¿Qué es el desgaste de engranajes? Tipos y métodos de detección • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es el desgaste de engranajes? Tipos y métodos de detección • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es el desgaste de los engranajes? Tipos y métodos de detección.

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Comprender el desgaste de los engranajes

Definición: ¿Qué es el desgaste de los engranajes?

Desgaste del equipo El desgaste es la pérdida progresiva de material de las superficies de los dientes de los engranajes debido a procesos mecánicos como la abrasión, la adhesión, la fatiga superficial y la corrosión. A diferencia de las fallas repentinas por rotura de dientes, el desgaste de los engranajes es una degradación gradual que modifica la geometría del perfil del diente, aumenta el juego, eleva el ruido y vibración niveles, y finalmente conduce a una falla funcional cuando el desgaste dental se vuelve excesivo o pasa a modos de daño más severos como picaduras o fractura dental.

Comprender los mecanismos de desgaste de los engranajes y monitorear la progresión del desgaste a través de análisis de vibraciones, El análisis de aceite y las inspecciones periódicas permiten implementar estrategias de mantenimiento predictivo que optimizan la fiabilidad de la caja de cambios y minimizan los tiempos de inactividad no planificados.

Tipos y mecanismos de desgaste de engranajes

1. Desgaste abrasivo

El mecanismo de desgaste más común en las cajas de engranajes industriales:

  • Causa: Partículas duras (suciedad, virutas metálicas, residuos de desgaste) en el lubricante que actúan como abrasivo
  • Proceso: Las partículas atrapadas entre las superficies de los dientes eliminan material mediante la acción de molienda.
  • Apariencia: Superficies dentales pulidas y lisas; material eliminado uniformemente.
  • Tasa: Proporcional al nivel de contaminación y a la carga
  • Prevención: Filtración eficaz, sellado, montaje limpio

2. Desgaste del adhesivo (rasguños/rayaduras)

Se produce bajo cargas severas o lubricación inadecuada:

  • Causa: Ruptura de la película lubricante que permite el contacto metal-metal
  • Proceso: Soldadura y desgarro microscópicos en los puntos de contacto deslizantes
  • Apariencia: Superficies rugosas y desgarradas; transferencia de material entre dientes que engranan; marcas de rayado en la dirección de deslizamiento
  • Gravedad: Una vez iniciada, puede progresar rápidamente, lo que conduce a un fracaso catastrófico.
  • Prevención: Lubricación adecuada, aditivos de extrema presión (EP), cargas reducidas

3. Micropitting

Desgaste por fatiga superficial que crea una textura superficial fina:

  • Causa: Películas lubricantes delgadas que permiten una alta tensión de contacto superficial
  • Apariencia: Superficie gris mate; miles de microporos (10-50 µm)
  • Ubicación: Normalmente cerca de la línea de lanzamiento, donde se combinan el balanceo y el deslizamiento.
  • Progresión: Puede estabilizarse (leve) o progresar a macropitting (grave).
  • Efecto: Cambia el perfil del diente, aumenta el ruido y la vibración.

4. Desgaste moderado (normal)

  • Pulido gradual y eliminación de material a lo largo de los años
  • Se espera en todas las relaciones de transmisión en cierta medida.
  • La tasa debe ser predecible y lenta (< 0,1 mm a lo largo de los años)
  • Aceptable si se encuentra dentro de las tolerancias de diseño.

5. Desgaste corrosivo

  • Causa: Humedad, lubricantes ácidos o contaminación química
  • Apariencia: Manchas de color óxido, rugosidad superficial, picaduras
  • Común: Cuando las cajas de cambios permanecen inactivas con presencia de humedad
  • Prevención: Sellado adecuado, inhibidores de corrosión, protección de almacenamiento

Efectos del desgaste del engranaje

Cambios geométricos

  • Modificación del perfil: El perfil involuto se degrada, afectando la acción conjugada
  • Mayor reacción negativa: La pérdida de material aumenta la holgura entre los dientes que engranan.
  • Relación de contacto reducida: Menos dientes en contacto simultáneamente
  • Concentración de carga: El material restante soporta una mayor tensión.

Degradación del rendimiento

  • Aumento de la vibración: El contacto deficiente entre los dientes genera impactos y una rigidez variable de la malla.
  • Ruido: Traqueteo por holgura, chirrido por rugosidad superficial
  • Eficiencia reducida: Aumento de las pérdidas por fricción
  • Pérdida de precisión: El aumento de la holgura afecta a la precisión de posicionamiento.

Deterioro acelerado

  • Los dientes desgastados soportan cargas mayores (menos dientes comparten la carga).
  • Concentración de tensiones en las zonas desgastadas
  • Transición a picaduras o rotura dental
  • Genera partículas de desgaste que aceleran el desgaste (retroalimentación positiva).

Métodos de detección

Análisis de vibraciones

  • GMF Tendencia de amplitud: El aumento gradual indica un desgaste progresivo.
  • Desarrollo armónico: Aparición y crecimiento de 2×GMF y 3×GMF
  • Bandas laterales: Desarrollo de bandas laterales de velocidad del eje alrededor del GMF
  • Ruido de banda ancha: Contenido elevado de alta frecuencia debido a la rugosidad superficial
  • Forma de onda temporal: Incremento de la irregularidad y su impacto

Análisis de aceite

  • Análisis de partículas de desgaste: Concentración de hierro en muestras de aceite
  • Ferrografía: Morfología de las partículas (partículas por fricción vs. corte vs. fatiga)
  • Análisis espectrográfico: Composición elemental que revela metales de desgaste
  • Conteo de partículas: Tendencia en la concentración y distribución del tamaño de las partículas
  • Detección precoz: El análisis de aceite puede detectar el desgaste antes de que aparezcan los síntomas de vibración.

Inspección visual

  • Inspección con boroscopio sin desmontar
  • Inspección completa durante las revisiones generales
  • Medir el grosor del diente en la línea de paso
  • Comprobar patrones de contacto (azulamiento o transferencia de recubrimiento)
  • Fotografía de dientes para comparación histórica
  • Comparar con los límites de desgaste del fabricante.

Monitoreo de ruido

  • Emisión acústica desde los contactos dentales
  • Mediciones ultrasónicas para la condición de la superficie
  • Cambios en el ruido audible que indican progresión del desgaste

Prevención y prolongación de la vida

Lubricación adecuada

  • Viscosidad correcta del lubricante para la carga y la velocidad
  • Aditivos EP (extrema presión) para cargas elevadas
  • Cantidad y flujo de lubricación adecuados
  • Mantenga la limpieza del aceite mediante filtración.
  • Cambios de aceite periódicos según el programa del fabricante

Control de la contaminación

  • Sellado eficaz para evitar la entrada de partículas.
  • Respiraderos con filtros
  • Prácticas limpias de montaje y mantenimiento
  • Sistemas de filtración de aceite (clasificación absoluta de 10-25 µm)

Gestión de carga

  • Operar dentro de los límites de carga de diseño.
  • Evite las cargas de choque o los cambios bruscos de carga.
  • Monitorear la transmisión de par y potencia
  • Considere aumentar el tamaño de la caja de cambios si se sobrecarga constantemente.

Alineación e instalación

  • Asegúrese de que los engranajes estén correctamente alineados (el patrón de contacto debe abarcar todo el ancho de la cara).
  • Corrija la desalineación del eje que crea carga en el borde.
  • Selección y mantenimiento adecuados de los rodamientos
  • Verificar que la holgura se encuentre dentro de las especificaciones

¿Cuándo cambiar los engranajes?

Criterios de reemplazo

  • Grosor del diente: Desgaste que excede los límites especificados por el fabricante (normalmente una pérdida de material de 10-20%).
  • Niveles de vibración: La amplitud del GMF supera los límites de alarma a pesar de las mejoras en la lubricación.
  • Extensión de las picaduras: > 30% de superficie dental que muestra picaduras de moderadas a severas
  • Marcas/Desgaste: Cualquier puntuación de moderada a grave indica que se necesita un reemplazo.
  • Ruido: Ruido excesivo que indica un mal contacto dental
  • Reacción: Superar los valores máximos especificados

Consideraciones de tiempo

  • Plan de reemplazo durante las interrupciones programadas
  • Reemplace los pares de engranajes juntos (los engranajes que se acoplan se desgastan juntos).
  • Considere la sustitución completa de la caja de cambios en lugar de la sustitución de los engranajes si la carcasa está dañada.
  • Solicite los engranajes de repuesto con anticipación (pueden tener plazos de entrega largos).

El desgaste de los engranajes es una consecuencia inevitable de la transmisión de potencia, pero mediante una lubricación adecuada, el control de la contaminación y la monitorización del estado, se pueden minimizar las tasas de desgaste y maximizar la vida útil de la caja de cambios. La monitorización sistemática de la frecuencia de engrane y sus bandas laterales, junto con el análisis del aceite, permite la detección temprana del desgaste anormal y la sustitución planificada de los engranajes antes de que se produzcan fallos catastróficos.

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