Hiểu về tần số lưới bánh răng
Tần số ăn khớp bánh răng (GMF — còn được gọi là tần số ăn khớp hoặc tần số tiếp xúc răng) là rung động tần số được tạo ra khi các răng bánh xe vào và rời khỏi tiếp xúc trong khi quay. Nó được tìm thấy bằng cách nhân số lượng các răng trên bánh xe với tốc độ quay của bánh xe đó: GMF = (số lượng răng × vòng/phút) / 60. GMF thường là đỉnh chính trong một hộp số, phổ rung động, và biên độ của nó, cái sóng hài, and the dải bên xung quanh nó mang thông tin chi tiết về tình trạng bánh xe — mài mòn, sự không thẳng hàng, khiếm khuyết của răng và sự phù hợp của bôi trơn. Do đó, theo dõi GMF là nền tảng của chẩn đoán hộp số và là một phần cốt lõi của việc xác định khuyết tật bánh răng trước khi chúng trở thành hỏng hóc.
1. Tính toán tần số ăn khớp bánh răng
Công thức cơ bản
GMF có thể được tính từ bất kỳ thành viên nào của một cặp ăn khớp, và cả hai đều phải cho cùng một kết quả vì các răng chạy qua nhau với một tốc độ duy nhất:
- GMF = Nbánh răng × Vòng quay mỗi phútbánh răng / 60 (từ bánh pinion)
- GMF = Nbánh răng × Vòng quay mỗi phútbánh răng / 60 (từ bánh xe)
Hai cái này tương đương vì tỷ lệ tốc độ là nghịch đảo của tỷ lệ số lượng răng. Lưu ý rằng GMF không phải là một tốc độ chạy hoàn âm — nó là số lượng răng nhân với tốc độ trục, vì vậy nó thường đạt xa trên 1×.
Ví dụ minh họa
Ví dụ 1 — Hộp số giản đơn
- Đầu vào (bánh pinion): 20 răng ở 1.800 vòng/phút
- Đầu ra (bánh xe): 60 răng ở 600 vòng/phút
- GMF = 20 × 1,800 / 60 = 600 Hz
- Kiểm tra: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓
Ví dụ 2 — Hộp số nhiều tầng
- First stage: 18 răng ở 3.600 vòng/phút → GMF₁ = 1.080 Hz
- Second stage: 25 răng ở 1.200 vòng/phút → GMF₂ = 500 Hz
- Third stage: 30 răng ở 400 vòng/phút → GMF₃ = 200 Hz
- Phổ: cho thấy một đỉnh rõ ràng cho mỗi tầng, cộng thêm các họa âm và dải biên.
Tính toán những điều này bằng tay cho mỗi tầng là tẻ nhạt; Máy tính tần số ăn khớp bánh răng trả về GMF và khoảng cách dải biên dự kiến ngay lập tức, và Máy tính tần số hài giúp xác định các bậc tốc độ trục xung quanh.
2. GMF trong Phổ Rung động
Hộp Số Khỏe Mạnh
- GMF peak: một đỉnh rõ ràng, đơn lẻ ở tần số được tính toán.
- Biên độ: vừa phải và nhất quán theo thời gian.
- Sóng hài: 2×GMF và 3×GMF có thể có mặt nhưng nhỏ (dưới ~25% của GMF).
- Dải bên: tối thiểu hoặc không có.
- Shaft speeds: các đỉnh 1× cho trục đầu vào và đầu ra nằm tốt dưới GMF.
Chữ ký bất thường
Biên độ GMF cao
Biên độ GMF tăng theo thời gian cho thấy mài mòn tổng quát, sai lệch hoặc tải cao. Hành động là tăng tần suất giám sát và lập kế hoạch kiểm tra.
Nhiều sóng hài GMF
Các đỉnh 2×GMF, 3×GMF và 4×GMF mạnh cho thấy khiếm khuyết răng, mài mòn nặng hoặc mô hình tiếp xúc kém — nói chung, càng có nhiều họa âm xuất hiện, tình trạng càng nghiêm trọng.
Dải bên xung quanh GMF
Dải biên là điều chế của GMF theo tốc độ trục, và chúng xác định chính xác đó là bánh răng bị lỗi:
- Các dải phụ của bánh pinion: GMF ± input-shaft speed → a pinion defect.
- Các dải phụ của bánh truyền động: GMF ± tốc độ trục đầu ra → một khiếm khuyết trên bánh răng dẫn động.
- Nhiều dải tần phụ: GMF ± n×(shaft speed) → localised tooth defects.
- Dải biên không đối xứng: mạnh hơn ở một bên → một bánh răng lệch tâm hoặc khoảng cách răng không đều.
3. Giải thích chẩn đoán
Đánh giá tình trạng tại một cái nhìn
| Tình trạng | Biên độ GMF | Sóng hài | Dải bên |
|---|---|---|---|
| New / good | Thấp, ổn định | Tối thiểu (< 25% của GMF) | Không có hoặc rất nhỏ |
| Normal wear | Tăng dần, vừa phải | 2×GMF hiện diện nhưng thấp | Các dải phụ nhỏ xuất hiện |
| Moderate wear | Cao, vẫn còn tăng | 2×, 3×GMF có thể nhìn thấy | Các dải phụ rõ ràng ở ± tần số trục |
| Hư hỏng / mài mòn nghiêm trọng | Rất cao | Nhiều sóng hài (4×, 5×+) | Nhiều họ dải tần bên |
| Khuyết tật cục bộ | Vừa phải | Hiện tại | Các dải bên mạnh, cách đều nhau |
Chữ ký lỗi cụ thể
- Gear misalignment: các sóa hài tần cao 2×GMF và 3×GMF, thường kèm theo rung động trục; được khắc phục bằng cách căn chỉnh lại các bánh răng.
- Bánh răng lệch tâm: dải bên mạnh ở ±1× tốc độ trục của bánh răng lệch tâm, với tiếp xúc răng thay đổi một lần mỗi vòng quay — hiển thị dưới dạng biến điều chế biên độ trong dạng sóng thời gian.
- Bánh răng bị gãy hoặc nứt: dải bên biên độ cao ở khoảng cách tốc độ trục, một tác động mỗi vòng quay của bánh răng lỗi, các sự kiện xung trong dạng sóng thời gian, và tăng trưởng biên độ nhanh chóng.
- Bôi trơn không đủ: biên độ GMF tăng cao từ tăng ma sát, nhiễu tần cao tăng, và sự gia tăng nhiệt độ trong hộp bánh răng.
Khoảng trống dư thừa từ backlash còn có thể làm mờ thêm những chữ ký này bằng cách cho phép các răng lục lạo qua từng lần tiếp xúc.
4. GMF và Cộng hưởng Kết cấu
GMF thường nằm trong một dải tần có thể kích thích các chế độ kết cấu, khuếch đại cái mà ngoài ra sẽ chỉ là một nguồn khiêm tốn:
- GMF điển hình: 200–2.000 Hz cho hộp bánh răng công nghiệp.
- Tần số tự nhiên của khung: thường là 50–500 Hz.
- The risk: GMF hoặc một trong các sóa hài của nó trùng với vỏ máy hoặc khung cộng hưởng cấu trúc.
- The result: tiếng rít bánh răng lớn và rung động vỏ máy quá mức.
- The fixes: làm cứng vỏ máy, thêm giảm tải, hoặc thay đổi số lượng răng để dịch chuyển GMF ra khỏi cộng hưởng.
5. Xây dựng chiến lược giám sát
Đường cơ sở và Xu hướng
Ghi lại biên độ GMF — cùng với các mức sóa hài bình thường và dải bên — khi hộp bánh răng còn mới hoặc vừa được bảo trì toàn bộ, và sử dụng nó làm tham chiếu cho mọi thứ tiếp theo. Các tham số xu hướng hữu ích nhất là:
- Biên độ GMF: chỉ số chính của tình trạng bánh răng chung.
- Tỷ số họa âm: a rising 2×GMF/GMF or 3×GMF/GMF signals deterioration.
- Năng lượng dải phụ: tổng biên độ của các gia đình dải bên.
- Nội dung tần số cao: năng lượng rộng trong dải 5–50 kHz phản ánh tình trạng bề mặt răng.
Mức độ báo động
- Báo động: Biên độ GMF tại 2× đường cơ sở.
- Báo thức: Biên độ GMF tại 4× đường cơ sở hoặc tăng nhanh bất kỳ.
- Phê bình: nhiều họa âm mạnh, dải phụ rộng, hoặc 10× đường cơ sở.
Đo GMF tại Hiện trường
Bắt giữ GMF, các hài tần của nó và các dải biên của nó một cách sạch sẽ đòi hỏi đủ băng thông và độ phân giải để tách các đường cách nhỏ. Một máy phân tích lưỡng kênh di động như Balanset-1A ghi lại phổ hộp giảm tốc và dạng sóng thời gian tại hiện trường, cho phép kỹ sư đọc trực tiếp đỉnh GMF và các họ dải biên của nó — và, khi một 1× tăng cho thấy rằng một quạt hoặc khớp nối đính kèm cũng bị mất cân bằng, thực hiện cân bằng hiện trường trong cùng một lần ghé thăm. Được sử dụng theo cách này, phân tích tần số lưới bánh răng phát hiện các vấn đề bánh răng lâu trước khi hỏng hóc thảm khốc, biến các ngừng hoạt động không kế hoạch thành bảo trì theo lịch.
