Почему моя коробка передач стала работать громче? Руководство по шуму промышленных трансмиссий | CHIFLY

Шум и вибрация коробки передач

Начинайте с общей тенденции, а не с отдельного числа

Однократное измерение звукового давления или вибрации имеет ограниченную ценность без учета контекста. Показатель 3 мм/с может быть нормальным для одной машины и аномальным для другой. Даже гораздо меньшее изменение может иметь значение, если ранее эта же машина работала стабильно на более низком уровне.

Сравнивайте результаты измерений только в тех случаях, когда условия являются воспроизводимыми:

• Используйте одну и ту же точку измерения и одно и то же направление датчика.
• Зафиксируйте одинаковые значения скорости, нагрузки, направления вращения и профиля движения.
• Отделите данные, полученные при холодном запуске, от данных, полученных после термической стабилизации.
• Укажите, было ли это обострение внезапным или развивалось в течение нескольких недель или месяцев.
• Сравните режимы холостого хода, работы без нагрузки и работы под нагрузкой, если это допускает данная машина.

ISO 20816-3:2022 оценивает вибрацию промышленных машин с учетом как значений вибрации в установившемся режиме, так и изменений амплитуды вибрации. В ней также отмечается, что отдельные частотные компоненты не всегда соответствуют интенсивности широкополосной вибрации. На практике это означает, что стабильная базовая линия и растущая спектральная составляющая могут дать больше информации, чем одно общее среднеквадратичное значение.

Шум и вибрация коробки передач

Не спешите винить коробку передач

Шум распространяется через валы, корпуса, пластины и рамы станков. Даже относительно небольшое возбуждение может звучать очень громко после того, как его усиливает тонкая защитная панель, монтажная пластина или кожух.

Прежде чем считать коробку передач подтвержденной первопричиной, проверьте весь механический путь:

• Подшипники двигателя и электромагнитное возбуждение
• Зажимные соединения, шпоночные соединения и соединения с термоусадочными дисками
• Выравнивание двигателя по отношению к коробке передач
• Плоскостность монтажного фланца коробки передач и момент затяжки болтов
• Жесткость станины станка, «мягкая нога» и резонанс конструкции
• Подшипники со стороны нагрузки, шариковые винты, зубчатые рейки, шестерни и линейные направляющие
• Ускорение сервопривода, коэффициент усиления контура скорости и колебания
• Внутренние подшипники редуктора, шестерни и смазка

Коробка передач может быть самым шумным элементом в системе, не будучи при этом тем компонентом, который стал причиной неисправности.

Шум и вибрация коробки передач

Используйте звук как подсказку, а не как окончательный вывод

Различные звуки могут сузить круг подозреваемых, но один только звук не может подтвердить наличие неисправности.

Температура, спектр вибрации, состояние смазки и результаты механического осмотра должны подтвердить направление, на которое указывает звук.

Шум и вибрация коробки передач

Соотнесите симптом с условием эксплуатации

Момент появления колебаний зачастую имеет такое же значение, как и их амплитуда.

С течением времени уровень вибрации постепенно увеличивается

Постепенное увеличение показателей может свидетельствовать о порче смазочного материала, загрязнении, износе поверхностей зубчатых колес или усталости подшипников. Проанализируйте уровень высокочастотного широкополосного сигнала, спектр огибающей, состояние масла или смазки, а также данные о частицах износа. Тенденция, которая неуклонно отклоняется от собственного базового уровня станка, заслуживает внимания, даже если она не превысила общее пороговое значение сигнала тревоги.

Шум возникает в основном при нагрузке

Следует обратить внимание на возможные проблемы с зацеплением зубьев, прогиб вала, перегрузку, несоосность или смещение крепления при приложении крутящего момента. Сравните частоту зацепления шестерен и их боковые полосы как без нагрузки, так и под рабочей нагрузкой. Кроме того, фиксируйте фактическое значение крутящего момента, а не полагайтесь исключительно на заданное значение.

Пики вибрации в узком диапазоне скоростей

Такая картина часто свидетельствует о резонансе. Проведите медленное регулирование скорости в пределах допустимого диапазона (при соблюдении мер безопасности) и зафиксируйте данные как при разгоне, так и при замедлении. Если амплитуда резко возрастает вблизи одной из скоростей и снова снижается при превышении этой скорости, прежде чем делать вывод о повреждении зубьев, проверьте монтажную пластину, защитный кожух, раму и другие гибкие конструкции.

Удар происходит во время разворота

Функция реверса объединяет все незначительные зазоры в одно событие. Проверьте зажимное соединение муфты, посадку вала, шпоночные пазы, термоусадочные диски, выходные соединения, люфт редуктора и заданное ускорение. Уменьшение ускорения для проведения контролируемого сравнения может помочь отделить механический зазор от воздействия, вызванного системой управления.

Осевая вибрация необычно высокая

Проверьте угловое смещение, осевую предварительную нагрузку, осевую нагрузку и биение торца. Значительные осевые составляющие, равные одной или двум скоростям вала, часто являются основанием для более тщательной центровки и пересмотра осевой нагрузки.

В радиальной вибрации преобладает частота, равная кратной скорости вращения

Дисбаланс, эксцентриситет и биение при монтаже занимают все более высокие позиции в списке возможных причин неисправности. Различить их помогают измерения фаз, динамическая балансировка, проверка радиального биения и соосности.

Несколько гармоник, связанных со скоростью движения, усиливаются одновременно

Механическая люфт, нестабильность опоры, трещина в фундаменте или деформация фланца могут приводить к появлению целой серии гармоник вместо одного четкого пика. Проверьте момент затяжки болтов, контактные поверхности, жесткость фундамента и условия посадки.

Шум и вибрация коробки передач

Перед заменой детали проверьте частоту

Частотный анализ позволяет установить связь между пиком колебаний и вращающимся элементом или повторяющимся механическим явлением.

Частота вращения вала составляет:

где \(n\) — скорость вала в об/мин, а \(f_r\) — частота вращения в Гц.

Для простой пары зубчатых колес частоту зацепления можно оценить следующим образом:

где \(Z\) — количество зубьев на шестерне, а \(f_r\) — частота вращения вала этой шестерни.

Сам по себе пик GMF не является подтверждением наличия повреждений. В редукторах естественным образом возникают частоты зацепления. Важное значение имеет характер сигнала вокруг этого пика. Увеличение боковых полос, расположенных на частоте вращения вала, может свидетельствовать о модуляции, связанной с эксцентриситетом, несоосностью, люфтом или изменениями состояния зубьев. Официальный документ SKF руководство по спектральному анализу рассматривает диагностическую ценность боковых полос GMF и отмечает, что увеличение амплитуды или количества боковых полос может быть связано с неисправностями компонентов редуктора.

Ранние дефекты подшипников и зубчатых передач могут вызывать повторяющиеся удары с низкой амплитудой на частотах, превышающих частоту доминирующих вращательных колебаний. При традиционном комплексном измерении эти сигналы могут затеряться на фоне структурных колебаний машины. В вводном материале SKF по мониторингу вибраций объясняется, как анализ огибающей или демодуляционный анализ подавляет низкочастотную составляющую вращения и выявляет повторяющуюся активность подшипников и зацепления зубчатых колес.

Именно поэтому показатель широкого диапазона полезен для первичного отбора, но редко бывает достаточным для выявления первопричины.

Шум и вибрация коробки передач

Практическая последовательность диагностических действий на месте

1. Решите, следует ли продолжить работу машины

Прекратите испытание и следуйте инструкциям по технике безопасности, предоставленным производителем оборудования, если вы заметили внезапное скачкообразное усиление вибрации, металлические удары, скрежет, периодические заклинивания, быстрое повышение температуры, падение давления смазки, сильную утечку, дым, запах гари или видимую ослабленность креплений либо трещины. Не продолжайте эксплуатацию оборудования, находящегося в неисправном состоянии, лишь для того, чтобы собрать более точные данные.

2. Зафиксировать условия испытаний

Зафиксируйте скорость на входе, нагрузку или крутящий момент на выходе, направление вращения, рабочие условия (в холодном или горячем состоянии), профиль ускорения, тип и количество смазочного материала, информацию о последнем техническом обслуживании, положение датчика, направление датчика и способ крепления. Данные, собранные в разных условиях, не позволяют сформировать достоверную динамику.

3. Произвести измерение по всему пути прохождения сигнала

К типичным точкам относятся корпуса подшипников на приводной и неприводной сторонах двигателя, зоны входных и выходных подшипников редуктора, участки корпуса, расположенные ближе всего к каждому ступенчатому редуктору, монтажный фланец, основание и опора подшипника со стороны нагрузки.

Если позволяют условия доступа и безопасности, произведите измерения в горизонтальном радиальном, вертикальном радиальном и осевом направлениях. Установите датчик на жесткую поверхность. Тонкая защитная накладка, табличка с маркировкой или нестабильная магнитная поверхность могут привести к искажению результатов.

4. Сначала оцените общее состояние, а затем определите источник проблемы

Для определения общей тенденции используйте уровень звукового давления и среднеквадратичное значение скорости колебаний. Добавьте ускорение, смещение и температуру корпуса, если это требуется в конкретной ситуации.

Для определения места неисправности используйте спектры БПФ, временные диаграммы, анализ огибающей, измерения фазы, отслеживание порядков во время разгона или затухания, водопадные графики, а также анализ смазочных материалов или частиц износа. Выбор подходящего метода зависит от характера симптома. Увеличение объема данных не всегда приводит к улучшению результатов, если условия испытаний постоянно меняются.

5. Построить соотношение «частота — компонент»

Укажите частоту вращения двигателя, частоты входного и выходного валов, частоты промежуточного вала, количество зубьев, коэффициенты GMF, модели подшипников и расчетные частоты дефектов, частоты прохождения шарико-винтовой пары или зубчатой рейки, а также соответствующие электрические частоты.

На спектре без точного эталона скорости видны пики. Он не позволяет достоверно определить, какой вал или узел их вызвал.

6. Проверяйте по одной гипотезе за раз

Если есть подозрение на резонанс, выполните регулировку скорости в контролируемом режиме. Если есть подозрение на нагрузку, сравните работу в режиме без нагрузки и под нагрузкой. Если есть подозрение на ослабление, проверьте следы от крутящего момента и посадку деталей.

Не следует за один цикл технического обслуживания производить замену подшипника и муфты, смену смазочного материала, усиление основания и перенастройку сервопривода. Шум может исчезнуть, но первопричина останется неизвестной.

7. Повторите измерение после проведения корректирующих работ

Используйте одинаковые точки измерения, направления, скорость, нагрузку, тепловое состояние и настройки сбора данных. Сравните общую вибрацию, основные спектральные пики, GMF и боковые полосы, спектр огибающей, повышение температуры, уровень шума и характеристики позиционирования.

Без контролируемого сравнения “до” и «после» единственным результатом будет лишь утверждение «звучит лучше». Этого недостаточно для принятия обоснованного решения о техническом обслуживании.

Шум и вибрация коробки передач

Четыре ошибки, которые приводят к потере времени при диагностике

Рассматривать значения в дБ или мм/с в качестве полного диагноза

Общие показатели могут свидетельствовать о том, что состояние машины изменилось. Однако сами по себе они не позволяют определить, о каком именно элементе идет речь — подшипнике, паре шестерен, муфте или режиме работы конструкции.

Смазывать машину при появлении шума

Недостаточное количество смазки может привести к увеличению трения и износа. Избыточное количество может повысить сопротивление перемешиванию и температуру, особенно если избыточная смазка не может быть удалена. Неправильная консистенция, вязкость, система присадок или несовместимая смесь также могут вызвать проблемы. SKF Руководство по устранению неисправностей и ремонту подшипников в качестве возможных причин перегрева или шума перечисляет недостаток, избыток и несоответствующий тип смазочного материала.

Перед доливкой проверьте тип смазочного материала, объем долива, совместимость, маршрут продувки и историю загрязнений.

Изменение нескольких переменных одновременно

Это может восстановить работоспособность, но при этом уничтожаются данные, необходимые для предотвращения повторного сбоя. Контролируемые сравнения вначале занимают больше времени, но позволяют сэкономить время при следующем появлении данного симптома.

Применение общего предела, установленного стандартом ISO, ко всем прецизионным редукторам

ISO 20816-9:2020 охватывает отдельно размещенные герметичные редукторы мощностью от 10 кВт до 100 МВт и с номинальной частотой вращения от 30 до 12 000 об/мин. Критерии широкополосной вибрации находят ограниченное применение при оценке состояния самих редукторов, тогда как специализированные методы диагностики редукторов выходят за рамки данной области.

Планетарный редуктор с малым зазором, гармонический редуктор или другой небольшой прецизионный редуктор может выходить за пределы указанного диапазона мощности или работать в условиях переходных режимов, отличающихся от стационарных условий, заложенных в стандарте. Следует комплексно учитывать условия приемки, установленные производителем, базовые показатели исправного агрегата, исторические тенденции для данного конкретного станка, изменения частоты и порядка, температуру, состояние смазочного материала, данные о точности, а также результаты визуального осмотра.

Шум и вибрация коробки передач

Данные, которые действительно нужны вашему поставщику коробки передач

“Коробка передач шумит” — это отправная точка, но ее недостаточно для оценки конкретного случая применения. Независимо от того, обращается ли производитель оригинального оборудования (OEM) к производителю планетарных редукторов или к поставщику высокоточных редукторов, полезный технический запрос должен включать:

• Модель коробки передач, передаточное число, ориентация и история эксплуатации
• Модель двигателя или сервопривода и настройки управления, имеющие отношение к данному симптому
• Скорость на входе, выходной крутящий момент или нагрузка, рабочий цикл и профиль ускорения
• Точный момент в цикле, когда появляется шум
• Температуры эксплуатации: низкие и высокие
• Тип смазочного материала, его количество, история повторных смазок и любые недавние работы по техническому обслуживанию
• Монтаж, соединение и расположение на стороне нагрузки
• Аудио- или видеозапись, сделанная с фиксированной позиции
• Данные о вибрации с указанием точки измерения, направления, эталонной скорости и параметров сбора данных
• Сравнение с более ранними данными или с аналогичным оборудованием, работающим в штатном режиме

Эта информация помогает отличить неисправность, связанную с внутренними узлами редуктора, от проблем, обусловленных монтажом, смазкой, конструкцией, нагрузкой или системой управления.

Шум и вибрация коробки передач

Практический вывод

Более громкий шум коробки передач свидетельствует о том, что в системе трансмиссии произошли изменения. Это не означает, что коробка передач вышла из строя.

Начните с контролируемого исходного состояния. Определите частоту, которая увеличивается. Свяжите её с валом, зацеплением, подшипником, модой колебаний конструкции или событием движения. Затем измените одну переменную и проведите повторное измерение.

В этом и заключается разница между заменой самого шумного компонента и устранением истинной причины.