기어 결함 진단

1. 기어의 진동 특성

기어는 산업 기계의 동력 전달에 필수적인 부품입니다. 기어의 맞물림은 본질적으로 소음이 많고 진동이 심한 과정입니다. 정상적인 기어는 매우 선명하고 안정적인 진동 신호를 생성하며, 이러한 신호의 편차는 마모나 손상을 나타내는 강력한 지표입니다.

진동 분석 기어박스의 치명적인 고장으로 이어지기 훨씬 전에, 매우 초기 단계에서 기어 결함을 감지하는 매우 효과적인 방법입니다.

2. 기어 메시 주파수(GMF)

기어박스 분석에서 가장 중요한 주파수는 다음과 같습니다. 기어 메시 주파수(GMF). 이는 기어의 이빨이 서로 맞물리는 속도입니다.

GMF = 기어의 이빨 수 × 해당 기어의 회전 속도

건강한 기어박스에서는 FFT 스펙트럼 GMF에서 명확한 피크가 나타나며 종종 몇 가지 작은 피크가 나타납니다. 배음 (2xGMF, 3xGMF). 이 GMF 피크의 진폭은 기어에 가해지는 부하를 나타냅니다. 높은 GMF 피크 자체가 반드시 고장을 나타내는 것은 아니며, 오히려 부하가 크다는 것을 의미합니다. 진단의 핵심은 GMF 피크 *주변* 주파수를 살펴보는 것입니다.

3. 사용 측대역 결함을 진단하려면

측대역 특정 기어 문제를 진단하는 가장 강력한 도구입니다. 이는 GMF와 그 고조파의 양쪽에 나타나는 작은 피크입니다. 측대역의 간격은 어느 축에 문제가 있는지를 나타냅니다.

• 마모되었거나 특이한 장비: 기어가 마모되었거나, 편심되었거나, 제조상 결함이 있는 경우, 회전 속도에서 GMF가 변조됩니다. 이로 인해 GMF 피크 주변에 측파대가 생성되고, 이 측파대는 실행 속도(1X) 해당 기어의 축에 대한 것입니다. 예를 들어, GMF 피크에 입력 축 속도에 맞춰 측대역이 분포되어 있다면, 결함은 입력 기어에 있습니다.
• 치아 마모: 일반적인 치아 마모는 GMF와 그 고조파의 진폭이 증가하고 해당 기어에서 1X 사이드밴드가 발생하는 것으로 종종 나타납니다.
• 금이 가거나 부러진 치아: 하나의 금이 가거나 부러진 톱니는 해당 기어의 1배 회전 속도에서 강한 진동 피크를 생성하며, 종종 많은 고조파를 동반합니다. 또한 기어의 회전 속도와 같은 간격으로 최대 진동수(GMF) 주변에 측파대를 생성합니다. 시간 파형 여기서도 매우 유용한데, 부러진 이가 맞물리려고 할 때마다 뚜렷하고 주기적인 충격을 보여주기 때문입니다.
• 기어 정렬 불량: 기어 정렬 불량은 종종 2배 높은 GMF 고조파를 보이는데, 때로는 1차 GMF 피크보다 더 큽니다. 또한, 주행 속도에 따라 간격을 둔 측파대도 동반됩니다.

4. 전문 분석 기술

기어 진동은 복잡할 수 있으므로 종종 특수 기술이 사용됩니다.

• 시간 파형 분석: 반복적이고 날카로운 충격으로 나타나는 부러진 치아를 감지하는 데 필수적입니다.
• 켑스트럼 분석: 표준 FFT 스펙트럼에서 보기 어려울 수 있는 사이드밴드 계열을 보다 명확하게 식별하는 데 사용되는 기술입니다.

5. 기어 고장의 단계

진동 분석은 여러 단계에 걸쳐 기어 고장의 진행 상황을 추적할 수 있습니다.

1. 1단계(초기): GMF 주변에 작은 측파대가 나타납니다. 전체 진동 레벨은 변하지 않을 수 있습니다.
2. 2단계(중간): 측파대의 진폭이 증가하고 GMF의 고조파가 자체 측파대와 함께 나타나기 시작할 수 있습니다.
3. 3단계(심각): GMF와 그 고조파는 큰 측파대를 많이 가질 수 있습니다. 문제 기어의 1X 주파수가 상승하기 시작할 수 있습니다. 스펙트럼의 잡음 플로어가 증가합니다.
4. 4단계(재앙적): 치아가 심하게 손상되거나 파괴되면 GMF가 사라지고 시끄럽고 무작위적인 진동 소리로 대체될 수 있습니다.

← 메인 인덱스로 돌아가기