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¿Por qué mi caja de cambios hace cada vez más ruido? Guía sobre el ruido en las transmisiones industriales | CHIFLY
Una guía práctica para identificar cambios en el ruido, la vibración, la alineación, la lubricación y el desgaste de la caja de cambios.
A Es raro que la caja de cambios haga más ruido sin motivo aparente. Algo ha cambiado en el sistema de transmisión.
Eso no significa que los engranajes estén dañados automáticamente. La causa puede ser un cojinete, un acoplamiento, una brida de montaje, el bastidor de la máquina, el lubricante, un componente del lado de la carga o incluso un ajuste agresivo del servo. La pregunta que hay que plantearse no es simplemente: “¿Cuánto ruido hace?”, sino esta:
¿Qué frecuencia está aumentando, qué componente está relacionado con ella y en qué condiciones de velocidad, carga y temperatura se produce el cambio?
Esa pregunta convierte el ruido de una queja en una prueba diagnóstica.
La misma lógica de diagnóstico se aplica a muchas soluciones de transmisión de precisión utilizadas en la automatización industrial. Un reductor planetario, un reductor armónico o un servorreductor conectado a un eje de piñón y cremallera o de husillo de bolas pueden parecer, a simple vista, la fuente del ruido, incluso cuando el cambio se haya originado en otra parte de la máquina.
Sala de pruebas de ruido de cajas de cambios de CHIFLY. El tratamiento acústico ayuda a aislar el ruido del producto de los ecos y del ruido ambiental de la fábrica.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
Empieza por la tendencia, no por una sola cifra
Una sola lectura de presión acústica o de vibración tiene un valor limitado si se toma fuera de contexto. Una lectura de 3 mm/s puede ser normal para una máquina y anómala para otra. Un cambio mucho menor puede ser relevante si esa misma máquina funcionaba anteriormente de forma estable a un nivel inferior.
Compara las mediciones únicamente cuando las condiciones sean repetibles:
- Utiliza el mismo punto de medición y la misma orientación del sensor.
- Registra la misma velocidad, carga, sentido de giro y perfil de movimiento.
- Separa los datos del arranque en frío de los datos obtenidos tras la estabilización térmica.
- Indica si el aumento fue repentino o se produjo a lo largo de semanas o meses.
- Compara las condiciones de ralentí, sin carga y con carga de trabajo, siempre que la máquina lo permita.
ISO 20816-3:2022 evalúa la vibración de la maquinaria industrial utilizando tanto los valores de vibración en régimen estacionario como los cambios en la magnitud de la vibración. También señala que los componentes de frecuencia específicos no siempre siguen la gravedad de la vibración de banda ancha. En la práctica, eso significa que una línea de base estable y un componente espectral creciente pueden aportar más información que un único valor RMS global.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
No culpes a la caja de cambios demasiado pronto
El ruido se propaga a través de los ejes, las carcasas, las placas y los bastidores de las máquinas. Una excitación relativamente pequeña puede parecer muy intensa después de que una protección delgada, una placa de montaje o una carcasa la amplifiquen.
Antes de dar por hecho que la caja de cambios es la causa principal, comprueba todo el recorrido mecánico:
- Cojinetes de motor y excitación electromagnética
- Sujeción mediante acoplamiento, uniones con chaveta y uniones con disco termorretráctil
- Alineación entre el motor y la caja de cambios
- Planicidad de la brida de montaje de la caja de cambios y par de apriete de los pernos
- Rigidez del bastidor de la máquina, pie flojo y resonancia estructural
- Rodamientos del lado de la carga, husillos de bolas, cremalleras, piñones y guías lineales
- Aceleración del servo, ganancia del bucle de velocidad y oscilación
- Rodamientos, engranajes y lubricación de la caja de cambios interna
Una caja de cambios puede ser el elemento más ruidoso del sistema sin ser, por ello, el componente que provocó el problema.
Figura 1. Realiza la medición a lo largo de todo el recorrido de la transmisión antes de atribuir la avería al componente que más ruido produce.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
Utiliza el sonido como pista, no como veredicto
Los distintos sonidos pueden reducir la lista de posibles causas, pero el sonido por sí solo no basta para confirmar un fallo.
| Ruido o comportamiento en funcionamiento | Primeras áreas que hay que investigar |
|---|---|
| Un chirrido agudo y continuo | Excitación por engranaje, fuerza relacionada con la velocidad, alineación o resonancia estructural |
| Zumbido de baja frecuencia | Desequilibrio, excitación electromagnética del motor o rigidez insuficiente de la base |
| Tictac o golpeteo repetitivo | Daños locales en los dientes, excentricidad, una unión suelta o un problema de acoplamiento |
| Haz clic durante la inversión | Deslizamiento del acoplamiento, holgura de la chaveta o del disco de contracción, holgura de juego o aceleración agresiva del servo |
| Ruidos como crujidos, chirridos o rechinazos | Pérdida de lubricación, contaminación, daños en los cojinetes o daños en la superficie de los engranajes |
| Impacto irregular | Holgura excesiva, daños en los elementos rodantes o en la jaula, o presencia de material extraño |
La temperatura, el espectro de vibraciones, el estado de la lubricación y la inspección mecánica deben confirmar la dirección que sugiere el sonido.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
Relaciona el síntoma con la condición de funcionamiento
El momento en el que aparece la vibración suele ser tan importante como su amplitud.
La vibración aumenta lentamente con el paso del tiempo
Un aumento gradual puede indicar un deterioro del lubricante, contaminación, desgaste de la superficie de los engranajes o fatiga de los cojinetes. Revisa el nivel de banda ancha de alta frecuencia, el espectro de envolvente, el estado del aceite o la grasa y los datos sobre partículas de desgaste. Una tendencia que se aleja de forma constante de la línea de referencia propia de la máquina merece atención, incluso si no ha superado un valor de alarma genérico.
El ruido se produce principalmente bajo carga
Hay que tener en cuenta posibles problemas de contacto entre los dientes, la flexión del eje, la sobrecarga, la desalineación o una fijación que se desplace al aplicar el par. Compara la frecuencia de engranaje y sus bandas laterales tanto en vacío como bajo carga de trabajo. Además, registra el par real en lugar de basarte únicamente en el valor de consigna.
Picos de vibración dentro de un rango de velocidad reducido
Este patrón suele indicar la presencia de resonancia. Haz funcionar la máquina lentamente a lo largo del rango de velocidades, siempre que sea seguro, y registra los datos tanto de aceleración como de desaceleración. Si la amplitud aumenta bruscamente cerca de una velocidad determinada y vuelve a descender por encima de ella, revisa la placa de montaje, la protección, el bastidor y otras estructuras flexibles antes de dar por hecho que los dientes están dañados.
El impacto se produce durante la inversión
La inversión de marcha agrupa todas las holguras mínimas en un mismo evento. Comprueba la sujeción del acoplamiento, el ajuste del eje, las ranuras de chaveta, los discos de contracción, las conexiones de salida, el juego de la caja de cambios y la aceleración ordenada. Reducir la aceleración para realizar una comparación controlada puede ayudar a distinguir entre una holgura mecánica y un impacto provocado por el sistema de control.
La vibración axial es inusualmente elevada
Comprueba la desalineación angular, la precarga axial, la carga de empuje y la excentricidad de la superficie de contacto. La presencia de componentes axiales potentes que funcionan a una o dos veces la velocidad del eje suele justificar una alineación más precisa y una revisión de la fuerza de empuje.
La vibración radial viene determinada por la velocidad de marcha simple.
El desequilibrio, la excentricidad y la desviación de instalación ocupan los primeros puestos en la lista de posibles causas. Las mediciones de fase, el equilibrado dinámico, la desviación radial y las comprobaciones de concentricidad pueden ayudar a distinguirlos.
Varias armónicas de la velocidad de marcha aumentan al mismo tiempo
La holgura mecánica, un pie flojo, una base agrietada o una brida deformada pueden generar una serie de armónicos en lugar de un único pico nítido. Comprueba el par de apriete de los pernos, las superficies de contacto, la rigidez de los cimientos y las condiciones de ajuste.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
Comprueba la frecuencia antes de sustituir el componente
El análisis de frecuencias permite relacionar un pico de vibración con una pieza giratoria o un fenómeno mecánico recurrente.
La frecuencia de rotación del eje es:
donde \(n\) es la velocidad del eje en r/min y \(f_r\) es la frecuencia de rotación en Hz.
En el caso de un par de engranajes simple, la frecuencia de engranamiento se puede calcular de la siguiente manera:
donde \(Z\) es el número de dientes del engranaje y \(f_r\) es la frecuencia de rotación del eje de dicho engranaje.
El pico de GMF por sí solo no es un indicador de daños. Las cajas de cambios generan de forma natural frecuencias de engranaje. Lo que importa es el patrón que rodea al pico. El aumento de las bandas laterales espaciadas a la frecuencia de giro del eje puede indicar una modulación relacionada con la excentricidad, la desalineación, la holgura o cambios en el estado de los dientes. El documento oficial de SKF Guía de análisis de espectro analiza el valor diagnóstico de las bandas laterales del GMF y señala que un aumento de la amplitud o del recuento de las bandas laterales puede estar relacionado con problemas en los componentes de la caja de cambios.
Los defectos incipientes en los rodamientos y los engranajes pueden generar impactos repetitivos de baja amplitud a frecuencias superiores a la vibración rotacional dominante. Estas señales pueden quedar ocultas bajo la vibración estructural de la máquina en una lectura global convencional. La introducción de SKF a la monitorización de vibraciones explica cómo el análisis de envolvente o de demodulación suprime el contenido rotacional de baja frecuencia y pone de manifiesto la actividad repetitiva de los rodamientos y el engranaje.
Por eso, un valor de banda ancha resulta útil para la evaluación inicial, pero rara vez es suficiente para diagnosticar la causa raíz.
Figura 2. La evolución de la frecuencia de engranaje —y cómo varía— suele ser más importante que el pico en sí.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
Una secuencia práctica de diagnóstico in situ
1. Decide si la máquina debe seguir funcionando
Detén la prueba y sigue el procedimiento de seguridad del fabricante de la máquina si observas un aumento repentino y brusco de las vibraciones, un impacto metálico, un chirrido, un bloqueo intermitente, un aumento rápido de la temperatura, una pérdida de presión de lubricación, una fuga grave, humo, olor a quemado o holguras o grietas visibles. No mantengas en funcionamiento una máquina en mal estado simplemente para obtener un conjunto de datos más preciso.
2. Establecer las condiciones de la prueba
Anota la velocidad de entrada, la carga o el par de salida, la dirección, si el sistema está en frío o en caliente, el perfil de aceleración, el tipo y la cantidad de lubricante, el mantenimiento reciente, la posición del sensor, la dirección del sensor y el método de montaje. Los datos recopilados en condiciones diferentes no permiten establecer una tendencia fiable.
3. Realizar la medición a lo largo de todo el recorrido de la transmisión
Entre los puntos típicos se incluyen las carcasas de los cojinetes del extremo de transmisión y del extremo no de transmisión del motor, las zonas de los cojinetes de entrada y salida de la caja de cambios, las posiciones de la carcasa más cercanas a cada etapa de engranajes, la brida de montaje, la base y el soporte del cojinete del lado de carga.
Siempre que el acceso y la seguridad lo permitan, mida en las direcciones radial horizontal, radial vertical y axial. Coloque el sensor sobre una superficie rígida. Una protección delgada, una placa de identificación o una superficie magnética inestable pueden distorsionar el resultado.
4. Evalúa primero la situación general y, a continuación, localiza el origen del problema
Utiliza el nivel de presión acústica y la velocidad de vibración RMS para determinar la tendencia general. Añade la aceleración, el desplazamiento y la temperatura de la carcasa cuando la aplicación lo requiera.
Para la localización, utiliza espectros FFT, formas de onda temporales, análisis de envolvente, mediciones de fase, seguimiento de órdenes durante la aceleración o la desaceleración, gráficos en cascada y análisis de lubricantes o partículas de desgaste. El método adecuado depende del síntoma. Disponer de más datos no significa automáticamente que sea mejor si las condiciones de ensayo cambian constantemente.
5. Elaborar un mapa de frecuencias por componentes
Indique la velocidad del motor, las frecuencias de los ejes de entrada y salida, las frecuencias de los ejes intermedios, el número de dientes, los GMF, los modelos de rodamientos y las frecuencias de defectos calculadas, las frecuencias de paso del husillo de bolas o de la cremallera, así como las frecuencias eléctricas pertinentes.
Un espectro sin una referencia de velocidad precisa muestra picos. No permite identificar de forma fiable qué eje o componente los ha generado.
6. Comprueba una hipótesis cada vez
Si se sospecha que hay resonancia, realice un barrido de velocidad controlado. Si se sospecha que hay sobrecarga, compare el funcionamiento sin carga con el funcionamiento bajo carga. Si se sospecha que hay holgura, inspeccione las marcas de par y los ajustes.
Evita sustituir el cojinete y el acoplamiento, cambiar el lubricante, reforzar la base y reajustar el servo en una misma sesión de mantenimiento. Es posible que el ruido desaparezca, pero la causa principal seguirá sin conocerse.
7. Repite la medición tras realizar los trabajos de corrección
Utiliza los mismos puntos, direcciones, velocidad, carga, estado térmico y parámetros de adquisición. Compara la vibración general, los picos espectrales clave, el GMF y las bandas laterales, el espectro de envolvente, el aumento de temperatura, el ruido y el rendimiento de posicionamiento.
Sin una comparación controlada “antes y después”, «suena mejor» es la única conclusión. Eso no basta para tomar una decisión de mantenimiento que sea reproducible.
Figura 3. Una inspección controlada y unas condiciones de medición repetibles contribuyen a convertir una queja por ruido en pruebas diagnósticas útiles.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
Cuatro errores que hacen perder tiempo en el diagnóstico
Considerar los dB o los mm/s como el diagnóstico completo
Los valores generales pueden indicar que la máquina ha sufrido cambios. Por sí solos, no permiten identificar un cojinete, un par de engranajes, un acoplamiento o un modo estructural.
Añadir grasa cada vez que la máquina empiece a hacer ruido
Una cantidad insuficiente de lubricante puede aumentar la fricción y el desgaste. Una cantidad excesiva puede aumentar la resistencia al batido y la temperatura, sobre todo cuando la grasa sobrante no puede purgarse. Una consistencia, viscosidad o sistema de aditivos inadecuados, o una mezcla incompatible, también pueden provocar problemas. SKF’s Guía sobre averías en los rodamientos y resolución de problemas enumera la cantidad insuficiente, excesiva o inadecuada de lubricante entre las posibles causas del exceso de calor o ruido.
Comprueba el lubricante especificado, la cantidad a añadir, la compatibilidad, la ruta de purga y el historial de contaminación antes de añadir más.
Modificar varias variables a la vez
Esto puede restablecer el funcionamiento, pero destruye las pruebas necesarias para evitar que se repita el mismo fallo. Las comparaciones controladas llevan más tiempo al principio, pero ahorran tiempo la próxima vez que aparezca el síntoma.
Aplicación de un límite ISO general a todas las cajas de cambios de precisión
ISO 20816-9:2020 Abarca reductores cerrados en carcasas independientes con potencias de entre 10 kW y 100 MW y velocidades de rotación nominales de entre 30 y 12 000 r/min. Sus criterios de vibración de banda ancha tienen una aplicación limitada al estado de los propios engranajes, mientras que las técnicas especializadas de diagnóstico de engranajes quedan fuera de su ámbito de aplicación.
Un reductor planetario de bajo juego, un reductor armónico u otro reductor de precisión de pequeño tamaño puede quedar fuera de ese rango de potencia o funcionar bajo ciclos de trabajo transitorios que difieran de la base de estado estacionario de la norma. Se deben tener en cuenta de forma conjunta las condiciones de aceptación del fabricante, una referencia de unidad en buen estado, las tendencias históricas de la misma máquina, los cambios de frecuencia y de pedido, la temperatura, el estado del lubricante, los datos de precisión y la inspección física.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
Los datos que realmente necesita tu proveedor de cajas de cambios
“La caja de cambios hace ruido” es un punto de partida, pero no basta para evaluar la aplicación. Tanto si un fabricante de equipos originales (OEM) se pone en contacto con un fabricante de cajas de cambios planetarias como con un proveedor de reductores de alta precisión, una consulta técnica útil debe incluir:
- Modelo, relación de transmisión, orientación e historial de funcionamiento de la caja de cambios
- Modelo del motor o del servo y ajustes de control relacionados con el síntoma
- Velocidad de entrada, par de salida o carga, ciclo de trabajo y perfil de aceleración
- El momento exacto del ciclo en el que aparece el ruido
- Temperaturas de funcionamiento en frío y en caliente
- Tipo de lubricante, cantidad, historial de relubricación y cualquier operación de mantenimiento reciente
- Montaje, acoplamiento y disposición en el lado de la carga
- Grabación de audio o vídeo desde una posición fija
- Datos de vibración con punto de medición, dirección, referencia de velocidad y parámetros de adquisición
- Una comparación con datos anteriores o con una máquina idéntica que funcione con normalidad
Esta información permite distinguir un problema interno de la caja de cambios de causas relacionadas con la instalación, la lubricación, la estructura, la carga o el control.
Ruido y vibraciones de la caja de cambios
La conclusión práctica
Un ruido más fuerte procedente de la caja de cambios indica que el sistema de transmisión ha cambiado. No es señal de que la caja de cambios haya fallado.
Empieza con una referencia controlada. Identifica la frecuencia que está aumentando. Relaciónala con un eje, un engranaje, un cojinete, un modo estructural o un evento de movimiento. A continuación, cambia una variable y vuelve a medir.
Esa es la diferencia entre sustituir el componente que más ruido hace y solucionar la causa real.
Nota técnica de CHIFLY: CHIFLY desarrolla soluciones de transmisión de precisión y componentes de transmisión para la automatización industrial, entre los que se incluyen reductores planetarios, reductores armónicos, acoplamientos de precisión, sistemas de cremallera y piñón, husillos de bolas, guías lineales y cilindros eléctricos. Al solicitar asistencia para una aplicación o para la resolución de problemas, indique la velocidad de funcionamiento, la carga, el ciclo de trabajo, la temperatura, la disposición de montaje, el historial de lubricación y, si dispone de ellos, datos comparables sobre vibraciones. La información específica sobre el funcionamiento permite un análisis técnico más útil que una simple grabación de sonido.