Hammasratta hambumissageduse mõistmine
Hammasratta hambumissagedus (GMF – tuntud ka kui hammaste kokkupuutumissagedus või hammaste haakumissagedus) on vibratsioon sagedus, mis tekib hammasrataste hammaste kokkupuutumisel ja lahtiliikumisel pöörlemise ajal. Selle arvutamiseks korrutatakse hammasratta hammaste arv selle hammasratta pöörlemiskiirusega: GMF = (hammaste arv × pöörete arv minutis) / 60. GMF on tavaliselt käigukasti domineeriv tipp vibratsioonispekterja selle amplituud, selle harmoonilised, ja külgribad selle ümber on üksikasjalik teave hammasrataste seisukorra kohta – kulumine, joondusviga, hammaste defektid ja määrimise piisavus. Seetõttu on GMF-i jälgimine käigukasti diagnostika aluseks ja oluline osa probleemide tuvastamisel käigukasti defektid enne kui need muutuvad riketeks.
1. Hammasrataste kokkupuutumissageduse arvutamine
Põhivalem
GMF-i saab arvutada kumma tahes hammaste paari elemendi põhjal ning mõlemad peavad andma sama tulemuse, kuna hambad liiguvad üksteisest mööda ühe ja sama kiirusega:
- GMF = Nväikehammasratas × P/minväikehammasratas / 60 (hammasrattalt)
- GMF = Nhammasratas × P/minhammasratas / 60 (veetavalt hammasrattalt)
Need kaks on võrdväärsed, sest kiiruste suhe on hammaste arvu suhte pöördväärtus. Tuleb märkida, et GMF ei ole lihtne jooksukiirus harmooniline – see on hammaste arvu ja võlli pöörlemiskiiruse korrutis, mistõttu jääb see tavaliselt palju suuremaks kui 1×.
Töötatud näited
Näide 1 – Lihtne käigukast
- Sisend (hammasratas): 20 hammast kiirusel 1800 p/min
- Väljund (käik): 60 hammast kiirusel 600 p/min
- GMF = 20 × 1800 / 60 = 600 Hz
- Kontrolli: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓
Näide 2 – Mitmeastmeline käigukast
- Esimene etapp: 18 hammasratast kiirusel 3600 p/min → GMF₁ = 1080 Hz
- Teine etapp: 25 hammasratast kiirusel 1200 p/min → GMF₂ = 500 Hz
- Kolmas etapp: 30 hammasratast kiirusel 400 p/min → GMF₃ = 200 Hz
- Spekter: näitab iga astme jaoks selget piiki, millele lisanduvad harmoonilised ja külgribad.
Nende arvutamine käsitsi iga etapi jaoks on tüütu; Hammasratta võrgusilma sageduse kalkulaator annab kohe tulemuseks GMF-i ja eeldatava külgribade vahekauguse ning Harmoonilise sageduse kalkulaator aitab määrata ümbritsevate võllikiiruste järjekorra.
2. GMF vibratsioonispektris
Töökorras käigukast
- GMF tipp: selge, üksik piik arvutatud sagedusel.
- Amplituud: mõõdukas ja aja jooksul püsiv.
- Harmoonilised: 2×GMF ja 3×GMF võivad esineda, kuid on väikesed (alla ~25% GMF-ist).
- Külgribad: väga väike või puudub täielikult.
- Võlli pöörlemiskiirused: sisend- ja väljundvõlli 1× piigid jäävad märkimisväärselt alla GMF-i.
Ebanormaalsed allkirjad
Suur GMF-amplituud
GMF-amplituudi suurenemine aja jooksul viitab üldisele hammasrataste kulumisele, joondusveale või suurele koormusele. Selle puhul tuleb suurendada seire sagedust ja planeerida ülevaatus.
Mitmed GMF harmoonilised
Tugevad 2×GMF-, 3×GMF- ja 4×GMF-piigid viitavad hammaste defektidele, tugevale kulumisele või halvale kontaktile – üldiselt kehtib reegel, et mida rohkem harmoonilisi piike esineb, seda raskem on seisund.
GMF-i ümbritsevad külgribad
Kõrvalribad on GMF-signaali modulatsioon võlli pöörlemiskiiruse järgi ning need näitavad täpselt mis viga on hammasrattas:
- Hammasratta külgribad: GMF ± sisendvõlli pöörlemiskiirus → hammasratta rike.
- Veetava hammasratta külgribad: GMF ± väljundvõlli pöörlemiskiirus → veetava hammasratta rike.
- Mitmed külgribad: GMF ± n×(võlli pöörlemiskiirus) → kohalikud hammasdefektid.
- Asümmeetrilised külgribad: ühelt poolt tugevam → eksentriline hammasratas või ebavõrdne hammaste vahekaugus.
3. Diagnoosi tõlgendamine
Seisukorra hindamine lühidalt
| Seisund | GMF-amplituud | Harmoonilised | Külgribad |
|---|---|---|---|
| Uus / hea | Madal, stabiilne | Minimaalne (< 25% GMF-ist) | Puudub või on väga väike |
| Tavaline kulumine | Mõõdukas, järkjärguline tõus | 2×GMF olemas, aga madal | Ilmuvad väikesed külgribad |
| Mõõdukas kulumine | Kõrge, tõuseb endiselt | 2×, 3×GMF nähtav | Selged külgribad võlli sageduste ± juures |
| Tõsine kulumine / kahjustus | Väga kõrge | Mitmed harmoonilised (4×, 5×+) | Mitme külgriba perekonnad |
| Piiratud defekt | Mõõdukas | Esineb | Tugevad, korrapäraste vahedega külgribad |
Spetsiifilised veaallkirjad
- Hammasrataste nihestus: kõrged 2×GMF ja 3×GMF harmoonilised, sageli kõrgenenud aksiaalne vibratsioon; parandatakse hammasrataste uuesti joondamisega.
- Ekstsentriline käik: tugevad külgribad sagedusel ±1× eksentrilise hammasratta võlli pöörlemiskiirusest, kus hammaste kokkupuude muutub ühe korra ühe pöörde jooksul — mis on nähtav amplituudmodulatsioonina aja lainekuju.
- Murtud või pragunenud hammas: suure amplituudiga külgribad võlli pöörlemiskiiruse vahedega, üks löök vigase hammasratta ühe pöörde kohta, impulssilised sündmused ajakujul ja amplituudi kiire kasv.
- Ebapiisav määrimine: suurenenud hõõrdumise tõttu kõrgenenud GMF-amplituud, kasvav kõrgsagedusmüra ja käigukasti temperatuuri tõus.
Lõtkust tingitud liigne vahe tagasilöögi võib neid jälgi veelgi segasemaks muuta, lastes hammasratastel iga kokkupuute ajal klõbiseda.
4. GMF ja struktuuriline resonants
GMF satub sageli sagedusalasse, mis suudab ergutada struktuurilisi võnkeid, võimendades seeläbi allikat, mis muidu oleks tagasihoidlik:
- Tüüpiline GMF: 200–2000 Hz tööstuslike reduktorite puhul.
- Raami omavõnkesagedused: sageli 50–500 Hz.
- Risk: GMF või üks selle harmoonilistest sagedustest langeb kokku korpuse või raamiga struktuuriline resonants.
- Tulemus: valju hammasrataste vihin ja ülemäärane korpuse vibratsioon.
- Parandused: tugevdada korpust, lisada summutust või muuta hammaste arvu, et viia GMF resonantsist välja.
5. Järelevalvestrateegia väljatöötamine
Algseis ja suundumused
Mõõtke GMF amplituudi – koos tavaliste harmooniliste ja külgribade tasemetega – siis, kui reduktor on uus või äsja kapitaalremonditud, ning kasutage seda võrdlusalusena kõigi edasiste mõõtmiste puhul. Kõige kasulikumad trendiparameetrid on:
- GMFi amplituud: üldise seisukorra peamine näitaja.
- Harmoonilised suhted: 2×GMF/GMF või 3×GMF/GMF suurenemine viitab olukorra halvenemisele.
- Kõrvalriba energia: kõrvalribasageduste rühmade amplituudide summa.
- Kõrgsageduslik sisu: 5–50 kHz sagedusvahemikus olev laiaulatuslik energia peegeldab hamba pinna seisundit.
Häiretasemed
- Hoiatus: GMF amplituud on 2 korda suurem kui algväärtus.
- Häire: GMF amplituudi suurenemine 4-kordseks võrreldes algtasemega või mis tahes järsk tõus.
- Kriitiline: mitu tugevat harmoonilist, ulatuslikud külgribad või 10-kordne algtase.
GMF-i mõõtmine välitingimustes
GMF-signaali, selle harmooniliste ja külgribade selge registreerimine eeldab piisavat ribalaiust ja eraldusvõimet, et eristada üksteisele lähedal asuvaid jooni. Selline kaasaskantav kahekanaliline analüsaator nagu Balanset-1A salvestab kohapeal hammasülekande spektri ja ajalise lainekuju, võimaldades inseneril vahetult lugeda GMF-tippväärtust ja selle külgribade rühmi – ning juhul, kui tõusev 1× näitab, et ka ühendatud ventilaator või sidur on tasakaalust väljas, teostada kohapeal tasakaalustamine sama külastuse käigus. Sellisel viisil kasutatuna tuvastab hammasrataste haakesageduse analüüs probleemid juba ammu enne katastroofilist riket, muutes ootamatud rikked planeeritud hoolduseks.
