en tilsluttet blæser eller kobling også er blevet ubalanceret, kan udføre feltbalancering under samme besøg. Brugt på denne måde fanger gearfrekvensanalyse gearproblemer længe før katastrofal fejl, hvilket omdanner uplanlagte nedbrud til planlagt vedligeholdelse.
