Vaihteiden kytkentätaajuuden ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on hammaspyöräverkon taajuus?
Vaihteiden kytkeytymistaajuus (GMF, jota kutsutaan myös hammasverkkotaajuudeksi tai hampaan kytkeytymistaajuudeksi) on tärinä Hammasrattaan hampaiden kytkeytyessä toisiinsa ja niiden koskettaessa toisiaan vaihteen pyörimisen aikana niiden välillä syntyvä taajuus. Se lasketaan kertomalla vaihteen hampaiden lukumäärä vaihteen pyörimisnopeudella (GMF = hampaiden lukumäärä × RPM / 60). GMF edustaa nopeutta, jolla hampaat kytkeytyvät toisiinsa, ja se on tyypillisesti hallitseva taajuus vaihteiston värähtelyspektreissä.
GMF:n ymmärtäminen ja seuranta on olennaista vaihteiston diagnostiikassa, koska amplitudi, harmoniset, ja sivunauhat GMF-huipun arvot antavat yksityiskohtaista tietoa vaihteiston kunnosta, mukaan lukien kuluminen, linjausvirheet, hammasviat ja voitelun riittävyys.
Vaihteiden välitystiheyden laskeminen
Peruskaava
GMF voidaan laskea kummastakin hammaspyörästä kytketyssä parissa:
- GMF = Nhammaspyörä × Kierroslukuhammaspyörä / 60 (käyttäen hammaspyörää)
- GMF = Nvaihde × Kierroslukuvaihde / 60 (käyttäen varusteita)
- Molemmat menetelmät antavat saman tuloksen (täytyykin antaa saman tuloksen, koska hampaat lomittuvat yhteen)
Esimerkkilaskelmat
Esimerkki 1: Yksinkertainen vaihdelaatikko
- Tulo (hammaspyörä): 20 hammasta nopeudella 1800 rpm
- Lähtö (vaihde): 60 hammasta 600 rpm:ssä
- GMF = 20 × 1800 / 60 = 600 Hz
- Tarkastus: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓
Esimerkki 2: Monivaiheinen vaihteisto
- Ensimmäinen vaihe: 18 hammasta nopeudella 3600 RPM → GMF₁ = 1080 Hz
- Toinen vaihe: 25 hammasta nopeudella 1200 RPM → GMF₂ = 500 Hz
- Kolmas vaihe: 30 hammasta nopeudella 400 RPM → GMF₃ = 200 Hz
- Spektri: Näyttää piikit kaikilla kolmella taajuudella sekä harmoniset ja sivukaistat
GMF värähtelyspektreissä
Normaali (terve) vaihteisto
- GMF-huippu: Selkeä huippu lasketulla taajuudella
- Amplitudi: Kohtalainen, tasainen ajan kuluessa
- Harmoniat: 2×GMF ja 3×GMF voivat olla läsnä, mutta amplitudi on pieni (< 25% GMF:ää)
- Sivunauhat: Minimaalinen tai puuttuva
- Akselin nopeudet: 1× huiput tulo- ja lähtöakseleille pienempiä kuin GMF
Epänormaalit allekirjoitukset, jotka viittaavat ongelmiin
Korkea GMF-amplitudi
- Aiheuttaa: Vaihteiden yleinen kuluminen, linjausvirheet, suuret kuormitukset
- Indikaattori: GMF-amplitudi kasvaa ajan myötä
- Toiminto: Lisää seurantatiheyttä, suunnittele tarkastuksia
Useita GMF-harmonisia
- Aiheuttaa: Hammasrattaiden viat, voimakas kuluminen, huono kosketuskuvio
- Kuvio: 2×GMF, 3×GMF, 4×GMF merkittävillä amplitudeilla
- Vakavuus: Enemmän harmonisia = vakavampi tilanne
Sivukaistat GMF:n ympärillä
Sivukaistat ovat GMF:n modulaatiota akselin nopeuksilla:
- Hammaspyörän sivunauhat: GMF ± sisäänmenoakselin nopeus → osoittaa hammaspyörävikoja
- Vaihteiden sivunauhat: GMF ± lähtöakselin nopeus → osoittaa vaihdevikoja
- Useita sivukaistoja: GMF ± n×(akselin nopeus), jossa n = 1, 2, 3… → spesifiset hammasvirheet
- Epäsymmetriset sivunauhat: Vahvempi toiselta puolelta osoittaa epäkeskistä hammaspyörää tai epätasaista hammasväliä
Diagnostinen tulkinta
Vaihteiden kunnon arviointi
| Kunto | GMF-amplitudi | Harmoniat | Sivunauhat |
|---|---|---|---|
| Uusi/Hyvä | Matala, vakaa | Minimaalinen (< 25% GMF:ää) | Poissa tai hyvin pieni |
| Normaali kuluminen | Kohtalainen, asteittainen nousu | 2×GMF läsnä, mutta alhainen | Pieniä sivujuovia voi näkyä |
| Kohtalainen kuluminen | Korkea, jatkuva kasvu | 2×, 3×GMF näkyvissä | Selkeät sivukaistat ± akselitaajuudet |
| Vakava kuluminen/vauriot | Erittäin korkea | Useita harmonisia (4×, 5×+) | Useita sivukaistaperheitä |
| Paikallinen vika | Kohtalainen | Esittää | Vahvat, säännöllisin välein olevat sivunauhat |
Spesifiset vikatunnisteet
Vaihteiden virheellinen kohdistus
- Korkeat 2×GMF- ja 3×GMF-harmoniset yliaallot
- Aksiaalinen värähtely voi olla koholla
- Parannettu vaihteiden linjauksen korjauksella
Epäkeskinen vaihde
- Vahvat sivunauhat epäkeskovaihteen ±1× akselinopeudella
- Hammaskosketus vaihtelee kerran kierroksella
- Saattaa nähdä amplitudimodulaation aika-aaltomuodossa
Rikkoutunut tai säröillä oleva hammas
- Suuren amplitudin sivukaistat akselin nopeusvälillä
- Yksi isku viallisen vaihteen kierrosta kohden
- Saattaa näyttää impulsiivisia tapahtumia aika-aaltomuodossa
- Nopea amplitudin kasvu
Riittämätön voitelu
- Kohonnut GMF-amplitudi lisääntyneen kitkan vuoksi
- Korkeataajuisen kohinan lisääntyminen
- Vaihteiston lämpötilan nousu
GMF ja rakenteellinen resonanssi
GMF on usein alueella, joka herättää rakenteellisia resonansseja:
- Tyypillinen GMF: 200–2000 Hz teollisuusvaihteistoille
- Kehyksen luonnolliset taajuudet: Usein 50–500 Hz
- Vastaava: GMF tai harmoniset yliaallot voivat herättää rungon tai kotelon resonansseja
- Tulos: Kova vaihteiston vinkuminen, liiallinen kotelon tärinä
- Ratkaisu: Jäykistä koteloa, lisää vaimennusta, muuta hammaspyörän hammaslukua (muuttaa GMF:ää)
Seurantastrategia
Perustason perustaminen
- Kirjaa GMF-amplitudi, kun vaihteisto on uusi tai juuri kunnostettu
- Dokumentoi normaalit harmoniset ja sivukaistojen tasot
- Määritä hälytysrajat (yleensä 2–3 × lähtötaso)
Trendiparametrit
- GMF-amplitudi: Vaihteiden yleisen kunnon ensisijainen indikaattori
- Harmoniset suhteet: 2×GMF/GMF, 3×GMF/GMF:n nousu osoittaa heikkenemistä
- Sivukaistan energia: Sivukaistojen amplitudien summa
- Korkean taajuuden sisältö: Laajakaistainen energia 5–50 kHz:n alueella (vaihteiston pinnan kunto)
Hälytystasot
- Hälytys: GMF-amplitudi 2 × lähtötaso
- Hälytys: GMF-amplitudi 4 × lähtötaso tai nopea kasvu
- Kriittinen: Useita vahvoja harmonisia, laajat sivukaistat tai 10× perustaso
Vaihteiston kunnonvalvonnan ja diagnostiikan perusta on vaihteiston kytkentätaajuus. GMF-laskennan, normaalien ja epänormaalien spektrikuvioiden sekä harmonisten ja sivukaistojen diagnostisen merkityksen ymmärtäminen mahdollistaa vaihteisto-ongelmien tehokkaan havaitsemisen jo kauan ennen katastrofaalista vikaantumista, mikä mahdollistaa suunnitellun huollon ja estää kalliita tuotantotappioita.