Por que é que a minha caixa de velocidades está a ficar mais barulhenta? Guia sobre ruído nas transmissões industriais | CHIFLY

Ruído e vibração da caixa de velocidades

Comece pela tendência, não por um único número

Uma única leitura da pressão sonora ou da vibração tem um valor limitado sem contexto. Uma leitura de 3 mm/s pode ser normal para uma máquina e anormal para outra. Uma variação muito menor pode ser relevante se a mesma máquina tiver funcionado anteriormente de forma estável a um nível mais baixo.

Compare as medições apenas quando as condições forem repetíveis:

• Utilize o mesmo ponto de medição e a mesma orientação do sensor.
• Registe a mesma velocidade, carga, sentido de rotação e perfil de movimento.
• Separe os dados relativos ao arranque a frio dos dados recolhidos após a estabilização térmica.
• Indique se o aumento foi repentino ou se se desenvolveu ao longo de semanas ou meses.
• Compare as condições de marcha lenta, sem carga e com carga de trabalho, sempre que a máquina o permitir.

ISO 20816-3:2022 avalia a vibração das máquinas industriais recorrendo tanto a valores de vibração em estado estacionário como a variações na amplitude da vibração. Salienta ainda que os componentes de frequência específicos nem sempre acompanham a gravidade da vibração em banda larga. Na prática, isso significa que uma linha de base estável e um componente espectral crescente podem fornecer mais informações do que um único valor RMS global.

Ruído e vibração da caixa de velocidades

Não culpe a caixa de velocidades demasiado cedo

O ruído propaga-se através de eixos, caixas, placas e estruturas das máquinas. Uma excitação relativamente pequena pode parecer intensa depois de ser amplificada por uma proteção fina, uma placa de montagem ou um invólucro.

Antes de considerar a caixa de velocidades como a causa principal confirmada, inspecione todo o percurso mecânico:

• Rolamentos do motor e excitação eletromagnética
• Fixação por acoplamento, ligações com chaveta e ligações com disco de contração
• Alinhamento entre o motor e a caixa de velocidades
• Planicidade do flange de montagem da caixa de velocidades e binário dos parafusos
• Rigidez da estrutura da máquina, desvio de pé e ressonância estrutural
• Rolamentos do lado da carga, parafusos de esferas, cremalheiras, pinhões e guias lineares
• Aceleração do servo, ganho do circuito de velocidade e oscilação
• Rolamentos, engrenagens e lubrificação da caixa de velocidades interna

Uma caixa de velocidades pode ser o objeto mais ruidoso do sistema, sem ser o componente que deu origem ao problema.

Ruído e vibração da caixa de velocidades

Usa o som como uma pista, não como um veredicto

Os diferentes sons podem restringir a lista de suspeitos, mas o som, por si só, não permite confirmar uma avaria.

A temperatura, o espectro de vibração, o estado da lubrificação e a inspeção mecânica devem confirmar a direção sugerida pelo ruído.

Ruído e vibração da caixa de velocidades

Associe o sintoma à condição de funcionamento

O momento em que a vibração surge é, muitas vezes, tão importante quanto a sua amplitude.

A vibração aumenta lentamente com o passar do tempo

Um aumento gradual pode indicar deterioração do lubrificante, contaminação, desgaste da superfície das engrenagens ou fadiga dos rolamentos. Analise o nível de banda larga de alta frequência, o espectro de envelope, o estado do óleo ou da massa lubrificante e os dados relativos às partículas de desgaste. Uma tendência que se afasta de forma constante da linha de referência própria da máquina merece atenção, mesmo que não tenha ultrapassado um valor de alarme genérico.

O ruído surge principalmente sob carga

Suspeite de problemas de contacto entre os dentes, deflexão do eixo, sobrecarga, desalinhamento ou uma condição de montagem que provoque deslocamento quando é aplicado binário. Compare a frequência de engrenagem e as suas bandas laterais sem carga e com carga de trabalho. Registe também o binário real, em vez de se basear apenas no valor comandado.

Picos de vibração numa faixa de velocidade reduzida

Este padrão indica frequentemente a presença de ressonância. Faça a máquina funcionar lentamente ao longo da gama de velocidades, sempre que for seguro, e registe os dados tanto da aceleração como da desaceleração. Se a amplitude aumentar acentuadamente perto de uma determinada velocidade e voltar a diminuir acima dessa velocidade, inspecione a placa de montagem, a proteção, a estrutura e outras estruturas flexíveis antes de concluir que existe danos nos dentes.

O impacto ocorre durante a inversão

A inversão reúne todas as pequenas folgas num único evento. Verifique o aperto do acoplamento, o ajuste do eixo, as ranhuras de chaveta, os discos de contração, as ligações de saída, a folga da caixa de velocidades e a aceleração comandada. Reduzir a aceleração para uma comparação controlada pode ajudar a distinguir uma folga mecânica de um impacto induzido pelo sistema de controlo.

A vibração axial é invulgarmente elevada

Verifique o desalinhamento angular, a pré-carga axial, a carga de empuxo e o desvio da face. Componentes axiais potentes a uma ou duas vezes a velocidade do eixo justificam frequentemente um alinhamento mais rigoroso e uma revisão da força de empuxo.

A vibração radial é determinada pela velocidade de funcionamento multiplicada por um

O desequilíbrio, a excentricidade e o desvio de instalação passam a ocupar posições mais altas na lista de suspeitos. As medições de fase, o equilíbrio dinâmico, o desvio radial e as verificações de concentricidade podem ajudar a distingui-los.

Várias harmónicas da velocidade de funcionamento aumentam em simultâneo

Folga mecânica, instabilidade, uma base rachada ou uma flange deformada podem produzir uma série de harmónicos em vez de um único pico nítido. Inspecione o binário dos parafusos, as superfícies de contacto, a rigidez da fundação e as condições de assentamento.

Ruído e vibração da caixa de velocidades

Verifique a frequência antes de substituir o componente

A análise de frequência associa um pico de vibração a uma peça rotativa ou a um fenómeno mecânico recorrente.

A frequência de rotação do eixo é:

em que \(n\) é a velocidade do eixo em r/min e \(f_r\) é a frequência de rotação em Hz.

No caso de um par de engrenagens simples, a frequência de engrenagem pode ser estimada da seguinte forma:

onde \(Z\) é o número de dentes da engrenagem e \(f_r\) é a frequência de rotação do eixo dessa engrenagem.

O pico GMF, por si só, não constitui uma prova de danos. As caixas de velocidades geram naturalmente frequências de engrenagem. O padrão em torno do pico é que importa. O aumento das bandas laterais espaçadas à frequência de rotação do eixo pode indicar modulação relacionada com excentricidade, desalinhamento, folga ou alterações no estado dos dentes. O documento oficial da SKF guia de análise de espectro aborda o valor diagnóstico das bandas laterais do GMF e refere que o aumento da amplitude ou do número de bandas laterais pode estar associado a problemas nos componentes da caixa de velocidades.

Defeitos precoces nos rolamentos e nas engrenagens podem produzir impactos repetitivos de baixa amplitude a frequências superiores à vibração rotacional dominante. Estes sinais podem passar despercebidos devido à vibração estrutural da máquina numa leitura global convencional. A introdução da SKF à monitorização de vibrações explica como a análise de envelope ou de demodulação suprime o conteúdo rotacional de frequência mais baixa e revela a atividade repetitiva dos rolamentos e da engrenagem.

É por isso que um valor de banda larga é útil para a triagem, mas raramente é suficiente para o diagnóstico da causa principal.

Ruído e vibração da caixa de velocidades

Uma sequência prática de diagnóstico no local

1. Decida se a máquina deve continuar a funcionar

Interrompa o teste e siga os procedimentos de segurança do fabricante da máquina caso observe um aumento repentino e acentuado da vibração, impacto metálico, rangido, bloqueio intermitente, aumento rápido da temperatura, perda de pressão de lubrificação, fuga grave, fumo, cheiro a queimado ou folga ou fissuras visíveis. Não mantenha uma máquina em mau estado de funcionamento apenas para obter um conjunto de dados mais preciso.

2. Fixar as condições de ensaio

Registe a velocidade de entrada, a carga ou o binário de saída, a direção, as condições a frio ou a quente, o perfil de aceleração, o tipo e a quantidade de lubrificante, a manutenção recente, a posição do sensor, a direção do sensor e o método de montagem. Os dados recolhidos em condições diferentes não permitem estabelecer uma tendência fiável.

3. Medir ao longo de todo o percurso da transmissão

Os pontos típicos incluem as caixas de rolamentos da extremidade de acionamento e da extremidade não acionada do motor, as áreas dos rolamentos de entrada e saída da caixa de velocidades, as posições da caixa mais próximas de cada estágio de engrenagem, o flange de montagem, a base e o suporte do rolamento do lado da carga.

Sempre que o acesso e a segurança o permitirem, meça nas direções radial horizontal, radial vertical e axial. Coloque o sensor sobre uma superfície rígida. Uma proteção fina, uma placa de identificação ou uma superfície magnética instável podem distorcer o resultado.

4. Avaliar primeiro a situação geral e, em seguida, identificar a origem

Utilize o nível de pressão sonora e o valor RMS da velocidade de vibração para determinar a tendência geral. Adicione a aceleração, o deslocamento e a temperatura da caixa quando a aplicação assim o exigir.

Para a localização, utilize espectros FFT, formas de onda temporais, análise de envelope, medições de fase, acompanhamento de ordens durante a aceleração ou desaceleração, gráficos em cascata e análise de lubrificantes ou partículas de desgaste. O método adequado depende do sintoma. Mais dados não significam automaticamente melhores resultados se as condições de ensaio estiverem em constante mudança.

5. Criar um mapa de frequências por componente

Indique a velocidade do motor, as frequências dos eixos de entrada e de saída, as frequências dos eixos intermédios, o número de dentes, os GMF, os modelos dos rolamentos e as frequências de defeito calculadas, as frequências de passagem do fuso de esferas ou da cremalheira e as frequências elétricas relevantes.

Um espectro sem uma referência de velocidade precisa apresenta picos. Não permite identificar de forma fiável qual o eixo ou componente que os produziu.

6. Testar uma hipótese de cada vez

Se houver suspeita de ressonância, efetue uma variação controlada da velocidade. Se houver suspeita de sobrecarga, compare o funcionamento sem carga com o funcionamento sob carga. Se houver suspeita de folga, inspecione as marcas de binário e os encaixes.

Evite substituir o rolamento e o acoplamento, mudar o lubrificante, reforçar a base e reajustar o servo numa única janela de manutenção. O ruído pode desaparecer, mas a causa principal continuará por identificar.

7. Repita a medição após a realização dos trabalhos de correção

Utilize os mesmos pontos, direções, velocidade, carga, estado térmico e parâmetros de aquisição. Compare a vibração global, os picos espectrais principais, o GMF e as bandas laterais, o espectro de envelope, o aumento de temperatura, o ruído e o desempenho de posicionamento.

Sem uma comparação controlada “antes e depois”, «soa melhor» é o único resultado. Isso não é suficiente para uma decisão de manutenção repetível.

Ruído e vibração da caixa de velocidades

Quatro erros que fazem perder tempo no diagnóstico

Considerar os dB ou os mm/s como o diagnóstico completo

Os valores globais podem indicar que a máquina sofreu alterações. Por si só, não permitem identificar um rolamento, um par de engrenagens, um acoplamento ou um modo estrutural.

Adicionar lubrificante sempre que a máquina começar a fazer ruído

Uma quantidade insuficiente de lubrificante pode aumentar o atrito e o desgaste. Uma quantidade excessiva pode aumentar a resistência à agitação e a temperatura, especialmente quando a graxa em excesso não consegue ser expelida. Uma consistência, viscosidade ou sistema de aditivos inadequados, ou uma mistura incompatível, também podem causar problemas. A SKF’s Guia de avarias nos rolamentos e resolução de problemas enumera a quantidade insuficiente, excessiva e o tipo incorreto de lubrificante entre as possíveis causas de calor ou ruído excessivos.

Verifique o lubrificante especificado, a quantidade a adicionar, a compatibilidade, o percurso de purga e o histórico de contaminação antes de adicionar mais lubrificante.

Alterar várias variáveis de uma só vez

Isto pode restabelecer o funcionamento, mas destrói as provas necessárias para evitar que a mesma avaria volte a ocorrer. As comparações controladas demoram mais tempo no início, mas poupam tempo da próxima vez que o sintoma surgir.

Aplicação de um limite ISO geral a todas as caixas de velocidades de precisão

ISO 20816-9:2020 abrange redutores fechados, instalados individualmente, com potências entre 10 kW e 100 MW e velocidades de rotação nominais entre 30 e 12 000 r/min. Os seus critérios de vibração de banda larga têm uma aplicação limitada ao estado dos próprios engrenagens, enquanto as técnicas especializadas de diagnóstico de engrenagens ficam fora do seu âmbito.

Uma caixa de engrenagens planetárias de baixa folga, um redutor harmónico ou outro pequeno redutor de engrenagens de precisão pode não se enquadrar nessa gama de potência ou funcionar sob ciclos de funcionamento transitórios que diferem da base de estado estacionário da norma. Utilize em conjunto as condições de aceitação do fabricante, uma referência de unidade em bom estado, tendências históricas da mesma máquina, alterações de frequência e de encomendas, temperatura, estado do lubrificante, dados de precisão e inspeção física.

Ruído e vibração da caixa de velocidades

Os dados de que o seu fornecedor de caixas de velocidades realmente necessita

“A caixa de velocidades é ruidosa” é um ponto de partida, mas não é suficiente para avaliar a aplicação. Quer um fabricante de equipamento original (OEM) contacte um fabricante de caixas de velocidades planetárias ou um fornecedor de redutores de alta precisão, um pedido de informação técnica útil deve incluir:

• Modelo, relação de transmissão, orientação e histórico de funcionamento da caixa de velocidades
• Modelo do motor ou servo e definições de controlo relevantes para o sintoma
• Velocidade de entrada, binário de saída ou carga, ciclo de trabalho e perfil de aceleração
• O momento exato do ciclo em que o ruído surge
• Temperaturas de funcionamento frias e quentes
• Tipo de lubrificante, quantidade, histórico de relubrificação e quaisquer intervenções de manutenção recentes
• Montagem, acoplamento e disposição do lado da carga
• Áudio ou vídeo gravado a partir de uma posição fixa
• Dados de vibração com ponto de medição, direção, referência de velocidade e definições de aquisição
• Uma comparação com dados anteriores ou com uma máquina idêntica que funcione normalmente

Esta informação ajuda a distinguir um problema interno da caixa de velocidades de causas relacionadas com a instalação, a lubrificação, a estrutura, a carga ou o controlo.

Ruído e vibração da caixa de velocidades

A conclusão prática

Uma caixa de velocidades mais ruidosa é indício de que o sistema de transmissão sofreu alterações. Não é prova de que a caixa de velocidades tenha avariado.

Comece com uma linha de base controlada. Identifique a frequência que está a aumentar. Relacione-a com um eixo, uma engrenagem, um rolamento, um modo estrutural ou um evento de movimento. Em seguida, altere uma variável e volte a medir.

Essa é a diferença entre substituir o componente que mais ruído faz e resolver a causa real.