Mendiagnosis Cacat Roda Gigi dengan Analisis Getaran
Cacat roda gigi adalah mode keausan dan kerusakan - keausan gigi, retakan, eksentrisitas, ketidaksejajaran - yang berkembang pada roda gigi yang digunakan untuk transmisi daya di seluruh mesin industri. Penyambungan gigi roda gigi adalah proses yang secara inheren berisik dan bersemangat, sehingga roda gigi yang sehat menghasilkan tanda getaran yang sangat jelas dan stabil; penyimpangan apa pun dari tanda tersebut merupakan indikator kuat adanya masalah. Karena analisis getaran dapat mendeteksi penyimpangan ini pada tahap yang sangat awal, ia menangkap kesalahan roda gigi jauh sebelum mereka meningkat menjadi kegagalan besar pada gearbox.
1. Tanda Getaran Roda Gigi
Setiap gearset memiliki sidik jari yang khas dalam domain frekuensi, yang didominasi oleh kecepatan gigi yang bergerak dan dikelilingi oleh aktivitas yang terkait dengan rotasi setiap poros. Oleh karena itu, pengukuran awal dari gearbox yang sehat adalah salah satu referensi paling berharga yang dapat dimiliki oleh program keandalan: kesalahan didiagnosis bukan dengan angka absolut tetapi dengan bagaimana spektrum saat ini dan bentuk gelombang waktu berbeda dari tanda tangan yang dikenal baik. Disiplin diagnosis roda gigi sebagian besar adalah disiplin membaca perbedaan itu dengan benar, itulah sebabnya mengapa roda gigi sangat menonjol dalam rutinitas pemantauan kondisi.
2. Frekuensi Mesh Roda Gigi (GMF)
Frekuensi yang paling penting dalam analisis gearbox adalah Frekuensi Jala Roda Gigi (GMF) - kecepatan di mana gigi dari dua roda gigi yang bertautan saling bertautan.
GMF = Jumlah Gigi pada Roda Gigi × Kecepatan Putar Roda Gigi Tersebut
Dalam gearbox yang sehat, maka Spektrum FFT menunjukkan puncak yang jelas di GMF, biasanya dengan beberapa harmonik (2 × GMF, 3 × GMF). Amplitudo puncak GMF mencerminkan beban pada roda gigi, sehingga puncak GMF yang tinggi dengan sendirinya belum tentu merupakan kesalahan - ini mungkin berarti gearbox bekerja keras. Informasi diagnostik yang sebenarnya ada pada frekuensi sekitar puncak GMF, bukan di puncak itu sendiri. Karena GMF bergantung pada jumlah gigi dan kecepatan, maka mudah untuk salah mengidentifikasi dengan tangan; a Kalkulator Frekuensi Jala Roda Gigi menyelesaikan GMF dan sideband untuk gearset tertentu dalam hitungan detik.
3. Menggunakan Pita Samping untuk Mendiagnosis Kesalahan
Pita samping adalah alat yang paling ampuh untuk mendiagnosis masalah roda gigi tertentu. Mereka adalah puncak-puncak kecil yang muncul di kedua sisi GMF dan harmoniknya, yang dihasilkan ketika kesalahan memodulasi proses penyambungan. Petunjuk yang sangat penting adalah spasicelah antara sideband dan puncak GMF sama dengan kecepatan putar poros yang membawa roda gigi yang rusak, yang segera memberi tahu Anda yang poros untuk diperiksa.
- Perlengkapan yang sudah usang atau eksentrik: usang, eksentrik atau roda gigi cacat memodulasi GMF dengan kecepatan rotasinya sendiri, menciptakan pita samping yang berjarak pada kecepatan lari (1×) dari poros roda gigi tersebut. Jika sideband cocok dengan kecepatan poros input, maka kesalahan ada pada roda gigi input.
- Keausan gigi secara umum: keausan gigi biasanya meningkatkan amplitudo GMF dan harmoniknya, disertai dengan 1× sideband dari gear yang sesuai.
- Gigi retak atau patah: satu gigi yang retak atau patah menghasilkan puncak yang kuat pada kecepatan lari 1× dari roda gigi tersebut, sering kali dengan banyak harmonik, ditambah dengan sideband di sekitar GMF yang berjarak pada kecepatan roda gigi tersebut. Bentuk gelombang waktu sangat berharga di sini - ini menunjukkan dampak periodik yang berbeda setiap kali gigi yang rusak mencoba menyambung.
- Gigi tidak sejajar: ketidaksejajaran roda gigi sering menghasilkan harmonik 2×GMF yang tinggi, terkadang lebih tinggi dari puncak GMF primer, sekali lagi disertai dengan sideband kecepatan lari.
Efek terkait yang perlu diketahui adalah frekuensi gigi berburu, yaitu tingkat yang sangat rendah di mana sepasang gigi tertentu dapat masuk kembali; kesalahan yang melibatkan satu gigi yang buruk pada setiap gigi dapat membuatnya bergairah.
4. Teknik Analisis Khusus
Karena getaran roda gigi sangat kaya, analisis spektrum standar sering diperkuat dengan teknik yang mengisolasi sinyal roda gigi:
- Analisis bentuk gelombang waktu: penting untuk memastikan gigi yang patah atau retak, yang tampak sebagai benturan tajam dan berulang yang disinkronkan dengan rotasi roda gigi, bukan pada jaring.
- Analisis Cepstrum: transformasi yang memadatkan seluruh rangkaian sideband dengan jarak yang sama menjadi satu komponen yang mudah dibaca, sehingga pola sideband terlihat ketika terkubur dalam FFT yang padat.
- Analisis amplop: mendemodulasi pembawa frekuensi tinggi untuk mengekspos tingkat benturan frekuensi rendah dari cacat gigi yang terlokalisasi, melengkapi gambar sideband.
5. Tahapan Kegagalan Roda Gigi
Analisis getaran dapat melacak perkembangan kerusakan roda gigi melalui empat tahap yang dapat dikenali, sehingga memberikan waktu bagi tim pemeliharaan untuk merencanakan intervensi:
- Tahap 1 (awal): sideband kecil muncul di sekitar GMF. Tingkat getaran secara keseluruhan mungkin tidak berubah sama sekali.
- Tahap 2 (sedang): amplitudo sideband bertambah, dan harmonik GMF mulai muncul dengan sideband mereka sendiri.
- Tahap 3 (serius): GMF dan harmoniknya membawa banyak sideband besar, frekuensi 1× dari gigi masalah mulai naik, dan lantai kebisingan spektrum terangkat.
- Tahap 4 (bencana): GMF dapat menghilang, digantikan oleh tanda getaran acak yang berisik karena gigi rusak parah atau hancur.
6. Mempraktikkannya di Lapangan
Mendiagnosis roda gigi dimulai dengan pengukuran lapangan yang bersih pada kecepatan dan beban pengoperasian. Instrumen dua saluran portabel seperti Keseimbangan-1a menangkap spektrum FFT dan bentuk gelombang waktu mentah pada setiap bantalan, memungkinkan seorang insinyur menemukan GMF, membaca jarak sideband untuk menyematkan kesalahan pada poros tertentu, dan mengamati bentuk gelombang untuk mengetahui dampak periodik dari gigi yang patah - semuanya tanpa membuka gearbox. Di mana gearbox juga menggerakkan atau mendukung rotor, instrumen yang sama memverifikasi bahwa sisa bantalan dan getaran terkait ketidakseimbangan tetap berada dalam batas standar seperti ISO 20816, sehingga kerusakan roda gigi yang terkonfirmasi tidak tertutupi oleh sumber yang tidak terkait. Tertangkap pada Tahap 1 atau 2, kerusakan roda gigi menjadi perbaikan terjadwal dan bukan kerusakan yang tidak direncanakan.
