Käigukasti defektide diagnoosimine vibratsioonianalüüsi abil
Hammasrataste defektid on kulumis- ja kahjustusviisid – hammaste kulumine, praod, eksentrilisus, paigastnihkumine –, mis tekivad tööstusmasinate jõuülekandeks kasutatavates hammasrattakomplektides. Hammaste kokkupuutumine on oma olemuselt müra- ja vibratsioonirikas protsess, mistõttu töökorras hammasrattad tekitavad väga selge ja stabiilse vibratsioonimustri; igasugune kõrvalekalle sellest mustrist on kindel märk probleemidest. Kuna vibratsioonianalüüs suudab neid kõrvalekaldeid avastada juba väga varases staadiumis, tuvastades hammasrataste rikked ammu enne, kui need eskaleeruvad käigukasti katastroofiliseks rikkeks.
1. Hammasrataste vibratsiooni signatuur
Igal hammasülekandel on sagedusdomeenis iseloomulik „sõrmejälg“, milles domineerib hammaste kokkupuutumise sagedus ja mida ümbritseb iga võlli pöörlemisega seotud tegevus. Seetõttu on töökorras käigukasti baasmõõtmine üks väärtuslikumaid võrdlusandmeid, mida töökindluse programm pakkuda suudab: rikkeid ei diagnoosita absoluutarvu alusel, vaid selle järgi, kuidas tänane spekter ja aja lainekuju erinevad sellest teadaolevalt korrasolevast allkirjast. Hammasrataste diagnostika seisneb suures osas selles, et seda erinevust õigesti tõlgendada, mistõttu on hammasrattad rutiinsetes seisundi jälgimine.
2. Hammasrataste haardesagedus (GMF)
Käigukasti analüüsi kõige olulisem sagedus on Hammasratta hambumissagedus (GMF) — kiirus, millega kahe üksteisega haakuva hammasratta hambad üksteisega kokku puutuvad.
GMF = hammasratta hammaste arv × selle hammasratta pöörlemiskiirus
Töökindlas käigukastis FFT spekter näitab selget tippu GMF-i juures, tavaliselt koos mõne väikese harmoonilised (2×GMF, 3×GMF). GMF-piigi amplituud peegeldab hammasrataste koormust, seega ei tähenda kõrge GMF-piik iseenesest tingimata riket – see võib lihtsalt tähendada, et käigukast töötab suure koormuse all. Tõeline diagnostiline teave peitub sagedustes ümber GMF-i piik, mitte piik ise. Kuna GMF sõltub nii hammaste arvust kui ka kiirusest, on seda käsitsi lihtne valesti tuvastada; Hammasrataste hambumissageduse kalkulaator arvutab antud hammasrataste komplekti puhul GMF-i ja selle külgribad sekundites.
3. Kõrvalribade kasutamine rikete diagnoosimiseks
Külgribad on kõige tõhusam vahend konkreetsete hammasülekandeprobleemide diagnoosimiseks. Need on väikesed piigid, mis ilmuvad GMF-i ja selle harmooniliste komponentide mõlemal pool ning tekivad siis, kui rike mõjutab hammaste kokkupuutumist. Oluline vihje on nende vahekaugus: külgriba ja GMF-piigi vaheline vahe võrdub vigase hammasrattaga varustatud võlli pöörlemiskiirusega, mis annab kohe teada, et mis võll, mida tuleb kontrollida.
- Kulunud või eksentriline hammasratas: kulunud, ekstsentriline või defektne hammasratas moduleerib GMF-i oma pöörlemiskiirusel, tekitades külgribad, mille vahekaugus on jooksukiirus (1×) selle hammasratta võlli. Kui külgribad on sünkroonis sisendvõlli pöörlemiskiirusega, on viga sisendhammasrattas.
- Hammaste üldine kulumine: hammasratta kulumine suurendab tavaliselt GMF-i ja selle harmooniliste amplituudi, millega kaasnevad vastava hammasratta 1× külgribad.
- Murtud või murdunud hammas: Üksainus pragunenud või murdunud hammas tekitab selle hammasratta 1× töökäigu kiiruse juures tugeva piigi, millel on sageli palju harmoonilisi komponente, ning lisaks sellele ka põhisageduse ümber paiknevad külgribad, mille vahekaugus vastab selle hammasratta kiirusele. Siinkohal on eriti väärtuslik ajaline lainekuju – see näitab selget, perioodilist lööki iga kord, kui vigastatud hammas püüab hammasratta hammastega kokku puutuda.
- Hammasrataste nihestus: joondusviga Hammasrataste joondusviga tekitab sageli kõrge 2×GMF-harmoonilise, mis on mõnikord kõrgem kui peamine GMF-tipp, ning sellega kaasnevad taas pöörlemiskiiruse külgribad.
Sellega seotud nähtus, mida tasub teada, on jahihammaste esinemissagedus, väga madal kiirus, millega konkreetne hammaspaar uuesti kokku puutub; seda võivad põhjustada vead, mille puhul on igal hammasrattal üks vigane hammas.
4. Spetsialiseeritud analüüsimeetodid
Kuna hammasrataste vibratsioon on nii mitmekülgne, täiendatakse tavapärast spektrianalüüsi sageli meetoditega, mis eraldavad hammasrataste signaali:
- Ajalise lainekuju analüüs: See on hädavajalik murdunud või pragunenud hammaste tuvastamiseks, mis avaldavad end teravate, korduvate löökidena, mis on sünkroniseeritud pigem hammasratta pöörlemisega kui hammaste kokkupuutega.
- Kepstrumi analüüs: muundus, mis koondab terveid ühtlaste vahedega külgribade perekondi üheks kergesti loetavaks komponendiks, muutes külgribade mustrid nähtavaks ka siis, kui need on peidetud tiheda FFT-tulemuse sisse.
- Ümbriskõvera analüüs: demoduleerib kõrgsagedusliku kandesignaali, et tuua esile lokaalse hambadefekti madalsageduslik löögisagedus, täiendades sellega külgribapilti.
5. Käigukasti rikke etapid
Vibratsioonianalüüs võimaldab jälgida hammasratta rikke arengut nelja äratuntava etapi kaudu, andes hooldusmeeskondadele piisavalt aega sekkumise planeerimiseks:
- 1. etapp (varajane): GMF-i ümber tekivad väikesed külgribad. Üldine vibratsioonitase ei pruugi üldse muutuda.
- 2. etapp (mõõdukas): kõrvalriba amplituudid suurenevad ja GMF-i harmoonilised komponendid hakkavad ilmuma koos oma kõrvalribadega.
- 3. staadium (raske): GMF ja selle harmoonilised komponendid kannavad endas palju laiu külgribasid, probleemsete seadmete 1× sagedus hakkab tõusma ning spektri müra tase tõuseb.
- 4. etapp (katastroofiline): kui hambad on tõsiselt kahjustatud või purunenud, võib GMF kaduda ja selle asemel tekkida valju, juhuslik vibratsioon.
6. Praktiline rakendamine töökohal
Hammasülekannete diagnostika algab puhta välitingimustes tehtud mõõtmisega töökäigul ja koormusel. Selleks sobib näiteks kaasaskantav kahekanaliline mõõteseade, nagu Balanset-1A salvestab FFT-spektri ja töötlemata ajalise lainekuju igas laagris, võimaldades inseneril leida GMF-i, lugeda välja külgribade vahekauguse, et määrata rike kindlaks konkreetsele võllile, ning jälgida lainekuju, et tuvastada purunenud hamba iseloomulik perioodiline löök – kõike seda ilma reduktorit avamata. Kui reduktor ajab või toetab ka rootorit, kontrollib sama seade, et jääk laager ning tasakaalustamatuse põhjustatud vibratsioon jääb selliste standardite nagu ISO 20816 piiridesse, mistõttu kinnitatud hammasratta riket ei varja sellega mitteseotud tegurid. Kui hammasratta defekt avastatakse 1. või 2. etapis, muutub see planeeritud remondiks, mitte ootamatuks rikkeks.
