¿Qué es la holgura mecánica? Diagnóstico de vibraciones • 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 la holgura mecánica? Diagnóstico de vibraciones • 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 la holgura mecánica? Diagnóstico de vibraciones

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Comprensión de la holgura mecánica en maquinaria rotativa

Definición: ¿Qué es la holgura mecánica?

Holgura mecánica Se trata de una condición en la que los componentes de la maquinaria rotativa presentan holguras excesivas, fijaciones inadecuadas, ajustes desgastados o deterioro estructural que permite un movimiento relativo no deseado entre piezas que deberían estar rígidamente conectadas. Esto crea un movimiento no lineal. vibración comportamiento caracterizado por múltiples armonía de la velocidad de funcionamiento, variaciones erráticas de amplitud y diferencias direccionales en la vibración que no siguen patrones normales.

La holgura es un problema común en la maquinaria que no solo causa vibraciones excesivas directamente, sino que también impide el diagnóstico y la corrección efectivos de otros problemas como desequilibrar o desalineación. Debe identificarse y corregirse antes de que puedan tener éxito otros esfuerzos para reducir las vibraciones.

Tipos de holgura mecánica

Tipo A: Holgura rotacional (holgura del rodamiento)

Holgura excesiva entre el cojinete y el eje o la carcasa:

  • Cojinete al eje: Superficie del eje desgastada, ajuste por interferencia inadecuado, orificio del cojinete dañado
  • Cojinete a carcasa: Orificio de la carcasa desgastado, tapa del cojinete suelta, ajuste a presión inadecuado
  • Cojinete interno: Excesivo holgura del cojinete por el desgaste
  • Síntoma: Armónicos 1×, 2×, 3×; mayor en direcciones radiales

Tipo B: Holgura estructural (pedestal/cimentación)

Fijación inadecuada de componentes no giratorios:

  • Pedestales sueltos: Pernos de anclaje flojos, lechada deteriorada
  • Montaje de base suelta: Pernos de montaje del equipo flojos o faltantes
  • Estructura o cimientos agrietados: Daños estructurales que permiten el movimiento
  • Síntoma: Múltiples armónicos (a menudo hasta 5× o más); respuesta errática y no lineal

Tipo C: Holgura de componentes

Componentes ensamblados sueltos:

  • Impulsores sueltos: Impulsor suelto en el eje, chaveta desgastada o faltante.
  • Acoplamientos sueltos: Los cubos de acoplamiento están sueltos en los ejes.
  • Poleas/engranajes sueltos: Componentes accionados sueltos en el eje
  • Cubiertas/protectores sueltos: Paneles de chapa metálica vibrando
  • Síntoma: Armónicos y subarmónicos; posibles componentes de 1/2× y 1/3×.

Firma de vibración

Características de frecuencia

La holgura produce patrones de frecuencia distintivos:

  • Armónicos múltiples: Fuerte 1×, 2×, 3×, 4× y superior (a diferencia del desequilibrio, que es principalmente 1×).
  • Subarmónicos: Puede haber componentes de 1/2× y 1/3× (holgura tipo C).
  • Contenido no armónico: Alcanza picos en valores no enteros de la velocidad de carrera.
  • Nivel de ruido elevado: Aumento de la banda ancha debido a impactos aleatorios

Comportamiento de amplitud

  • Nivel general alto: Vibración total desproporcionada a las fuerzas motrices
  • No lineal: La vibración no escala de forma predecible con la velocidad o la carga.
  • Errático: La amplitud varía significativamente entre las mediciones.
  • Diferencias direccionales: Puede ser de 2 a 5 veces más alto en una dirección que en la dirección perpendicular.

Características de fase

  • Inestable Fase: El ángulo de fase cambia erráticamente entre mediciones.
  • Gran dispersión de fase: Variación de ±30-90° a la misma velocidad
  • Derrotas Equilibrio: La fase impredecible hace que los cálculos de equilibrio sean poco fiables.

Características de la forma de onda temporal

  • forma de onda irregular, no sinusoidal
  • picos truncados o recortados (impactos contra las restricciones)
  • eventos impulsivos aleatorios
  • Pérdida de estructura periódica

Lugares y causas comunes

Relacionado con los rodamientos

  • Superficies de los muñones del eje desgastadas que permiten que el cojinete se balancee
  • Orificios de alojamiento de cojinetes desgastados o dañados
  • Ajuste de interferencia inadecuado (selección de tolerancia incorrecta)
  • Los tornillos de la tapa del cojinete están flojos o no están apretados correctamente.
  • Soportes de cojinetes divididos con superficies de acoplamiento desgastadas

Cimentación y montaje

  • Pernos de anclaje flojos (la holgura estructural más común)
  • Lechada deteriorada o faltante bajo los pedestales
  • Cimientos de hormigón agrietados
  • Pernos de montaje del equipo sueltos en la placa base
  • Orificios para pernos dañados o alargados

Componentes giratorios

  • Ventilador o impulsor suelto en el eje (chaveta desgastada, tornillos de fijación flojos)
  • Cubos de acoplamiento con ajuste de interferencia insuficiente
  • Tornillos de fijación de la polea flojos o faltantes
  • Componentes del rotor sueltos en el eje

Estructural

  • Bastidores o carcasas de máquinas agrietadas
  • grietas por fatiga en las soldaduras
  • Pernos estructurales sueltos
  • Deterioro de la unión o los adhesivos

Métodos de detección

Análisis de vibraciones

  • Análisis FFT: Busque armónicos múltiples (1×, 2×, 3×, 4×, 5×+)
  • Prueba de coherencia: La baja coherencia entre las mediciones indica un comportamiento no lineal.
  • Comparación direccional: Grandes diferencias entre horizontal y vertical
  • Respuesta a la excitación externa: Golpee la máquina y observe una respuesta anormal.

Inspección física

Inspección visual

  • Busque huecos, grietas, corrosión y daños.
  • Compruebe si hay marcas de testigos que indiquen movimiento
  • Observa los patrones de desgaste de la pintura en las interfaces.
  • Busque virutas de metal que indiquen desgaste por fricción.

Prueba de toque

  • Golpee con un martillo los componentes que sospeche que están sueltos.
  • Escucha si hay traqueteos o sonidos sordos en lugar de un timbre sólido.
  • Comprueba si hay movimientos o vibraciones excesivas.
  • Comparar con componentes conocidos de buena calidad.

Verificación de torque

  • Comprueba todos los tornillos con una llave dinamométrica.
  • Verificar según las especificaciones
  • Busque sujetadores rotos, dañados o corroídos.
  • Comprobar si hay roscas dañadas

Pruebas de empuje/tracción

  • Aplique fuerza a los componentes sospechosos.
  • Observa si hay movimientos que no deberían ocurrir.
  • Utilice indicadores de cuadrante para cuantificar el juego
  • Comparar con componentes nuevos o debidamente asegurados

Procedimientos de corrección

Para la holgura de los cojinetes

  • Reemplazar el rodamiento: Si el rodamiento se desgasta
  • Reparación de ejes: Reconstruir el eje desgastado mediante cromado o soldadura, y rectificarlo a la medida.
  • Reparación de viviendas: Si se necesita aumentar el tamaño de la carcasa de la máquina, utilizar rodamientos más grandes; o reforzarla con metal pulverizado/soldadura.
  • Mejora el ajuste: Utilice los ajustes de interferencia adecuados según las especificaciones del fabricante.
  • Tapas de cojinetes: Ajustar o reemplazar si está desgastado

Para la holgura estructural

  1. Apriete todos los sujetadores: Apriete al par especificado utilizando el patrón adecuado.
  2. Reemplazar los pernos dañados: Instale pernos nuevos del grado y tamaño correctos.
  3. Reparación de cimientos: Retirar la lechada vieja, limpiar las superficies, verter la lechada nueva.
  4. Grietas en la soldadura: Repara las grietas en los marcos o pedestales si es adecuado.
  5. Añadir refuerzo: Refuerzos o arriostramientos para estructuras débiles

Para la holgura de los componentes

  • Vuelva a apretar los tornillos de fijación con el par de apriete adecuado y fijador de roscas.
  • Reemplace las llaves y chaveteros desgastados.
  • Utilice ajustes de interferencia adecuados para los componentes de ajuste a presión.
  • Componentes de pasador o llave que se han aflojado repetidamente
  • Reemplazar los componentes dañados

Estrategias de prevención

Fase de diseño

  • Especifique los tamaños y cantidades adecuados de los sujetadores.
  • Diseñar ajustes de interferencia adecuados
  • Proporcionar la rigidez estructural adecuada
  • Evite las concentraciones de tensión que provocan grietas.
  • Especifique los grados y materiales de fijación adecuados.

Fase de instalación

  • Utilice llaves dinamométricas calibradas.
  • Siga la secuencia de apriete adecuada.
  • Utilice compuestos fijadores de roscas cuando sea apropiado.
  • Asegúrese de que las superficies estén limpias y planas antes del montaje.
  • Verifique que los ajustes cumplan con las especificaciones.
  • Realizar inspecciones de control de calidad

Fase de mantenimiento

  • Verificación periódica del par (anualmente o según el programa de monitoreo de vibraciones)
  • Tendencia de vibración para detectar holgura incipiente
  • Inspecciones visuales durante las interrupciones del servicio
  • Vuelva a apretar según sea necesario.
  • Corrija las vibraciones de inmediato antes de que causen aflojamiento.

Desafíos diagnósticos

Enmascarar otros problemas

  • La holgura puede enmascarar o simular otros defectos.
  • Previene la precisión equilibrando debido a la respuesta no lineal
  • Marcas alineación difícil o imposible
  • Puede generar patrones de vibración similares a grietas o defectos en los rodamientos.

Naturaleza progresiva

  • La laxitud suele comenzar siendo leve y empeora progresivamente.
  • La vibración producida por la holgura genera más holgura (retroalimentación positiva).
  • Puede progresar de leve a grave en semanas si no se corrige.
  • Con el tiempo, provoca daños secundarios en cojinetes, ejes y cimientos.

Relación con otras fallas

Holgura frente a desequilibrio

Característica Desequilibrar Flojedad
Frecuencia primaria 1× solamente 1×, 2×, 3×, 4×+ armónicos
Estabilidad de fase Consistente, repetible Variaciones erráticas entre mediciones
Linealidad Vibración ∝ velocidad² No lineal, impredecible
Respuesta al equilibrio Vibración reducida Mejora mínima o nula
Patrón direccional Horizontal/vertical similar A menudo mucho más alto en una dirección

Holgura frente a desalineación

  • Desalineación: Principalmente 2× con algo de 1×, fase estable
  • Flojedad: Múltiples armónicos (de 1× a 5×+), fase inestable
  • Combinación: La desalineación puede causar holgura, y la holgura empeora los efectos de la desalineación.

Impacto en el rendimiento de la máquina

Efectos directos

  • Alta vibración: Los niveles excesivos causan molestias y problemas de seguridad.
  • Ruido: Sonidos de traqueteo, golpes o traqueteos
  • Precisión reducida: Errores de posicionamiento del eje
  • Desgaste acelerado: Los componentes dañados por cargas de impacto

Daño secundario

  • Daños en los rodamientos: Las cargas de impacto y la desalineación por holgura dañan los cojinetes.
  • Fresado del eje: El micromovimiento en ajustes flojos provoca corrosión por fricción.
  • Fallo del elemento de fijación: Los pernos pueden fatigarse y romperse debido a cargas alternas.
  • Propagación de grietas: La vibración propaga las grietas existentes.
  • Deterioro de los cimientos: Las vibraciones continuas dañan el hormigón y la lechada.

Problemas operativos

  • Impide un equilibrio eficaz
  • Hace que la alineación sea imposible de mantener.
  • La confusión diagnóstica enmascara otros problemas
  • Fiabilidad reducida del equipo

Ejemplo de caso

Situación: Ventilador de tiro inducido de gran tamaño, 1200 RPM, vibración excesiva

  • Síntomas iniciales: Vibración total de 8 mm/s (límite de alarma 4,5 mm/s)
  • Espectro: Componentes fuertes 1×, 2×, 3×, 4×
  • Intentos de equilibrio: Tres intentos, sin mejoría, fase errática
  • Investigación: La inspección física reveló que cuatro de los ocho pernos de anclaje estaban sueltos.
  • Corrección: Se reapretaron todos los pernos de anclaje a 400 N·m según la especificación.
  • Resultado: La vibración se redujo inmediatamente a 1,8 mm/s.
  • Hacer un seguimiento: Una sola operación de equilibrado redujo la vibración a 0,8 mm/s (ahora que el sistema era lineal).
  • Lección: Comprueba siempre que no haya holgura antes de equilibrar.

Mejores prácticas

Lista de verificación de diagnóstico

Al investigar problemas de vibración, compruebe siempre si hay holgura:

  1. Analizar el espectro para múltiples armónicos
  2. Comprobar la repetibilidad de fase
  3. Realice pruebas de golpeteo en los componentes sospechosos.
  4. Verifique el par de apriete de todos los pernos.
  5. Inspeccione si hay grietas, desgaste o deterioro.
  6. Primero, corrige la holgura. antes de otros diagnósticos o correcciones

Protocolo de mantenimiento

  • Incluir comprobaciones del par de apriete de los pernos en los programas de mantenimiento preventivo
  • Valores de torque base del documento
  • Relajación del par de torsión a lo largo del tiempo
  • Utilice compuestos fijadores de roscas en los elementos de fijación críticos.
  • Reemplazar en lugar de reajustar repetidamente si la relajación es recurrente.

La holgura mecánica es una causa común, aunque a menudo ignorada, de vibración en la maquinaria. Su característica firma armónica múltiple, su comportamiento no lineal y su interferencia con otras medidas de diagnóstico y corrección hacen que sea esencial verificar y corregir la holgura como primer paso en cualquier intento de solucionar problemas de vibración.

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