Comprensión de la frecuencia de engrane
Frecuencia de engrane (GMF —también conocida como frecuencia de malla dentada o frecuencia de acoplamiento dentado— es la vibración frecuencia generada cuando los dientes de los engranajes entran y salen de contacto durante la rotación. Se calcula multiplicando el número de dientes de un engranaje por la velocidad de rotación de dicho engranaje: GMF = (número de dientes × rpm) / 60. El GMF suele ser el pico dominante en una caja de cambios espectro de vibración, y su amplitud, su armonía, and the bandas laterales a su alrededor contienen información detallada sobre el estado del equipo —desgaste, desalineación, defectos en los dientes y la adecuación de la lubricación. Por lo tanto, el seguimiento de la fuerza de mordida (GMF) constituye la base del diagnóstico de la caja de cambios y es un elemento fundamental para identificar defectos de engranajes antes de que se conviertan en fracasos.
1. Cálculo de la frecuencia de engranaje
Fórmula básica
El GMF puede calcularse a partir de cualquiera de los dos elementos de un par de engranajes, y ambos deben dar el mismo resultado, ya que los dientes se engranan entre sí a una única velocidad común:
- GMF = Npiñón × RPMpiñón / 60 (del piñón)
- GMF = Nengranaje × RPMengranaje / 60 (del engranaje)
Ambas son equivalentes porque la relación de velocidad es la inversa de la relación entre el número de dientes. Tenga en cuenta que el GMF no es un simple velocidad de marcha armónico: es el producto del número de dientes por la velocidad del eje, por lo que suele situarse muy por encima de 1×.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 — Caja de cambios simple
- Entrada (piñón): 20 dientes a 1.800 rpm
- Salida (engranaje): 60 dientes a 600 rpm
- GMF = 20 × 1 800 / 60 = 600 Hz
- Controlar: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓
Ejemplo 2 — Caja de cambios de varias etapas
- First stage: 18 dientes a 3.600 rpm → GMF₁ = 1.080 Hz
- Second stage: 25 dientes a 1200 rpm → GMF₂ = 500 Hz
- Third stage: 30 dientes a 400 rpm → GMF₃ = 200 Hz
- Espectro: muestra un pico bien definido para cada etapa, además de armónicos y bandas laterales.
Calcular esto a mano para cada etapa resulta tedioso; el Calculadora de frecuencia de malla de engranajes devuelve GMF y el espaciado esperado entre bandas laterales al instante, y el Calculadora de frecuencias armónicas ayuda a determinar los valores de velocidad del eje circundantes.
2. El factor de amplificación de modo (GMF) en el espectro de vibraciones
Una caja de cambios en buen estado
- GMF peak: un pico único y nítido en la frecuencia calculada.
- Amplitud: moderado y constante a lo largo del tiempo.
- Armonía: Pueden aparecer 2×GMF y 3×GMF, pero de tamaño reducido (menos del 25 % de GMF).
- Bandas laterales: mínimo o inexistente.
- Shaft speeds: los picos de 1× de los ejes de entrada y salida se sitúan muy por debajo del GMF.
Firmas anómalas
Amplitud GMF alta
Un aumento de la amplitud del GMF a lo largo del tiempo indica un desgaste general de los engranajes, una desalineación o una carga elevada. La medida a tomar es aumentar la frecuencia de supervisión y programar una inspección.
Múltiples armónicos GMF
Los picos intensos de 2×GMF, 3×GMF y 4×GMF indican defectos en los dientes, un desgaste acusado o un patrón de contacto deficiente; en términos generales, cuantos más armónicos aparezcan, más grave es el problema.
Bandas laterales alrededor de GMF
Las bandas laterales son la modulación de la frecuencia de fondo general (GMF) en función de la velocidad del eje, y permiten localizar con precisión que el problema está en el engranaje:
- Bandas laterales del piñón: GMF ± velocidad del eje de entrada → defecto en el piñón.
- Bandas laterales del engranaje: GMF ± velocidad del eje de salida → un defecto en el engranaje accionado.
- Bandas laterales múltiples: GMF ± n × (velocidad del eje) → defectos localizados en los dientes.
- Bandas laterales asimétricas: más fuerte en un lado → un engranaje excéntrico o una separación desigual entre los dientes.
3. Interpretación diagnóstica
Resumen de la evaluación del estado
| Condición | Amplitud de GMF | Armonía | Bandas laterales |
|---|---|---|---|
| New / good | Bajo, estable | Mínimo (< 25 % del GMF) | Ausente o muy pequeño |
| Normal wear | Aumento moderado y gradual | 2×GMF presente pero bajo | Aparecen pequeñas bandas laterales |
| Moderate wear | Elevado, y sigue aumentando | 2×, 3× GMF visible | Banda lateral nula en las frecuencias del eje ± |
| Desgaste o daños graves | 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 los engranajes: armónicos de 2×GMF y 3×GMF elevados, a menudo con niveles elevados vibración axial; se ha solucionado realineando los engranajes.
- Engranaje excéntrico: bandas laterales marcadas a ±1× de la velocidad del eje del engranaje excéntrico, con un contacto entre los dientes que varía una vez por revolución —lo que se aprecia como una modulación de amplitud en el forma de onda temporal.
- Diente roto o agrietado: bandas laterales de alta amplitud con una periodicidad equivalente a la velocidad del eje, un impacto por cada revolución del engranaje defectuoso, eventos impulsivos en la forma de onda temporal y un rápido aumento de la amplitud.
- Lubricación inadecuada: un aumento de la amplitud de la frecuencia fundamental (GMF) debido al incremento de la fricción, al aumento del ruido de alta frecuencia y al aumento de la temperatura en la caja de cambios.
Holgura excesiva en contragolpe puede distorsionar aún más estas señales al permitir que los dientes traqueteen en cada acoplamiento.
4. GMF y resonancia estructural
GMF suele situarse en una banda de frecuencias capaz de excitar modos estructurales, amplificando lo que, de otro modo, sería una fuente de señal modesta:
- GMF típico: 200–2 000 Hz para cajas de cambios industriales.
- Frecuencias naturales del bastidor: a menudo entre 50 y 500 Hz.
- The risk: La frecuencia GMF o una de sus armónicas coincide con una carcasa o un bastidor resonancia estructural.
- The result: Un chirrido fuerte del engranaje y una vibración excesiva de la carcasa.
- The fixes: reforzar la carcasa, añadir amortiguación o modificar el número de dientes para alejar la frecuencia de resonancia del GMF.
5. Elaboración de una estrategia de seguimiento
Valores de referencia y tendencias
Registre la amplitud del GMF —junto con los niveles normales de armónicos y bandas laterales— cuando la caja de cambios sea nueva o acabe de ser revisada, y utilice esos datos como referencia para todo lo que venga después. Los parámetros de evolución más útiles son:
- Amplitud de la GMF: el principal indicador del estado general del engranaje.
- Relaciones armónicas: Un aumento de la relación 2×GMF/GMF o 3×GMF/GMF indica un deterioro.
- Energía de banda lateral: la amplitud total de las familias de bandas laterales.
- Contenidos de alta frecuencia: La energía de banda ancha en el rango de 5 a 50 kHz refleja el estado de la superficie dental.
Niveles de alarma
- Alerta: Amplitud del GMF al doble del valor basal.
- Alarma: Amplitud del GMF de 4 veces la línea de base, o cualquier aumento rápido.
- Crítico: múltiples armónicos intensos, bandas laterales amplias o 10 veces la señal de referencia.
Medición del GMF sobre el terreno
Para captar con claridad la GMF, sus armónicos y sus bandas laterales se necesita suficiente ancho de banda y resolución para separar líneas muy próximas entre sí. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A registra el espectro de la caja de cambios y la forma de onda temporal in situ, lo que permite al ingeniero leer directamente el pico de GMF y sus bandas laterales; además, cuando un aumento de 1× indica que un ventilador o un acoplamiento conectado también ha perdido el equilibrio, se puede realizar el equilibrado in situ en la misma visita. Utilizado de esta manera, el análisis de la frecuencia de engranaje detecta los problemas en los engranajes mucho antes de que se produzca un fallo catastrófico, lo que convierte las averías imprevistas en mantenimiento programado.
