การวินิจฉัยข้อบกพร่องของเกียร์ด้วยการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน
ข้อบกพร่องของอุปกรณ์ คือโหมดการสึกหรอและความเสียหาย — การสึกหรอของฟัน รอยแตก ความเยื้องศูนย์ การจัดตำแหน่งที่ผิด — ที่พัฒนาขึ้นในชุดเกียร์ที่ใช้สำหรับการส่งกำลังทั่วทั้งเครื่องจักรอุตสาหกรรม การสั่นสะเทือนของฟันเกียร์เป็นกระบวนการที่มีเสียงดังและสดใจตามธรรมชาติ ดังนั้นเกียร์ที่มีสุขภาพดีจึงสร้างลายเซนเซอร์การสั่นสะเทือนที่ชัดเจนและเสถียรมาก การเบี่ยงเบนจากลายเซนเซอร์นั้นเป็นตัวบ่งชี้ที่แข็งแกร่งของปัญหา เพราะ การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน สามารถตรวจพบความเบี่ยงเบนเหล่านี้ในขั้นตอนแรกๆ มันจับปัญหาเกียร์ได้ไกลก่อนที่จะเพิ่มขึ้นเป็นความล้มเหลวแบบหายนะของเกียร์บอกซ์
1. ลายเซ็นการสั่นสะเทือนของเฟือง
เกียร์ทุกชุดมีลายนิ้วมือที่มีลักษณะเฉพาะในโดเมนความถี่ ซึ่งควบคุมโดยอัตราการหมุนที่ฟันเข้ากัน และล้อมรอบด้วยกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับการหมุนของเพลาแต่ละแกน การวัดเบสไลน์ของเกียร์บอกส์ที่มีสภาพดีคือการอ้างอิงที่มีค่าที่สุดอย่างหนึ่งที่โปรแกรมความเชื่อถือได้สามารถถือได้ ข้อบกพร่องถูกวินิจฉัยไม่ใช่จากตัวเลขสัมบูรณ์ แต่จากวิธีการที่สเปกตรัมของวันนี้และ รูปคลื่นเวลา แตกต่างจากลายเซ็นที่รู้จักว่ามีสุขภาพดี วินัยของการวินิจฉัยเกียร์เป็นส่วนใหญ่ วินัยของการอ่านความแตกต่างนั้นอย่างถูกต้อง นั่นคือเหตุผลที่เกียร์มีความสำคัญมากในการตรวจสอบประจำ การติดตามสภาพ.
2. ความถี่ของเฟืองเกียร์ (GMF)
ความถี่ที่สำคัญที่สุดในการวิเคราะห์กระปุกเกียร์คือ ความถี่ฟันเฟือง (GMF) — อัตราการหมุนที่ฟันของเกียร์สองตัวที่ประกบกันเข้ากัน
GMF = จำนวนฟันบนเฟือง × ความเร็วรอบของเฟืองนั้น
ในเกียร์บอกส์ที่มีสภาพดี สเปกตรัม FFT แสดงจุดสูงสุดที่ชัดเจนที่ GMF โดยปกติมีขนาดเล็กไม่กี่อย่าง ฮาร์โมนิกส์ (2×GMF, 3×GMF). The amplitude of the GMF peak reflects the load on the gears, so a tall GMF peak on its own is not necessarily a fault — it may simply mean the gearbox is working hard. The real diagnostic information lives in the frequencies รอบ จุดสูงสุด GMF ไม่ใช่ในจุดสูงสุดเอง เนื่องจาก GMF ขึ้นอยู่กับจำนวนฟันและความเร็ว จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะผิดตัวตนด้วยมือ เครื่องคำนวณความถี่การกัดเฟือง แก้ไข GMF และสายข้างของมันสำหรับชุดเกียร์ที่กำหนดในเวลาเพียงไม่กี่วินาที
3. การใช้แถบข้าง (Sidebands) เพื่อวินิจฉัยข้อบกพร่อง
แถบข้าง เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังที่สุดสำหรับการวินิจฉัยปัญหาเกียร์ที่เฉพาะเจาะจง พวกเขาเป็นจุดสูงสุดเล็ก ๆ ที่ปรากฏในด้านใดด้านหนึ่งของ GMF และฮาร์โมนิกของมัน ผลิตขึ้นเมื่อข้อบกพร่องปรับเปลี่ยนกระบวนการหมุนร่วม ความสำคัญคือ spacing: ช่องว่างระหว่างแถบข้างและจุดสูงสุด GMF เท่ากับความเร็วหมุนของเพลาที่มีเกียร์ที่มีข้อบกพร่อง ซึ่งบอกคุณทันทีว่า ซึ่ง เพลาที่ต้องตรวจสอบ
- เกียร์ที่สึกหรือเยื้องศูนย์: a worn, eccentric หรือเกียร์ที่มีข้อบกพร่องปรับเปลี่ยน GMF ในความเร็วหมุนของตัวเอง สร้างแถบข้างที่เว้นระยะ ความเร็วในการวิ่ง (1 เท่า) ของเพลาของเกียร์นั้น หากแถบข้างตรงกับความเร็วเพลาเข้า ข้อบกพร่องอยู่บนเกียร์เข้า
- การสึกหรอทั่วไปของฟัน: การสึกหรอของเกียร์ โดยปกติจะเพิ่มแอมพลิจูดของ GMF และฮาร์โมนิกของมัน พร้อมด้วยแถบข้าง 1× จากเกียร์ที่เกี่ยวข้อง
- ฟันแตกหรือหัก: ฟันแตกหรือหักเพียงตัวเดียวสร้างจุดสูงสุดที่แรงที่ความเร็วหมุน 1× ของเกียร์นั้น มักจะมีฮาร์โมนิกจำนวนมาก บวกกับแถบข้างรอบ GMF ที่เว้นระยะ ในความเร็วของเกียร์นั้น รูปคลื่นเวลาที่นี่มีคุณค่าอย่างยิ่ง ซึ่งแสดงการกระแทกเป็นระยะที่แตกต่างกัน ทุกครั้งที่ฟันที่เสียหายพยายามหมุนร่วม
- การผิดแนวของเฟือง: การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง ของเกียร์มักจะสร้างฮาร์โมนิก 2×GMF สูง บางครั้งสูงกว่าจุดสูงสุด GMF หลัก อีกครั้งพร้อมด้วยแถบข้างความเร็วในการทำงาน
เอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องซึ่งน่ารู้คือ ความถี่การออกเฟืองเสียม, อัตราความต่ำมากของการออกเฟืองสัมผัสอีกครั้งของฟันคู่หนึ่ง ข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับฟันที่เสีย 1 ซี่ในแต่ละเฟือง สามารถกระตุ้นให้เกิดได้
4. เทคนิคการวิเคราะห์แบบพิเศษ
เนื่องจากการสั่นสะเทือนของเฟืองมีความอุดมสมบูรณ์มาก การวิเคราะห์สเปกตรัมมาตรฐานจึงมักได้รับการเสริมด้วยเทคนิคที่แยกสัญญาณเฟืองออกมา
- การวิเคราะห์รูปแบบเวลา: จำเป็นสำหรับการยืนยันฟันที่แตกหรือร้าว ซึ่งปรากฏเป็นผลกระทบที่คมชัดและซ้ำซ้อนที่ซิงโครไนซ์กับการหมุนของเฟือง ไม่ใช่กับตำแหน่งสัมผัส
- การวิเคราะห์เซปสตรัม: การแปลงที่บีบอัดกลุ่มของแถบด้านข้างที่เว้นระยะเท่าๆ กันลงในองค์ประกอบเดียว อ่านได้ง่าย ทำให้รูปแบบแถบด้านข้างมองเห็นได้เมื่อฝังอยู่ใน FFT ที่แออัด
- การวิเคราะห์ซองจดหมาย: ถอดรหัสตัวพาความถี่สูงเพื่อเปิดเผยอัตราการกระทบต่ำของข้อบกพร่องฟันที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งเสริมภาพแถบด้านข้าง
5. ระยะการเสียหายของเกียร์
การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนสามารถติดตามความก้าวหน้าของข้อบกพร่องเฟืองผ่านสี่ขั้นตอนที่สามารถจดจำได้ ซึ่งให้เวลาแก่ทีมบำรุงรักษาในการวางแผนการแทรกแซง
- ขั้นตอนที่ 1 (เบื้องต้น): แถบด้านข้างขนาดเล็กปรากฏรอบ GMF การสั่นสะเทือนโดยรวมอาจไม่เปลี่ยนแปลงเลย
- ขั้นตอนที่ 2 (ปานกลาง): แอมพลิจูดของแถบด้านข้างเพิ่มขึ้น และฮาร์มอนิกของ GMF เริ่มปรากฏพร้อมแถบด้านข้างของตัวเอง
- ขั้นตอนที่ 3 (ร้ายแรง): GMF และฮาร์มอนิกของมันมีแถบด้านข้างขนาดใหญ่มากมาย ความถี่ 1× ของเฟืองที่มีปัญหาเริ่มเพิ่มขึ้น และพื้นเสียงของสเปกตรัมยกสูงขึ้น
- ขั้นตอนที่ 4 (หายนะ): GMF อาจหายไป ถูกแทนที่ด้วยลายเซ็นการสั่นสะเทือนแบบเสียงรบกวนและสุ่ม เนื่องจากฟันได้รับความเสียหายหนักหรือถูกทำลาย
6. การนำไปใช้ในสนาม
การวินิจฉัยเฟืองเริ่มต้นด้วยการวัดสนามที่สะอาดที่ความเร็วและน้ำหนักการทำงาน เครื่องมือแบบพกพาสองช่องสัญญาณเช่น บาลานเซ็ต-1A บันทึก FFT สเปกตรัมและรูปแบบเวลาดิบ ที่แต่ละตลับลูกปืน ช่วยให้วิศวกรระบุ GMF อ่านระยะห่างของแถบด้านข้างเพื่อหมุดข้อบกพร่องไปยังเพลากำหนด และดูรูปแบบเวลาสำหรับการกระทบเป็นระยะเป็นลักษณะเฉพาะของฟันที่แตกหัก ทั้งหมดโดยไม่ต้องเปิดตัวเกียร์ เมื่อตัวเกียร์ยังขับเคลื่อนหรือรองรับโรเตอร์ เครื่องมือเดียวกันนี้ยืนยันว่าส่วนที่เหลือ แบริ่ง และการสั่นสะเทือนที่เกี่ยวข้องกับความไม่สมดุลยังคงอยู่ภายในขีดจำกัดของมาตรฐาน เช่น ISO 20816 เพื่อให้แน่ใจว่าความเสียหายของเกียร์ที่ยืนยันแล้วจะไม่ถูกบดบังโดยแหล่งที่มาที่ไม่เกี่ยวข้อง หากตรวจพบในขั้นตอนที่ 1 หรือ 2 ความเสียหายของเกียร์จะกลายเป็นการซ่อมแซมตามปกติแทนที่จะเป็นการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด
