O que é Frequência de Engrenagem? Diagnóstico de Caixa de Engrenagens • Balanceador portátil, analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, brocas em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é Frequência de Engrenagem? Diagnóstico de Caixa de Engrenagens • Balanceador portátil, analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, brocas em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é Frequência de Engrenagem? Diagnóstico da Caixa de Câmbio

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Compreendendo a frequência da malha de engrenagens

Definição: O que é Frequência de Engrenagem?

Frequência da malha de engrenagens (GMF, também chamada de frequência de engrenamento dos dentes ou frequência de engate dos dentes) é a vibração Frequência gerada pelo engate dos dentes da engrenagem à medida que entram e saem do contato durante a rotação da engrenagem. É calculada como o número de dentes de uma engrenagem multiplicado pela sua velocidade de rotação (GMF = Número de Dentes × RPM / 60). GMF representa a taxa na qual os dentes se engrenam e é tipicamente a frequência dominante nos espectros de vibração da caixa de engrenagens.

Compreender e monitorar o GMF é fundamental para o diagnóstico da caixa de engrenagens porque a amplitude, harmônicos, e faixas laterais do pico GMF fornecem informações detalhadas sobre as condições da engrenagem, incluindo desgaste, desalinhamento, defeitos nos dentes e adequação da lubrificação.

Cálculo da frequência da malha de engrenagens

Fórmula Básica

O GMF pode ser calculado a partir de qualquer engrenagem em um par engrenado:

  • GMF = Npinhão × RPMpinhão / 60 (usando pinhão)
  • GMF = Nengrenagem × RPMengrenagem / 60 (usando equipamento)
  • Ambos os métodos dão o mesmo resultado (deve, já que os dentes se encaixam)

Cálculos de exemplo

Exemplo 1: Caixa de engrenagens simples

  • Entrada (Pinhão): 20 dentes a 1800 RPM
  • Saída (Engrenagem): 60 dentes a 600 RPM
  • GMF = 20 × 1800/60 = 600 Hz
  • Verificação: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓

Exemplo 2: Caixa de engrenagens multiestágios

  • Primeira Etapa: 18 dentes a 3600 RPM → GMF₁ = 1080 Hz
  • Segunda Etapa: 25 dentes a 1200 RPM → GMF₂ = 500 Hz
  • Terceira Etapa: 30 dentes a 400 RPM → GMF₃ = 200 Hz
  • Espectro: Mostrará picos em todas as três frequências, além de harmônicos e bandas laterais

GMF em espectros de vibração

Caixa de engrenagens normal (saudável)

  • Pico GMF: Pico claro na frequência calculada
  • Amplitude: Moderado, consistente ao longo do tempo
  • Harmônicos: 2×GMF e 3×GMF podem estar presentes, mas com baixa amplitude (< 25% de GMF)
  • Faixas laterais: Mínimo ou ausente
  • Velocidades do eixo: Picos 1× para eixos de entrada e saída menores que GMF

Assinaturas anormais que indicam problemas

Alta amplitude GMF

  • Causa: Desgaste geral das engrenagens, desalinhamento, cargas elevadas
  • Indicador: Amplitude do GMF aumentando ao longo do tempo
  • Ação: Aumentar a frequência de monitoramento, planejar a inspeção

Harmônicos GMF múltiplos

  • Causa: Defeitos nos dentes da engrenagem, desgaste intenso, padrão de contato ruim
  • Padrão: 2×GMF, 3×GMF, 4×GMF com amplitudes significativas
  • Gravidade: Mais harmônicos = condição mais severa

Bandas laterais ao redor do GMF

As bandas laterais são modulações do GMF pelas velocidades do eixo:

  • Bandas laterais do pinhão: GMF ± velocidade do eixo de entrada → indica defeitos no pinhão
  • Faixas laterais de engrenagem: GMF ± velocidade do eixo de saída → indica defeitos na engrenagem
  • Várias bandas laterais: GMF ± n×(velocidade do eixo) onde n = 1, 2, 3… → defeitos específicos dos dentes
  • Faixas laterais assimétricas: Mais forte em um lado indica engrenagem excêntrica ou espaçamento desigual dos dentes

Interpretação Diagnóstica

Avaliação da condição da engrenagem

Doença Amplitude GMF Harmônicos Bandas laterais
Novo/Bom Baixo, estável Mínimo (< 25% de GMF) Ausente ou muito pequeno
Desgaste normal Aumento moderado e gradual 2×GMF presente, mas baixo Pequenas faixas laterais podem aparecer
Desgaste moderado Aumento alto e contínuo 2×, 3×GMF visível Bandas laterais claras ± frequências do eixo
Desgaste/dano severo Muito alto Harmônicos múltiplos (4×, 5×+) Várias famílias de bandas laterais
Defeito localizado Moderado Presente Faixas laterais fortes e regularmente espaçadas

Assinaturas de falhas específicas

Desalinhamento de engrenagens

  • Harmônicos 2×GMF e 3×GMF altos
  • A vibração axial pode ser elevada
  • Melhorado pela correção do alinhamento das engrenagens

Engrenagem excêntrica

  • Bandas laterais fortes a ±1× velocidade do eixo da engrenagem excêntrica
  • O contato dos dentes varia uma vez por revolução
  • Pode ver modulação de amplitude na forma de onda do tempo

Dente quebrado ou rachado

  • Bandas laterais de alta amplitude no espaçamento da velocidade do eixo
  • Um impacto por revolução de engrenagem defeituosa
  • Pode mostrar eventos impulsivos em forma de onda temporal
  • Crescimento rápido de amplitude

Lubrificação inadequada

  • Amplitude GMF elevada devido ao aumento do atrito
  • Aumento de ruído de alta frequência
  • Aumento de temperatura na caixa de engrenagens

GMF e Ressonância Estrutural

O GMF geralmente cai em uma faixa que excita ressonâncias estruturais:

  • GMF típico: 200-2000 Hz para caixas de engrenagens industriais
  • Frequências Naturais do Quadro: Frequentemente 50-500 Hz
  • Correspondência: GMF ou harmônicos podem excitar ressonâncias de estrutura ou carcaça
  • Resultado: Ruído alto da engrenagem, vibração excessiva da carcaça
  • Solução: Endureça a carcaça, adicione amortecimento, altere a contagem de dentes da engrenagem (altera o GMF)

Estratégia de Monitoramento

Estabelecimento da linha de base

  • Registre a amplitude do GMF quando a caixa de engrenagens for nova ou recentemente revisada
  • Documentar níveis harmônicos e de banda lateral normais
  • Estabelecer limites de alarme (normalmente 2-3× linha de base)

Parâmetros de tendência

  • Amplitude GMF: Indicador primário da condição geral do equipamento
  • Razões harmônicas: Aumento de 2×GMF/GMF, 3×GMF/GMF indica deterioração
  • Energia da banda lateral: Soma das amplitudes da banda lateral
  • Conteúdo de alta frequência: Energia de banda larga na faixa de 5-50 kHz (condição da superfície da engrenagem)

Níveis de alarme

  • Alerta: Amplitude GMF 2× linha de base
  • Alarme: Amplitude GMF 4× linha de base ou aumento rápido
  • Crítico: Vários harmônicos fortes, bandas laterais extensas ou linha de base 10×

A frequência da malha de engrenagens é a base do monitoramento e diagnóstico das condições da caixa de engrenagens. Compreender o cálculo do GMF, os padrões espectrais normais e anormais e a importância diagnóstica de harmônicos e bandas laterais permite a detecção eficaz de problemas na engrenagem muito antes de falhas catastróficas, permitindo a manutenção planejada e prevenindo perdas de produção dispendiosas.

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