Memahami Frekuensi Mesh Roda Gigi
Frekuensi Jala Roda Gigi (GMF - juga disebut frekuensi jala-gigi atau frekuensi keterlibatan gigi) adalah getaran frekuensi yang dihasilkan saat gigi roda gigi masuk dan keluar dari kontak selama rotasi. Hal ini ditemukan dengan mengalikan jumlah gigi pada roda gigi dengan kecepatan putaran roda gigi tersebut: GMF = (jumlah gigi × rpm) / 60. GMF biasanya merupakan puncak yang dominan dalam gearbox spektrum getaran, dan amplitudonya, amplitudo harmonik, dan pita samping di sekelilingnya membawa informasi rinci tentang kondisi keausan roda gigi, ketidaksejajaran, cacat gigi, dan kecukupan pelumasan. Oleh karena itu, pelacakan GMF merupakan dasar dari diagnostik gearbox dan bagian inti dari identifikasi cacat roda gigi sebelum mereka menjadi gagal.
1. Menghitung Frekuensi Jaring Roda Gigi
Rumus Dasar
GMF dapat dihitung dari salah satu anggota pasangan meshing, dan keduanya harus memberikan jawaban yang sama karena gigi saling berpapasan dengan kecepatan yang sama:
- GMF = Nsayap × RPMsayap / 60 (dari pinion)
- GMF = Ngigi × RPMgigi / 60 (dari roda gigi)
Keduanya setara karena rasio kecepatan adalah kebalikan dari rasio jumlah gigi. Perhatikan bahwa GMF bukanlah sebuah kecepatan lari harmonik - ini adalah jumlah gigi dikalikan kecepatan poros, sehingga biasanya mendarat jauh di atas 1×.
Contoh yang berhasil
Contoh 1 - Gearbox Sederhana
- Input (pinion): 20 gigi pada 1.800 rpm
- Keluaran (roda gigi): 60 gigi pada 600 rpm
- GMF = 20 × 1.800 / 60 = 600 Hz
- Memeriksa: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓
Contoh 2 - Gearbox Multi-Tahap
- Tahap pertama: 18 gigi pada 3.600 rpm → GMF₁ = 1.080 Hz
- Tahap kedua: 25 gigi pada 1.200 rpm → GMF₂ = 500 Hz
- Tahap ketiga: 30 gigi pada 400 rpm → GMF₃ = 200 Hz
- Spektrum: menunjukkan puncak yang berbeda untuk setiap tahap, ditambah harmonik dan sideband.
Mengerjakannya dengan tangan untuk setiap tahap akan membosankan; metode Kalkulator Frekuensi Jaringan Gigi mengembalikan GMF dan jarak sideband yang diharapkan secara instan, dan Kalkulator Frekuensi Harmonik membantu menempatkan pesanan kecepatan poros di sekitarnya.
2. GMF dalam Spektrum Getaran
Gearbox yang Sehat
- Puncak GMF: puncak tunggal yang jelas pada frekuensi yang dihitung.
- Amplitudo: moderat dan konsisten dari waktu ke waktu.
- Harmonik: 2×GMF dan 3×GMF mungkin ada tetapi kecil (di bawah ~25% GMF).
- Pita samping: minimal atau tidak ada.
- Kecepatan poros: puncak 1× untuk poros input dan output berada jauh di bawah GMF.
Tanda Tangan Tidak Normal
Amplitudo GMF Tinggi
Amplitudo GMF yang meningkat dari waktu ke waktu menunjukkan keausan roda gigi secara umum, ketidaksejajaran, atau beban yang tinggi. Tindakan yang dapat dilakukan adalah meningkatkan frekuensi pemantauan dan merencanakan inspeksi.
Beberapa Harmonik GMF
Puncak 2×GMF, 3×GMF, dan 4×GMF yang kuat mengindikasikan cacat gigi, keausan yang berat, atau pola kontak yang buruk - secara umum, semakin banyak harmonisa yang muncul, semakin parah kondisinya.
Sideband di Sekitar GMF
Sideband adalah modulasi GMF berdasarkan kecepatan poros, dan menunjukkan dengan tepat yang roda gigi yang salah:
- Pita samping pinion: GMF ± kecepatan poros input → cacat pinion.
- Pita samping roda gigi: GMF ± kecepatan poros output → cacat pada roda gigi yang digerakkan.
- Beberapa sideband: GMF ± n × (kecepatan poros) → cacat gigi yang terlokalisasi.
- Pita samping asimetris: lebih kuat di satu sisi → roda gigi eksentrik atau jarak gigi yang tidak sama.
3. Interpretasi Diagnostik
Sekilas tentang Penilaian Kondisi
| Kondisi | Amplitudo GMF | Harmonik | Pita samping |
|---|---|---|---|
| Baru / bagus | Rendah, stabil | Minimal (<25% dari GMF) | Tidak ada atau sangat kecil |
| Keausan normal | Peningkatan sedang dan bertahap | 2×GMF hadir tetapi rendah | Sideband kecil muncul |
| Keausan sedang | Tinggi, masih terus meningkat | 2×, 3×GMF terlihat | Hapus sideband pada frekuensi ± poros |
| Keausan / kerusakan parah | Sangat tinggi | Beberapa harmonik (4×, 5×+) | Beberapa keluarga sideband |
| Cacat yang terlokalisasi | Sedang | Hadiah | Sideband yang kuat dan berjarak teratur |
Tanda-tanda Kesalahan Khusus
- Gigi tidak sejajar: harmonik 2 × GMF dan 3 × GMF yang tinggi, sering kali dengan peningkatan getaran aksial; dikoreksi dengan menyelaraskan kembali roda gigi.
- Perlengkapan yang eksentrik: sideband yang kuat pada ± 1 × dari kecepatan poros roda gigi eksentrik, dengan kontak gigi yang bervariasi satu kali per putaran - terlihat sebagai modulasi amplitudo dalam bentuk gelombang waktu.
- Gigi patah atau retak: sideband amplitudo tinggi pada jarak kecepatan poros, satu tumbukan per putaran roda gigi yang rusak, peristiwa impulsif dalam bentuk gelombang waktu, dan pertumbuhan amplitudo yang cepat.
- Pelumasan yang tidak memadai: amplitudo GMF yang meningkat akibat peningkatan gesekan, peningkatan kebisingan frekuensi tinggi, dan kenaikan suhu di gearbox.
Izin berlebih dari serangan balik dapat semakin memperkeruh tanda tangan ini dengan membiarkan gigi bergemerincing di setiap pertunangan.
4. GMF dan Resonansi Struktural
GMF sering kali mendarat di pita yang dapat membangkitkan mode struktural, memperkuat apa yang seharusnya merupakan sumber yang sederhana:
- GMF yang umum: 200-2.000 Hz untuk gearbox industri.
- Membingkai frekuensi alami: sering kali 50-500 Hz.
- Risiko: GMF atau salah satu harmoniknya bertepatan dengan rumah atau bingkai resonansi struktural.
- Hasilnya: rengekan gigi yang keras dan getaran casing yang berlebihan.
- Perbaikannya: mengeraskan housing, menambah redaman, atau mengubah jumlah gigi untuk menggeser GMF dari resonansi.
5. Membangun Strategi Pemantauan
Baseline dan Tren
Rekam amplitudo GMF - bersama dengan level harmonik dan sideband normal - ketika gearbox masih baru atau baru saja dirombak, dan gunakan sebagai referensi untuk semua hal berikutnya. Parameter tren yang paling berguna adalah:
- Amplitudo GMF: indikator utama kondisi roda gigi secara keseluruhan.
- Rasio harmonik: peningkatan penurunan sinyal 2×GMF/GMF atau 3×GMF/GMF.
- Energi sideband: amplitudo yang dijumlahkan dari keluarga sideband.
- Konten frekuensi tinggi: energi broadband dalam rentang 5-50 kHz mencerminkan kondisi permukaan gigi.
Tingkat Alarm
- Peringatan: Amplitudo GMF pada 2× baseline.
- PERINGATAN: Amplitudo GMF pada 4× baseline, atau peningkatan yang cepat.
- Kritis: beberapa harmonik yang kuat, sideband yang luas, atau 10× baseline.
Mengukur GMF di Lapangan
Menangkap GMF, harmonisa, dan sideband dengan bersih menuntut bandwidth dan resolusi yang cukup untuk memisahkan garis-garis yang berjarak dekat. Alat analisis dua saluran portabel seperti Keseimbangan-1a merekam spektrum gearbox dan bentuk gelombang waktu di lokasi, sehingga teknisi dapat membaca puncak GMF dan keluarga sideband secara langsung - dan, jika kenaikan 1× menunjukkan bahwa kipas atau kopling yang terpasang juga tidak seimbang, lakukan penyeimbangan lapangan dalam kunjungan yang sama. Dengan cara ini, analisis frekuensi gear mesh dapat mendeteksi masalah pada gear jauh sebelum terjadi kerusakan besar, sehingga dapat mengubah kerusakan yang tidak direncanakan menjadi pemeliharaan terjadwal.
