O que é a frequência de engrenamento? Diagnóstico de caixas de engrenagens • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é a frequência de engrenamento? Diagnóstico de caixas de engrenagens • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é a frequência de engrenamento? Diagnóstico da caixa de câmbio.

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Entendendo a frequência de engrenamento

Definição: O que é a frequência de engrenamento?

frequência de engrenamento (GMF, também chamada de frequência de engrenamento dentário ou frequência de encaixe dos dentes) é a vibração A frequência gerada pelo engrenamento dos dentes da engrenagem durante a entrada e saída de contato na rotação da engrenagem é calculada multiplicando-se o número de dentes da engrenagem pela sua velocidade de rotação (GMF = Número de Dentes × RPM / 60). A 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 câmbio, pois a amplitude, harmônicos, e faixas laterais O pico do GMF fornece informações detalhadas sobre a condição da engrenagem, incluindo desgaste, desalinhamento, defeitos nos dentes e adequação da lubrificação.

Cálculo da frequência de engrenamento

Fórmula Básica

A força de turbulência geométrica (GMF) pode ser calculada a partir de qualquer uma das engrenagens em um par de engrenagens:

  • GMF = Npinhão × RPMpinhão / 60 (usando pinhão)
  • GMF = Nengrenagem × RPMengrenagem / 60 (usando engrenagem)
  • Ambos os métodos dão o mesmo resultado (o que é inevitável, 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: Irá mostrar picos em todas as três frequências, além de harmônicos e bandas laterais.

GMF em Espectros de Vibração

Caixa de câmbio normal (saudável)

  • Pico GMF: Pico nítido 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)
  • Bandas laterais: Mínima ou ausente
  • Velocidades do eixo: 1× picos para eixos de entrada e saída inferiores a GMF

Sinais anormais que indicam problemas

Amplitude GMF alta

  • Causa: Desgaste geral da engrenagem, desalinhamento, cargas elevadas
  • Indicador: A amplitude do GMF aumenta ao longo do tempo.
  • Ação: Aumentar a frequência do monitoramento, planejar inspeções.

Harmônicos GMF múltiplos

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

Bandas laterais em torno de GMF

As bandas laterais são modulações do GMF (força motriz gravitacional) pelas velocidades do eixo:

  • Bandas laterais do pinhão: GMF ± velocidade do eixo de entrada → indica defeitos no pinhão
  • Faixas laterais do equipamento: GMF ± velocidade do eixo de saída → indica defeitos na engrenagem
  • Múltiplas bandas laterais: GMF ± n×(velocidade do eixo) onde n = 1, 2, 3… → defeitos dentários específicos
  • Bandas laterais assimétricas: Mais resistência de um lado indica engrenagem excêntrica ou espaçamento desigual entre os dentes.

Interpretação diagnóstica

Avaliação do estado do equipamento

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 Alto, aumento contínuo 2×, 3×GMF visível Bandas laterais claras ± frequências do eixo
Desgaste/Danos Severos Muito alto Harmônicos múltiplos (4×, 5×+) Múltiplas famílias de bandas laterais
Defeito localizado Moderado Presente Bandas laterais fortes e com espaçamento regular

Assinaturas de falhas específicas

Desalinhamento da engrenagem

  • Harmônicos altos de 2×GMF e 3×GMF
  • A vibração axial pode ser elevada.
  • Melhorado pela correção do alinhamento da engrenagem

Engrenagem excêntrica

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

Dente quebrado ou rachado

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

Lubrificação inadequada

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

GMF e Ressonância Estrutural

O GMF (campo magnético vertical) frequentemente se encontra na faixa que excita ressonâncias estruturais:

  • GMF típico: 200-2000 Hz para caixas de engrenagens industriais
  • Frequências Naturais do Quadro: Geralmente entre 50 e 500 Hz
  • Correspondência: Os campos magnéticos gigantes (GMF) ou harmônicos podem excitar ressonâncias na estrutura ou na carcaça.
  • Resultado: Ruído agudo de engrenagem, vibração excessiva da carcaça
  • Solução: Reforçar a carcaça, adicionar amortecimento, alterar o número 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 tiver sido revisada recentemente.
  • Documente os níveis normais de harmônicos e bandas laterais.
  • Estabeleça limites de alarme (normalmente 2 a 3 vezes o valor basal).

Parâmetros de tendência

  • Amplitude GMF: Indicador primário do estado geral da engrenagem
  • Relações harmônicas: Aumentos de 2×GMF/GMF e 3×GMF/GMF indicam deterioração.
  • Energia da banda lateral: Soma das amplitudes das bandas laterais
  • Conteúdo de alta frequência: Energia de banda larga na faixa de 5 a 50 kHz (condição da superfície da engrenagem)

Níveis de alarme

  • Alerta: Amplitude do GMF 2× linha de base
  • Alarme: Amplitude do GMF 4× o valor basal ou aumento rápido
  • Crítico: Múltiplos harmônicos fortes, extensas bandas laterais ou linha de base 10 vezes maior.

A frequência de engrenamento é fundamental para o monitoramento e diagnóstico da condição de caixas de engrenagens. Compreender o cálculo da frequência de engrenamento, os padrões espectrais normais versus anormais e o significado diagnóstico dos harmônicos e bandas laterais permite a detecção eficaz de problemas nas engrenagens muito antes de uma falha catastrófica, possibilitando a manutenção planejada e prevenindo perdas de produção dispendiosas.

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