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Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades: o que podem indicar os ruídos agudos, zumbidos, estalidos e rangidos
Um guia prático sobre a utilização do som, das condições de funcionamento e de medições repetíveis para identificar a origem do ruído da caixa de velocidades.
A A caixa de velocidades, que tem funcionado silenciosamente há meses, começa a emitir um ruído agudo quando está sob carga. O ruído parece ser mais intenso na zona da carcaça, pelo que a culpa recai, em primeiro lugar, sobre a caixa de velocidades.
Essa conclusão pode estar correta. Mas também pode conduzir a inspeção na direção errada.
O ruído medido numa caixa de velocidades pode ter origem nas engrenagens ou nos rolamentos, mas também pode propagar-se através do adaptador do motor, da placa de montagem, do suporte de saída ou da máquina acionada. A carcaça pode ser simplesmente a superfície que irradia o som. A Siemens faz a mesma distinção nas suas orientações relativas aos motoredutores: o ruído emitido por uma caixa de velocidades não é necessariamente gerado no seu interior.
A pergunta pertinente não é: “O que significa este som?”, mas sim:
Em que condições de velocidade, carga, temperatura e direção é que o som surge ou se intensifica?
Essa relação costuma dar mais informações a um engenheiro do que a mera descrição do ruído. Na CHIFLY, consideramos a descrição do ruído como um ponto de partida, e não como o diagnóstico.
Caixa de engrenagens planetárias de precisão CHIFLY apresentada num cenário de teste acústico. A imagem editada combina uma fotografia real do produto CHIFLY com um fundo de laboratório reconstruído.
Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades
Comece pelo padrão de funcionamento
Palavras como lamentar-se, hum, clique, e moer são subjetivos. Utilize-os para descrever o que ouve, e não para determinar que um componente está avariado.
| Descrição do som | Direção da inspeção | Observação útil |
|---|---|---|
| Um guincho agudo | Engrenagem, contacto irregular entre os dentes, alinhamento, lubrificação, ressonância estrutural | A altura do tom varia em função da velocidade? A amplitude aumenta sob carga? |
| Zumbido constante | Excitação do motor ou do acionamento, componentes de engrenagem normais, travão, ventilador, ressonância da estrutura da máquina | Segue a velocidade do motor, a excitação elétrica ou uma faixa de velocidade restrita? |
| Estalidos ou batidas rítmicas | Consumo de folga, ligação frouxa, irregularidade num dente ou num componente rotativo, excentricidade do eixo | A frequência de repetição está ligada a uma rotação do eixo? Ocorre apenas na inversão do sentido de rotação? |
| Esmerilagem ou raspagem grosseira | Danos nos rolamentos ou na superfície dos dentes, contaminação ou perda de lubrificante, interferência, materiais estranhos | Apareceu de repente? A temperatura ou a vibração estão a aumentar juntamente com isso? |
Duas avarias podem apresentar sons semelhantes. Uma avaria pode produzir vários sons. Utilize a tabela como um meio para definir as prioridades de inspeção.
Figura 1. Os ruídos como guinchos, zumbidos, estalidos e rangidos ajudam a definir as prioridades para a próxima inspeção. Por si só, não identificam uma peça avariada.
Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades
Um guincho agudo e o ruído das engrenagens a engrenarem
O engate das engrenagens gera uma excitação periódica, mesmo numa caixa de velocidades em bom estado. No caso de um par de engrenagens simples de eixos fixos, a frequência de engate das engrenagens é:
fGMF = fshaft × Z
Aqui, fshaft é a frequência de rotação dessa engrenagem e Z é o número de dentes. Ambas as rodas dentadas do par produzem a mesma frequência de engrenagem.
À medida que a velocidade do eixo aumenta, a frequência de engrenagem aumenta também. Um ruído relacionado com as engrenagens tende, frequentemente, a subir de tom. A sua amplitude, no entanto, depende de muito mais do que apenas a velocidade: a carga transmitida, o contacto entre os dentes, as variações de fabrico, a lubrificação, o suporte dos rolamentos, a resposta da caixa de engrenagens e a rigidez da máquina instalada são todos fatores importantes.
Caixas de engrenagens planetárias de precisão É necessário um comentário à parte. O seu padrão de vibração não pode ser reduzido a uma velocidade do eixo multiplicada por um número de dentes. O movimento do sol, do anel, dos planetários e do porta-satélites contribui para o resultado, enquanto o número de planetários e a posição do sensor afetam a modulação e as bandas laterais medidas. Utilize a arquitetura da caixa de velocidades e os dados dos dentes para calcular as ordens esperadas antes de atribuir um pico espectral a um componente interno.
Um zumbido constante, presente desde a entrada em serviço, pode fazer parte da assinatura acústica normal da máquina. Um novo tom, um aumento rápido ou uma alteração evidente dependente da carga merecem uma inspeção.
Comece por estes pontos:
- Planicidade da flange de montagem e binário de aperto
- Alinhamento e ligação do motor à caixa de velocidades
- Apoio no lado de saída e carga radial ou axial aplicada
- Especificações e estado do lubrificante, quando aplicável
- Suporte do rolamento, folga interna ou pré-carga, avaliados pelo fabricante ou por pessoal de assistência técnica qualificado
- Placas, proteções e estruturas flexíveis capazes de amplificar a excitação normal
A SEW-EURODRIVE refere a deformação da caixa durante o aperto e a rigidez insuficiente da fundação entre as possíveis causas de ruídos de funcionamento invulgares. Trata-se de orientações gerais relativas a redutores industriais, não de um critério de diagnóstico aplicável a todos os redutores planetários de precisão, mas o princípio de instalação continua a ser importante: um redutor de precisão não consegue corrigir uma interface de montagem deformada.
Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades
Zumbido e vibração transmitida
Um zumbido constante não indica automaticamente que os dentes estejam danificados. A origem pode ser o motor, o servoacionamento, o travão, a ventoinha de arrefecimento ou a estrutura da máquina. A vibração pode, então, propagar-se pelo conjunto e irradiar a partir da caixa de engrenagens.
Verifique se o zumbido varia em função da velocidade do motor, da carga, das definições do sistema de acionamento ou do estado do travão. Um aumento acentuado numa faixa de velocidade estreita sugere a possibilidade de ressonância estrutural.
Não teste essa possibilidade alterando a velocidade de produção de forma aleatória. Utilize uma variação de velocidade aprovada e controlada, dentro dos limites estabelecidos pelo fabricante da máquina. Se o ruído e a vibração atingirem picos numa banda estreita e diminuírem em ambos os lados, inspecione a placa de base, a proteção, o suporte e a estrutura de montagem antes de abrir a caixa de velocidades.
Os dados de vibração ajudam a distinguir estas fontes. A vibração global mostra que a máquina sofreu alterações; um espectro revela qual a frequência que se alterou. A forma de onda temporal, a FFT, o acompanhamento de ordens e a análise do envelope respondem, cada uma, a questões diferentes.
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Estalidos e batidas
No caso dos cliques, o ritmo é mais importante do que o volume.
Conte os eventos e compare-os com as velocidades conhecidas do eixo. Um evento por rotação do eixo de entrada aponta para uma rotação no lado da entrada. Um por rotação do eixo de saída desvia a atenção para o eixo de saída, a ligação de saída ou um componente que gira a essa velocidade. Trata-se de uma pista, não de uma prova. Um defeito local na engrenagem também pode manifestar-se como modulação em torno da frequência de engrenagem, em vez de um clique audível nítido.
A inversão requer uma interpretação cuidadosa. Quando o binário muda de direção, a carga transfere-se para os flancos opostos dos dentes e as folgas são eliminadas. Um pequeno clique repetitivo pode ser normal para o projeto. Torna-se mais preocupante quando ocorre logo no início, aumenta com o tempo, é acompanhado por uma perda de movimento excessiva ou surge juntamente com uma perda de precisão de posicionamento.
Antes de culpar as mudanças, verifique:
- Aceleração e solavanco comandados
- Reação negativa às especificações da caixa de velocidades
- Adaptador do motor e ligação de fixação
- Acoplamento, chave ou ligação por contração, quando utilizados
- Flange de saída, parafusos e componente acionado
A SEW-EURODRIVE identifica o ruído de batida como um possível indício de uma irregularidade na transmissão e um ruído de funcionamento irregular como possível indício da presença de materiais estranhos no óleo. O próprio sistema interrompe o funcionamento e contacta o serviço de assistência sempre que se suspeite da presença de um objeto estranho no interior. O ruído, por si só, ainda não confirma qual é a situação existente.
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Esmerilagem e raspagem
Um novo ruído de atrito ou raspagem merece uma resposta mais rápida do que um zumbido constante. As possíveis causas incluem danos na superfície dos rolamentos, perda ou contaminação do lubrificante, superfícies dos dentes danificadas, desalinhamento grave, contacto indesejado ou presença de materiais estranhos.
Não prolongue um teste para recolher mais dados quando a retificação for acompanhada por qualquer uma das seguintes situações:
- Aumento rápido da temperatura na habitação
- Uma mudança radical na vibração
- Ratos metálicos ou movimento instável da saída
- Partículas ou lascas de metal visíveis no lubrificante
- Perda de óleo acompanhada de uma alteração acentuada no ruído
- Fumo, cheiro a queimado ou um alarme de segurança
Desligue o acionamento seguindo o procedimento aprovado para a máquina. Neutralize a energia mecânica armazenada antes da inspeção. Mantenha as proteções no lugar durante qualquer medição em funcionamento e nunca coloque uma sonda manual num acoplamento ou eixo em rotação.
Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades
Três comparações controladas
Uma boa resolução de problemas consiste em alterar uma variável de cada vez.
Funcionamento em vazio e sob carga
Mantenha a velocidade e a temperatura tão constantes quanto a máquina permitir e, em seguida, compare as condições aprovadas em vazio e sob carga. Um aumento significativo dependente da carga aponta para efeitos relacionados com a força, tais como o contacto entre os dentes, sobrecarga, alinhamento do eixo ou da flange, deformação da carcaça, suporte de saída ou flexibilidade estrutural.
É normal que se verifique algum aumento sob carga. Compare o resultado com os valores de referência da caixa de velocidades e com as condições de aceitação do fabricante, em vez de avaliar o ruído isoladamente.
Funcionamento a baixas temperaturas e com estabilidade térmica
Registe o ruído, a vibração e a temperatura da carcaça após o arranque e, novamente, depois de a máquina atingir um estado repetível e termicamente estável. Uma alteração após o aquecimento pode estar relacionada com a viscosidade do lubrificante, a expansão térmica, o atrito das juntas, a folga dos rolamentos, a pré-carga ou uma desvio no alinhamento.
No caso de uma caixa de velocidades de precisão selada, trata-se de informação de diagnóstico e não de autorização para abrir a unidade ou substituir o seu lubrificante. Siga as instruções de manutenção do produto.
Funcionamento em marcha à frente e à ré
Compare os sentidos de rotação apenas quando for permitida a operação em marcha-atrás. Um ruído de funcionamento dependente do sentido de rotação pode resultar de flancos dos dentes sujeitos a cargas diferentes, do alinhamento sob binário ou da folga na ligação de saída. Um impacto limitado à marcha-atrás também justifica uma revisão do perfil de movimento.
Figura 2. Altere uma condição-alvo de cada vez: carga transmitida, estado térmico ou direção do binário. Mantenha constantes as restantes condições de funcionamento e a configuração de medição.
Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades
Assegurar que as medições sejam repetíveis
Uma gravação feita com auscultadores é útil quando um engenheiro remoto precisa de ouvir o caráter e o ritmo de um som. No entanto, constitui uma prova pouco fiável para uma comparação quantitativa em decibéis, uma vez que os auscultadores costumam aplicar ganho automático, compressão e redução de ruído.
Para obter registos acústicos repetíveis, mantenha inalterados o microfone, a distância, a orientação, a configuração de ganho e as condições do ambiente. Registe a velocidade de funcionamento, a carga, a direção e a temperatura da carcaça em cada gravação.
As medições de vibração exigem a mesma disciplina:
- Utilize o mesmo ponto de medição fixo
- Mantenha inalterada a orientação do sensor radial ou axial
- Utilize o mesmo método de montagem do sensor
- Mantenha as definições da gama de medição, largura de banda, amostragem e processamento consistentes
- Registe a velocidade e a carga com os dados de vibração
Um único valor em dB ou um número global relativo à vibração tem pouco valor diagnóstico sem este contexto. Os dados de tendências recolhidos em condições repetíveis são muito mais úteis.
Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades
Registe as provas antes de substituir a máquina
Não altere simultaneamente o lubrificante, o alinhamento, os parâmetros do servo e as condições de montagem. O ruído pode desaparecer, mas o mesmo acontecerá com as pistas necessárias para identificar a causa.
Registe o modelo da caixa de velocidades, a relação de transmissão, o motor, a velocidade de entrada, a carga ou o binário de funcionamento, o sentido de rotação, a disposição de montagem, as temperaturas a frio e a quente e o histórico de manutenção. Adicione dados de áudio e vibração em pontos fixos, sempre que disponíveis. Se for permitida a inspeção do lubrificante, distinga um resíduo normal de rodagem de flocos, lascas ou uma tendência crescente de resíduos de desgaste.
Os manuais gerais de redutores industriais são úteis para compreender os princípios de resolução de problemas, mas não substituem os limites e os procedimentos de manutenção de um redutor planetário de precisão específico. Os dados específicos do modelo têm prioridade. Quando disponíveis, confirme a série e a relação exatas junto do fornecedor documentação do produto.
Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades
O som restringe a busca; as provas identificam a causa
O som de gemido, zumbido, estalido e rangido são descrições úteis. Nenhuma delas constitui um diagnóstico.
Relacione o ruído com a velocidade, a carga, a temperatura, a direção e a frequência de repetição. Em seguida, verifique a origem suspeita com base nos dados relativos à vibração, à temperatura, ao lubrificante, ao alinhamento e à inspeção mecânica. É assim que um engenheiro distingue um problema interno da caixa de velocidades de uma avaria no motor, na montagem, no sistema de controlo ou no lado da carga.
Quando tu contacte a CHIFLY para obter assistência na resolução de problemas, indique o modelo e a relação de transmissão da caixa de velocidades, as informações relativas ao motor, a velocidade de funcionamento, as condições de carga, a disposição de montagem e uma gravação efetuada em condições claramente especificadas. Uma comparação controlada é mais útil do que uma gravação com um volume mais elevado.
Diagnóstico de ruídos na caixa de velocidades
Referências
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