تشخیص عیوب چرخدنده با آنالیز ارتعاش
عیب تجهیزات نحوهی فرسودهشدن و آسیبدیدگی هستند — فرسودهشدن دندانه، ترکخوردگی، خارجمرکزیت، بدمحوری — که در چرخدندههای استفادهشده برای منتقل کردن قدرت در ماشینآلات صنعتی توسعه مییابند. درگیری دندانههای چرخدنده یک فرآیند ذاتاً نویسنده و لرزنده است، بنابراین چرخدندههای سالم امضای ارتعاش بسیار روشن و پایدار تولید میکنند؛ هر انحراف از آن امضا نشانهی قوی مشکل است. زیرا تحلیل ارتعاشات میتواند این انحرافات را در یک مرحلهی بسیار اولیه تشخیص دهد، عیوب چرخدنده را بسیار قبل از آنکه به شکست فاجعهبار یک جعبهدنده تبدیل شود تشخیص میدهد.
۱. مشخصه ارتعاش چرخدندهها
هر مجموعهچرخدندهای دارای یک امضای ویژه در حوزهی فرکانس است، غالباً نرخی که دندانهها درگیر میشوند و با فعالیت مرتبط با دوران هر میل احاطهشده است. یک اندازهگیری پایهای از یک جعبهدنده سالم بنابراین یکی از مقیمترین مراجع است که یک برنامهی قابلاطمینان میتواند داشته باشد: عیوب نه با یک عدد مطلق بلکه با نحوهی متفاوت بودن طیف امروز و شکل موج زمانی از آن امضای شناختهشدهی خوب متفاوت است. انضباط تشخیص چرخدنده بزرگتر از انضباط خواندن صحیح آن تفاوت است، به همین دلیل چرخدندهها بهشدت در پایش وضعیت.
۲. فرکانس مش دنده (GMF)
مهمترین فرکانس در تحلیل گیربکس، فرکانس ... فرکانس مش دنده (GMF) — سرعتی که با آن دندانهای دو چرخ دنده درگیر یکدیگر را با هم درگیر میکنند.
GMF = تعداد دندانههای یک چرخدنده × سرعت چرخش آن چرخدنده
در یک جعبه دنده سالم طیف FFT یک پیک واضح را در GMF نشان میدهد، معمولاً با چند پیک کوچک هارمونیک ها (2×GMF, 3×GMF). The amplitude of the GMF peak reflects the load on the gears, so a tall GMF peak on its own is not necessarily a fault — it may simply mean the gearbox is working hard. The real diagnostic information lives in the frequencies around پیک GMF، نه در خود پیک. از آنجایی که GMF به تعداد دندان و سرعت بستگی دارد، شناسایی دستی آن آسان نیست؛ یک محاسبهگر فرکانس درگیری دنده GMF و سایدبندهای آن را برای یک مجموعه دنده معین در چند ثانیه تحلیل میکند.
۳. استفاده از سایدبندها برای تشخیص خرابیها
باندهای کناری قدرتمندترین ابزار برای تشخیص مشکلات خاص دنده هستند. آنها پیکهای کوچکی هستند که در دو طرف GMF و هارمونیکهای آن ظاهر میشوند و زمانی ایجاد میشوند که یک خرابی فرایند درگیری را تعدیل کند. نکته حیاتی، این است فاصلهگذاری: فاصله بین یک سایدبند و پیک GMF برابر است با سرعت چرخشی شافت حامل دنده معیوب، که بلافاصله به شما میگوید کدام شافت برای بررسی.
- دنده فرسوده یا خارج از مرکز: a worn, eccentric یا دنده معیوب، GMF را در سرعت چرخشی خود تعدیل میکند و سایدبندهایی با فاصله ایجاد میکند سرعت کار (۱×) آن شافت دنده. اگر سایدبندها با سرعت شافت ورودی مطابقت داشته باشند، خرابی روی دنده ورودی است.
- فرسایش عمومی دندان: سایش دنده معمولاً دامنه GMF و هارمونیکهای آن را افزایش میدهد و همراه آن سایدبندهای ۱× از دنده مربوطه وجود دارد.
- دندان شکسته یا تراشیده: یک دندان شکسته یا تراشیده اغلب یک پیک قوی در سرعت چرخشی ۱× آن دنده ایجاد میکند، اغلب با بسیاری از هارمونیکها، بعلاوه سایدبندهایی دور GMF با فاصله سرعت آن دنده. شکل موج زمانی در اینجا بسیار ارزشمند است — این نشان میدهد یک برخورد متمایز و دورهای هر بار که دندان آسیب دیده سعی میکند درگیر شود.
- عدم تنظیم دنده: ناهمترازی دندهها اغلب یک هارمونیک ۲×GMF بالا تولید میکنند، گاهی اوقات بالاتر از پیک GMF اولیه، دوباره همراه سایدبندهای سرعت کار.
یک اثر مرتبط که شایسته توجه است فرکانس دندان شکار، نرخ بسیار کم تری که یک جفت دندان خاص دوباره با هم درگیر میشوند؛ خرابیهایی که شامل یک دندان بد روی هر یک از چرخدندهها هستند میتوانند آن را تحریک کنند.
4. تکنیکهای تحلیل تخصصی
از آنجا که ارتعاش چرخدنده بسیار غنی است، تحلیل طیف استاندارد اغلب با تکنیکهایی تقویت میشود که سیگنال چرخدنده را ایزوله میکنند:
- تحلیل موج زمانی: ضروری برای تأیید دندانهای شکسته یا ترکخورده است، که به صورت ضربههای تیز و تکراری ظاهر میشوند که با چرخش چرخدنده هماهنگ هستند نه با درگیری.
- تجزیه و تحلیل کپستروم: تبدیلی که خانوادههای کامل نوارهای جانبی با فاصله یکنواخت را به اجزای منفرد و به آسانی قابل خواندن فشرده میکند، الگوهای نوار جانبی را وقتی در FFT انبوه مخفی هستند قابل رؤیت میکند.
- تحلیل پوششی: حامل فرکانس بالا را دمدولاسیون میکند تا نرخ تأثیر کم فرکانس نقص محلی دندان را بیرون آورد، تصویر نوار جانبی را تکمیل میکند.
۵. مراحل خرابی چرخدنده
تحلیل ارتعاش میتواند پیشرفت خرابی چرخدنده را از طریق چهار مرحله قابل تشخیص ردیابی کند، که تیمهای نگهداری را برای برنامهریزی مداخله به موقع فرصت میدهد:
- مرحله 1 (اولیه): نوارهای جانبی کوچک به دور GMF ظاهر میشوند. سطح ارتعاش کلی ممکن است اصلاً تغییری نکند.
- مرحله 2 (متوسط): دامنه نوارهای جانبی رشد میکند، و هارمونیکهای GMF شروع به ظاهر شدن با نوارهای جانبی خود میکنند.
- مرحله 3 (جدی): GMF و هارمونیکهای آن نوارهای جانبی زیادی و بزرگ را حمل میکنند، فرکانس 1× چرخدنده دارای مسئله شروع به افزایش میکند، و کف نویز طیف بلند میشود.
- مرحله 4 (فاجعهبار): GMF ممکن است ناپدید شود، جایگزین شده با امضای ارتعاش نویسی و تصادفی زمانی که دندانها به شدت آسیبدیده یا نابود شدهاند.
6. اجرا در عمل در محل
تشخیص چرخدندهها با اندازهگیری میدانی تمیز در سرعت و بار کاری شروع میشود. یک ابزار دو کانالی قابل حمل مانند بالانس-1a طیف FFT و موج زمانی خام را در هر بلبرینگ ثبت میکند، که به یک مهندس این امکان را میدهد تا GMF را قرار دهد، فاصله نوار جانبی را بخواند تا خرابی را به یک شافت خاص محدود کند، و موج را برای ضربه دورهای مشخصه یک دندان شکسته نظاره کند — همه بدون باز کردن جعبه دنده. جایی که جعبه دنده همچنین چرخ روتاری را راهاندازی یا پشتیبانی میکند، ابزار مشابه بدون تعادل باقیمانده را تأیید میکند بلبرینگ و ارتعاشات مرتبط با عدم توازن در محدودیتهای استانداردهایی مانند ISO 20816 باقی میماند، بنابراین یک نقص دنده تأییدشده توسط منابع نامرتبط پنهان نمیشود. اگر در مرحله ۱ یا ۲ شناسایی شود، یک عیب دنده به جای خرابی نامنتظره، به تعمیر برنامهریزی شده تبدیل میشود.
