¿Qué es la frecuencia de engrane? Diagnóstico de cajas de cambios • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, mulcheras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es la frecuencia de engrane? Diagnóstico de cajas de cambios • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, mulcheras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es la frecuencia de engranaje? Diagnóstico de la caja de cambios

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Comprensión de la frecuencia de engrane

Definición: ¿Qué es la frecuencia de engrane?

Frecuencia de engrane de engranajes (GMF, también llamada frecuencia de engranaje dental o frecuencia de contacto dental) es la vibración La frecuencia generada por el engranaje al entrar y salir del contacto durante la rotación se calcula multiplicando el número de dientes del engranaje por su velocidad de rotación (GMF = Número de dientes × RPM / 60). La GMF representa la velocidad de engrane y suele ser la frecuencia dominante en el espectro de vibraciones de la caja de cambios.

Comprender y monitorizar el GMF es fundamental para el diagnóstico de la caja de cambios debido a la amplitud, armonía, y bandas laterales Los valores máximos del GMF proporcionan información detallada sobre el estado de los engranajes, incluyendo desgaste, desalineación, defectos en los dientes y adecuación de la lubricación.

Cálculo de la frecuencia de engrane

Fórmula básica

El GMF se puede calcular a partir de cualquiera de los engranajes de un par engranado:

  • GMF = Npiñón × RPMpiñón / 60 (usando piñón)
  • GMF = Nengranaje × RPMengranaje / 60 (usando engranajes)
  • Ambos métodos dan el mismo resultado (debe ser así, ya que los dientes encajan entre sí).

Cálculos de ejemplo

Ejemplo 1: Caja de cambios simple

  • Entrada (Piñón): 20 dientes a 1800 RPM
  • Salida (engranaje): 60 dientes a 600 RPM
  • GMF = 20 × 1800/60 = 600 Hz
  • Verificación: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓

Ejemplo 2: Caja de cambios multietapa

  • Primera etapa: 18 dientes a 3600 RPM → GMF₁ = 1080 Hz
  • Segunda etapa: 25 dientes a 1200 RPM → GMF₂ = 500 Hz
  • Tercera etapa: 30 dientes a 400 RPM → GMF₃ = 200 Hz
  • Espectro: Mostrará picos en las tres frecuencias, además de armónicos y bandas laterales.

GMF en espectros de vibración

Caja de cambios normal (en buen estado)

  • Pico GMF: Pico nítido en la frecuencia calculada
  • Amplitud: Moderado, constante a lo largo del tiempo
  • Armonía: Pueden estar presentes 2×GMF y 3×GMF, pero con baja amplitud (< 25% de GMF)
  • Bandas laterales: Mínimo o ausente
  • Velocidades del eje: 1× picos para ejes de entrada y salida inferiores a GMF

Firmas anormales que indican problemas

Amplitud GMF alta

  • Causa: Desgaste general de los engranajes, desalineación, cargas elevadas
  • Indicador: La amplitud del GMF aumenta con el tiempo
  • Acción: Aumentar la frecuencia de monitoreo, planificar la inspección

Múltiples armónicos GMF

  • Causa: Defectos en los dientes del engranaje, desgaste excesivo, patrón de contacto deficiente
  • Patrón: 2×GMF, 3×GMF, 4×GMF con amplitudes significativas
  • Gravedad: Más armónicos = condición más grave

Bandas laterales alrededor de GMF

Las bandas laterales son modulación del GMF por la velocidad del eje:

  • Bandas laterales del piñón: GMF ± velocidad del eje de entrada → indica defectos en el piñón
  • Bandas laterales de engranajes: GMF ± velocidad del eje de salida → indica defectos en el engranaje
  • Múltiples bandas laterales: GMF ± n×(velocidad del eje) donde n = 1, 2, 3… → defectos específicos del diente
  • Bandas laterales asimétricas: Una mayor resistencia en un lado indica un engranaje excéntrico o una separación desigual entre los dientes.

Interpretación diagnóstica

Evaluación del estado del engranaje

Condición Amplitud de GMF Armonía Bandas laterales
Nuevo/Bueno Bajo, estable Mínimo (< 25% de GMF) Ausente o muy pequeño
Desgaste normal Aumento moderado y gradual 2×GMF presente pero bajo Pueden aparecer pequeñas bandas laterales.
Desgaste moderado Alto, aumento continuo 2×, 3×GMF visible Bandas laterales claras ± frecuencias del eje
Desgaste/Daño severo Muy alto Armónicos múltiples (4×, 5×+) Familias de múltiples bandas laterales
Defecto localizado Moderado Presente Bandas laterales fuertes y regularmente espaciadas

Firmas de fallos específicos

Desalineación de engranajes

  • Armónicos altos de 2×GMF y 3×GMF
  • La vibración axial puede ser elevada.
  • Mejorado mediante corrección de alineación de engranajes

Engranaje excéntrico

  • Fuertes bandas laterales a ±1× la velocidad del eje del engranaje excéntrico
  • El contacto dental varía una vez por revolución.
  • Puede observarse modulación de amplitud en la forma de onda temporal.

Diente roto o agrietado

  • Bandas laterales de alta amplitud en el espaciado de velocidad del eje
  • Un impacto por cada revolución del engranaje defectuoso
  • Puede mostrar eventos impulsivos en la forma de onda temporal.
  • rápido crecimiento de la amplitud

Lubricación inadecuada

  • Amplitud elevada del GMF debido al aumento de la fricción
  • Aumento del ruido de alta frecuencia
  • Aumento de temperatura en la caja de cambios

GMF y resonancia estructural

El GMF a menudo se encuentra en un rango que excita resonancias estructurales:

  • GMF típico: 200-2000 Hz para cajas de engranajes industriales
  • Frecuencias naturales del marco: A menudo, de 50 a 500 Hz
  • Pareo: Los campos magnéticos de gradiente (GMF) o los armónicos pueden excitar resonancias en el marco o la carcasa.
  • Resultado: Fuerte zumbido de los engranajes, vibración excesiva de la carcasa
  • Solución: Reforzar la carcasa, añadir amortiguación, cambiar el número de dientes del engranaje (altera el GMF).

Estrategia de monitoreo

Establecimiento de la línea base

  • Registre la amplitud GMF cuando la caja de cambios sea nueva o recién reparada.
  • Documentar los niveles normales de armónicos y bandas laterales
  • Establecer límites de alarma (normalmente 2-3 veces el valor base).

Parámetros de tendencia

  • Amplitud GMF: Indicador principal del estado general del engranaje
  • Relaciones armónicas: Un aumento de 2×GMF/GMF o 3×GMF/GMF indica deterioro.
  • Energía de banda lateral: Suma de amplitudes de bandas laterales
  • Contenido de alta frecuencia: Energía de banda ancha en el rango de 5-50 kHz (condición de la superficie del engranaje)

Niveles de alarma

  • Alerta: Amplitud de GMF 2× línea base
  • Alarma: Amplitud de GMF 4 veces el valor basal o aumento rápido
  • Crítico: Múltiples armónicos fuertes, extensas bandas laterales o línea base 10×

La frecuencia de engrane es fundamental para la monitorización y el diagnóstico del estado de las cajas de cambios. Comprender el cálculo de la frecuencia de engrane, los patrones espectrales normales y anormales, y la importancia diagnóstica de los armónicos y las bandas laterales permite detectar eficazmente los problemas de los engranajes mucho antes de que se produzca un fallo catastrófico, lo que posibilita un mantenimiento planificado y evita costosas pérdidas de producción.

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