Engranaje helicoidal Ruido y vibración — Lo que revela el sonido y cómo eliminarlo mediante ingeniería

El aumento progresivo del ruido en un engranaje helicoidal a lo largo de los meses casi siempre indica uno de estos tres procesos: (1) Desgaste abrasivo: las partículas acumuladas durante el período inicial de funcionamiento no se eliminaron en el cambio de aceite de 50 a 100 horas (que muchos talleres omiten) y han estado desgastando progresivamente los flancos de los dientes, aumentando la desviación del perfil y el ruido de engranaje. (2) Degradación de la lubricación: el aceite original ha acumulado partículas metálicas y productos de oxidación que aumentan la fricción de engranaje y el ruido. (3) Desgaste de los cojinetes: los cojinetes de elementos rodantes en el eje del tornillo sin fin o el eje de la rueda están desarrollando descamación por fatiga. Para distinguir: si el aumento del ruido es suave y gradual, proporcional a la carga y la velocidad, es probable que se trate de (1) o (2). Si el ruido ha desarrollado un carácter de golpeteo o clic periódico, es probable que se trate de (3). Drene y reemplace el aceite primero; si el ruido no se reduce después del cambio de aceite y 2 horas de funcionamiento, proceda a la inspección de los cojinetes.

Sí, con la debida precaución. Los smartphones modernos contienen acelerómetros MEMS y micrófonos adecuados para detectar contenido de frecuencia en el rango de 20 a 2000 Hz, que cubre todas las frecuencias de engranaje para accionamientos industriales típicos. Hay disponibles aplicaciones gratuitas de análisis de vibraciones y FFT (Transformada Rápida de Fourier) para iOS y Android. La medición es más útil para identificar frecuencias periódicas: un pico pronunciado en el espectro FFT a una frecuencia conocida (frecuencia de engranaje calculada, frecuencia de defecto del rodamiento o frecuencia de rotación del eje) es un indicador fiable incluso con la calidad de medición de un smartphone. Las limitaciones: la medición de amplitud absoluta no es fiable (la posición y el acoplamiento del smartphone afectan a la lectura); no se captura contenido de muy baja frecuencia (por debajo de 20 Hz); y la medición requiere que el smartphone esté en contacto con la carcasa o la estructura de montaje, no suspendido en el aire.

El ruido proporcional a la carga en un engranaje helicoidal tiene dos causas principales. La primera es que una mayor carga produce una mayor fuerza de contacto, lo que genera una salida acústica de mayor amplitud a la frecuencia de engranaje; este comportamiento es normal y no indica un problema a menos que el nivel de ruido absoluto sea inaceptable. La segunda causa, que indica un problema de especificación, es que un patrón de contacto inadecuado (cobertura de ancho de cara inferior a 70%) concentra la carga de engranaje en una pequeña área del diente. Con carga ligera, la fuerza de contacto es lo suficientemente baja como para que incluso la pequeña área de contacto genere un ruido aceptable. Con carga máxima, la misma pequeña área de contacto se somete a una gran tensión, produciendo picos de fuerza de alta amplitud en cada engranaje, que se irradian como ruido de frecuencia de engranaje proporcional a la carga. Para distinguir el ruido normal proporcional a la carga del ruido generado por el patrón de contacto, compare la tasa de aumento del ruido: si duplicar la carga duplica la amplitud del ruido (aumento de 6 dB), se trata de una escala normal de fuerza-amplitud. Si el ruido aumenta más que proporcionalmente con la carga, la causa probable es un patrón de contacto inadecuado.

Se puede lograr un nivel de ruido de 60 dB(A) a 1 metro de la carcasa del engranaje para un accionamiento de engranaje helicoidal con carga y velocidad bajas a moderadas. La posibilidad de lograrlo depende principalmente de tres parámetros: (1) Tamaño del módulo: un módulo más pequeño produce una frecuencia de engranaje y una salida acústica más bajas con la misma relación de carga; (2) Clase de precisión: un conjunto de engranajes rectificados con rosca DIN 7 y un patrón de contacto documentado >=70% suele ser entre 8 y 14 dB(A) más silencioso que un DIN 9 con la misma carga; (3) Carcasa cerrada: una carcasa en baño de aceite sin vías de transmisión acústica a la estructura de la máquina proporciona entre 6 y 10 dB(A) de aislamiento acústico adicional en comparación con un conjunto de engranajes expuesto. Para entornos acústicos muy sensibles (consultorios médicos, salas de conciertos, estudios de grabación), especifique un conjunto de engranajes DIN 6 o DIN 7 con rueda de nailon PA66 si el par lo permite, lubricante PAO, soportes antivibración elásticos y revestimiento de espuma acústica en el interior de la carcasa.

El ruido aéreo se refiere a las ondas de presión acústica que se propagan directamente desde la carcasa del engranaje a través del aire hasta el oyente. El ruido estructural es la energía de vibración que viaja a través de la estructura de la máquina (pernos de montaje, elementos del bastidor, paneles) y se irradia como energía acústica desde una superficie mayor, más alejada del engranaje. Esta distinción es importante porque la solución es diferente. El ruido aéreo se reduce mediante cerramientos acústicos alrededor del engranaje o reduciendo la fuente de ruido del mismo. El ruido estructural se reduce interrumpiendo la trayectoria de transmisión de vibraciones entre la carcasa del engranaje y la estructura radiante, mediante el uso de soportes antivibratorios elásticos, acoplamientos flexibles o almohadillas de amortiguación acústica. En la práctica, la mayoría de las quejas por ruido de engranajes helicoidales en máquinas industriales se deben principalmente al ruido estructural: la carcasa del engranaje se acopla al bastidor de la máquina mediante pernos rígidos, y todo el panel de la máquina se convierte en un radiador de gran superficie a la frecuencia de engranaje.

Un ruido prominente solo a una velocidad de operación específica pero no a otras es característico de la resonancia estructural. A esa velocidad específica, la frecuencia de engranaje (f_mesh = n_worm x z1 / 60) coincide con una frecuencia natural de la carcasa, la estructura de montaje o el panel de la máquina. A esa frecuencia, la estructura amplifica la vibración de la fuerza de engranaje y la irradia con fuerza. Soluciones en orden de facilidad de implementación: (1) Cambiar ligeramente la velocidad de operación (incluso 3-5%) para desintonizar la frecuencia de engranaje de la resonancia estructural; si se utiliza un variador de velocidad, esto es un cambio de parámetro del controlador; (2) Agregar masa o rigidez a la estructura resonante para desplazar su frecuencia natural lejos de la frecuencia de engranaje; (3) Agregar amortiguación (material de amortiguación de capa restringida) al panel resonante para reducir su respuesta en resonancia; (4) Cambiar a una relación de engranajes diferente para producir una frecuencia de engranaje diferente a la misma velocidad de operación.

Sí, y por lo general no es señal de un problema. El aceite mineral para engranajes frío tiene una viscosidad mucho mayor que a temperatura de funcionamiento: el aceite mineral ISO VG 460 a 5 °C puede ser de 6 a 8 veces más viscoso que a 40 °C. Este aceite frío de alta viscosidad crea una mayor resistencia viscosa a medida que el tornillo sin fin gira a través de él, produciendo un ruido de agitación de baja frecuencia. A medida que la carcasa se calienta y la viscosidad del aceite disminuye hasta su rango de funcionamiento de diseño, el nivel de ruido se reduce. Si el ruido de arranque es de tipo agitación o gorgoteo y desaparece en 10-20 minutos de funcionamiento, se trata de un comportamiento normal de arranque en frío. Si el ruido de arranque es un golpeteo metálico o un rechinido que no desaparece con el calentamiento, se trata de un problema diferente: deténgase e investigue. Para eliminar el ruido de arranque en frío: cambie de aceite mineral a aceite sintético PAO, que tiene un índice de viscosidad mucho mayor (VI >150) y mantiene una viscosidad más constante en todo el rango de temperatura de arranque a funcionamiento.

Korea Ever-Power no proporciona datos de pruebas acústicas para conjuntos de engranajes como componentes independientes; la emisión acústica depende de la máquina completa, incluyendo la carcasa, la estructura de montaje, el acoplamiento y las condiciones de funcionamiento, no del conjunto de engranajes por sí solo. Para la documentación de emisiones de ruido de la Directiva de Maquinaria de la UE (requerida según el Anexo I, Sección 1.7.4), el responsable es el fabricante de la máquina, no el proveedor del componente de engranaje. Korea Ever-Power puede apoyar la evaluación de emisiones de ruido del fabricante de la máquina proporcionando: la clase de precisión del engranaje (número de clase DIN) y el porcentaje de cobertura del patrón de contacto, ambos relevantes para predecir la contribución del ruido de engranaje; la especificación del lubricante recomendado, relevante para la contribución del ruido de lubricación; y cualquier dato de prueba de ruido específico de la aplicación de instalaciones anteriores con la misma especificación de conjunto de engranajes, cuando esté disponible en nuestros registros de ingeniería de aplicaciones. Solicite esta información al realizar el pedido para su inclusión en el archivo técnico de la máquina.