Înțelegerea frecvenței angrenajului
Frecvența de angrenare (GMF — denumită și frecvența de angrenare a dinților) este vibrații frecvența generată atunci când dinții roților dințate intră și ies din contact în timpul rotației. Aceasta se calculează înmulțind numărul de dinți ai unei roți dințate cu viteza de rotație a respectivei roți: GMF = (numărul de dinți × t/min) / 60. GMF este, de obicei, vârful dominant în cutia de viteze spectrul de vibrațiiși amplitudinea sa, armonice, and the benzi laterale pe care se găsesc informații detaliate despre starea echipamentului — uzură, nealiniere, defectele dinților și adecvarea lubrifierii. Monitorizarea GMF constituie, prin urmare, baza diagnosticării cutiei de viteze și un element esențial în identificarea defecte ale angrenajului înainte să devină defecțiuni.
1. Calcularea frecvenței de angrenare a roților dințate
Formula de bază
GMF poate fi calculat pornind de la oricare dintre elementele unei perechi de angrenaje, iar ambele calcule trebuie să dea același rezultat, deoarece dinții se întâlnesc cu o singură viteză comună:
- GMF = Npinion × t/minpinion / 60 (de la pinion)
- GMF = Nroată dințată × t/minroată dințată / 60 (de la angrenaj)
Cele două sunt echivalente, deoarece raportul de viteză este inversul raportului dintre numărul de dinți. De remarcat că GMF nu este un simplu viteza de funcționare armonică — este produsul dintre numărul de dinți și viteza arborelui, așa că, de obicei, valoarea sa depășește cu mult valoarea de 1×.
Exemple lucrate
Exemplul 1 — Cutie de viteze simplă
- Intrare (pinion): 20 de dinți la 1.800 rpm
- Ieșire (roată dințată): 60 de dinți la 600 rpm
- GMF = 20 × 1.800 / 60 = 600 Hz
- Verificare: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓
Exemplul 2 — Cutie de viteze cu mai multe trepte
- First stage: 18 dinți la 3.600 rpm → GMF₁ = 1.080 Hz
- Second stage: 25 de dinți la 1.200 rpm → GMF₂ = 500 Hz
- Third stage: 30 de dinți la 400 rpm → GMF₃ = 200 Hz
- Spectru: prezintă un vârf distinct pentru fiecare treaptă, precum și armonici și benzi laterale.
Calcularea manuală a acestora pentru fiecare treaptă este obositoare; Calculator de frecvență a angrenajului returnează instantaneu GMF și distanța preconizată între benzile laterale, iar Calculator de frecvență armonică ajută la plasarea ordinelor de turație a arborelui din jur.
2. GMF în spectrul de vibrații
O cutie de viteze în stare bună
- GMF peak: un vârf clar și izolat la frecvența calculată.
- Amplitudine: moderat și constant în timp.
- Armonice: 2×GMF și 3×GMF pot fi prezente, dar mici (sub ~25% din GMF).
- Benzi laterale: minim sau inexistent.
- Vitezele arborelui: vârfurile de 1× pentru arborii de intrare și de ieșire se situează cu mult sub GMF.
Semnături anormale
Amplitudine GMF mare
O creștere a amplitudinii GMF în timp indică o uzură generală a angrenajelor, o aliniere incorectă sau o sarcină ridicată. Măsura care trebuie luată este creșterea frecvenței de monitorizare și planificarea unei inspecții.
Armonice GMF multiple
Vârfurile pronunțate de tip 2×GMF, 3×GMF și 4×GMF indică defecte ale dinților, uzură accentuată sau un contact defectuos — în general, cu cât apar mai multe armonici, cu atât starea este mai gravă.
Benzi laterale în jurul GMF
Benzile laterale reprezintă modularea GMF în funcție de turația arborelui și indică cu precizie care este de vină roata dințată:
- Bande laterale ale pinionului: GMF ± turația arborelui de intrare → defect la pinion.
- Benzi laterale ale angrenajului: GMF ± turația arborelui de ieșire → defect la roata dințată antrenată.
- Bande laterale multiple: GMF ± n×(turația arborelui) → defecte localizate ale dinților.
- Benzi laterale asimetrice: mai puternic pe o parte → un angrenaj excentric sau o distanță inegală între dinți.
3. Interpretarea rezultatelor diagnostice
Evaluarea stării tehnice pe scurt
| Stare | Amplitudine GMF | Armonice | Benzi laterale |
|---|---|---|---|
| New / good | Scăzut, stabil | Minim (< 25 % din GMF) | Absent sau foarte mic |
| Normal wear | Creștere moderată, treptată | 2×GMF prezent, dar scăzut | Apar benzi laterale mici |
| Moderate wear | Ridicat, în continuă creștere | 2×, 3×GMF vizibil | Benzi laterale clare la ± frecvențele arborelui |
| Uzură severă / deteriorare | Foarte ridicat | Armonice multiple (4×, 5×+) | Familii multiple de benzi laterale |
| Defect localizat | Moderat | Prezent | Benzi laterale puternice, distanțate regulat |
Semnături specifice de defecțiuni
- Dezalinierarea angrenajelor: armonici de ordin 2×GMF și 3×GMF, adesea cu valori ridicate vibrații axiale; s-a remediat problema prin realinierea angrenajelor.
- Roată dințată excentrică: benzi laterale pronunțate la ±1× viteza arborelui roții dințate excentrice, cu contactul dintre dinți variind o dată pe rotație — fenomen vizibil sub forma unei modulații de amplitudine în formă de undă temporală.
- Dinte rupt sau fisurat: benzi laterale de mare amplitudine la intervale corespunzătoare turației arborelui, un impact la fiecare rotație a angrenajului defect, evenimente impulsive în forma de undă temporală și o creștere rapidă a amplitudinii.
- Lubrifiere necorespunzătoare: o amplitudine crescută a GMF cauzată de frecarea sporită, creșterea zgomotului de înaltă frecvență și o creștere a temperaturii în cutia de viteze.
Jocul excesiv provenit din joc între dinți poate estompa și mai mult aceste semnale, permițând dinților să se lovească între ei la fiecare angrenare.
4. GMF și rezonanța structurală
GMF ajunge adesea într-o bandă care poate excita modurile structurale, amplificând ceea ce altfel ar fi o sursă modestă:
- GMF tipic: 200–2.000 Hz pentru cutii de viteze industriale.
- Frecvențele naturale ale cadrului: de obicei între 50 și 500 Hz.
- The risk: GMF sau una dintre armonicele sale coincide cu o carcasă sau un cadru rezonanță structurală.
- The result: un zgomot puternic al angrenajelor și vibrații excesive ale carcasei.
- The fixes: să rigidizeze carcasa, să adauge amortizare sau să modifice numărul de dinți pentru a îndepărta GMF de frecvența de rezonanță.
5. Elaborarea unei strategii de monitorizare
Valori de referință și tendințe
Înregistrați amplitudinea GMF — împreună cu nivelurile armonicelor normale și ale benzilor laterale — atunci când cutia de viteze este nouă sau proaspăt revizuită, și folosiți aceste valori ca referință pentru toate măsurătorile ulterioare. Parametrii cei mai utili pentru analiza tendințelor sunt:
- Amplitudine GMF: indicatorul principal al stării generale a angrenajului.
- Raporturi armonice: o creștere a raportului 2×GMF/GMF sau 3×GMF/GMF indică o deteriorare.
- Energia benzii laterale: amplitudinea totală a familiilor de benzi laterale.
- Conținut de înaltă frecvență: Energia de bandă largă în intervalul 5–50 kHz reflectă starea suprafeței dentare.
Niveluri de alarmă
- Alerta: Amplitudinea GMF la 2× valoarea de referință.
- Alarma: Amplitudinea GMF la un nivel de 4 ori mai mare decât valoarea de referință sau orice creștere rapidă.
- Critic: armonici puternice multiple, benzi laterale extinse sau de 10 ori semnalul de bază.
Măsurarea GMF pe teren
Pentru a capta cu precizie semnalul GMF, armonicele și benzile laterale ale acestuia, este necesar să se dispună de o lățime de bandă și o rezoluție suficiente pentru a distinge liniile foarte apropiate. Un analizor portabil cu două canale, precum Balanset-1A înregistrează spectrul cutiei de viteze și forma de undă în timp direct la fața locului, permițând inginerului să citească direct valoarea de vârf a GMF și familiile de benzi laterale ale acesteia — și, în cazul în care o creștere a semnalului 1× indică faptul că un ventilator sau un cuplaj atașat a ieșit, de asemenea, din echilibru, să efectueze echilibrarea la fața locului în cadrul aceleiași vizite. Utilizată în acest mod, analiza frecvenței angrenajelor detectează problemele cu mult înainte de apariția unei defecțiuni catastrofale, transformând avariile neplanificate în operațiuni de întreținere programate.
