Ingranaggio a vite senza fine Rumore e vibrazioni — Cosa rivela il suono e come ottenerlo

Un aumento progressivo del rumore in una trasmissione a vite senza fine nel corso di diversi mesi indica quasi sempre uno dei tre processi seguenti: (1) Usura abrasiva: le particelle accumulate durante il periodo di rodaggio iniziale non sono state rimosse al cambio dell'olio ogni 50-100 ore (operazione che molti impianti saltano) e hanno progressivamente abraso i fianchi dei denti, aumentando la deviazione del profilo e il rumore di ingranamento. (2) Degrado della lubrificazione: l'olio originale ha accumulato particelle metalliche e prodotti di ossidazione che aumentano l'attrito di ingranamento e il rumore. (3) Usura dei cuscinetti: i cuscinetti volventi nell'albero della vite senza fine o nell'albero della ruota presentano scheggiature da fatica. Per distinguere: se l'aumento del rumore è graduale e costante, proporzionale al carico e alla velocità, è probabile che si tratti del caso (1) o (2). Se il rumore ha assunto un carattere periodico di ticchettio o colpi, è probabile che si tratti del caso (3). Scaricare e sostituire prima l'olio: se il rumore non si riduce dopo il cambio dell'olio e 2 ore di funzionamento, procedere all'ispezione dei cuscinetti.

Sì, con le dovute precauzioni. Gli smartphone moderni contengono accelerometri MEMS e microfoni adeguati per rilevare contenuti in frequenza nell'intervallo 20-2.000 Hz, che copre tutte le frequenze di ingranamento degli ingranaggi per i tipici azionamenti industriali. Sono disponibili app gratuite per l'analisi delle vibrazioni e la trasformata di Fourier veloce (FFT) sia per iOS che per Android. La misurazione è particolarmente utile per identificare le frequenze periodiche: un picco netto nello spettro FFT a una frequenza nota (frequenza di ingranamento calcolata, frequenza di difetto del cuscinetto o frequenza di rotazione dell'albero) è un indicatore affidabile anche con la qualità di misurazione dello smartphone. I limiti: la misurazione dell'ampiezza assoluta non è affidabile (il posizionamento e l'accoppiamento dello smartphone influenzano la lettura); i contenuti a frequenza molto bassa (inferiore a 20 Hz) non vengono rilevati; e la misurazione richiede che lo smartphone sia a contatto con l'alloggiamento o la struttura di montaggio, non tenuto sospeso in aria.

Il rumore proporzionale al carico in una trasmissione a vite senza fine ha due cause principali. La prima è semplicemente che un carico maggiore produce una forza di contatto di ingranamento maggiore, che genera un'uscita acustica di ampiezza maggiore alla frequenza di ingranamento: questo è un comportamento normale e non indica un problema a meno che il livello assoluto di rumore non sia inaccettabile. La seconda causa, che indica un problema di specifica, è un modello di contatto inadeguato (copertura della larghezza della faccia inferiore a quella del 70%) che concentra il carico di ingranamento su una piccola area del dente. Con un carico leggero, la forza di contatto è sufficientemente bassa da generare un rumore accettabile anche sulla piccola area di contatto. A pieno carico, la stessa piccola area di contatto è fortemente sollecitata, producendo picchi di forza ad alta ampiezza ad ogni innesto del dente, che si irradiano come rumore proporzionale al carico alla frequenza di ingranamento. Per distinguere il normale rumore proporzionale al carico dal rumore causato dal modello di contatto, si confronta il tasso di aumento del rumore: se raddoppiando il carico raddoppia l'ampiezza del rumore (aumento di 6 dB), si tratta di una normale scalatura forza-ampiezza. Se il rumore aumenta in modo più che proporzionale al carico, la causa probabile è un modello di contatto inadeguato.

60 dB(A) a 1 metro dall'alloggiamento degli ingranaggi è raggiungibile per una trasmissione a vite senza fine a carico e velocità bassi-moderati. La raggiungibilità dipende principalmente da tre parametri: (1) Dimensioni del modulo: un modulo più piccolo produce una frequenza di ingranamento inferiore e una minore emissione acustica allo stesso rapporto di carico; (2) Classe di precisione: un set di ingranaggi rettificati con filettatura DIN 7 con schema di contatto documentato >=70% è in genere 8-14 dB(A) più silenzioso di un DIN 9 a parità di carico; (3) Alloggiamento chiuso: un alloggiamento a bagno d'olio senza percorsi di trasmissione acustica verso la struttura della macchina fornisce un isolamento acustico aggiuntivo di 6-10 dB(A) rispetto a un set di ingranaggi esposto. Per ambienti acustici molto sensibili (studi medici, sale da concerto, studi di registrazione), specificare un set di ingranaggi DIN 6 o DIN 7 con ruota in nylon PA66 se la coppia lo consente, lubrificante PAO, supporti antivibranti resilienti e rivestimento in schiuma acustica all'interno dell'alloggiamento.

Il rumore aereo è costituito da onde di pressione acustica che si propagano direttamente dall'alloggiamento dell'ingranaggio attraverso l'aria fino all'ascoltatore. Il rumore strutturale è invece energia vibratoria che si propaga attraverso la struttura della macchina (bulloni di fissaggio, elementi del telaio, pannelli) e si irradia come energia acustica da una superficie più ampia, più distante dall'ingranaggio. La distinzione è importante perché le soluzioni sono diverse. Il rumore aereo viene ridotto mediante involucri acustici attorno all'ingranaggio o riducendo la sorgente di rumore dell'ingranaggio stesso. Il rumore strutturale viene ridotto interrompendo il percorso di trasmissione delle vibrazioni tra l'alloggiamento dell'ingranaggio e la struttura radiante, utilizzando supporti antivibranti elastici, giunti flessibili o cuscinetti fonoassorbenti. In pratica, la maggior parte dei problemi di rumore causati dagli ingranaggi a vite senza fine nelle macchine industriali è dovuta principalmente al rumore strutturale: l'alloggiamento dell'ingranaggio è collegato al telaio della macchina tramite bulloni rigidi e l'intero pannello della macchina diventa un radiatore di grandi dimensioni alla frequenza di ingranamento.

Un rumore prominente solo a una specifica velocità di funzionamento, ma non ad altre, è caratteristico della risonanza strutturale. A quella specifica velocità, la frequenza di ingranamento (f_ingranamento = n_vite x z1 / 60) coincide con una frequenza naturale dell'alloggiamento, della struttura di montaggio o del pannello della macchina. A quella frequenza, la struttura amplifica la vibrazione della forza di ingranamento e la irradia rumorosamente. Soluzioni in ordine di facilità di implementazione: (1) Modificare leggermente la velocità di funzionamento (anche 3-5%) per disallineare la frequenza di ingranamento dalla risonanza strutturale: se si utilizza un variatore di velocità, si tratta di una modifica di un parametro del controllore; (2) Aggiungere massa o irrigidire la struttura risonante per spostare la sua frequenza naturale lontano dalla frequenza di ingranamento; (3) Aggiungere smorzamento (materiale smorzante a strati vincolati) al pannello risonante per ridurne la risposta alla risonanza; (4) Passare a un diverso rapporto di trasmissione per produrre una diversa frequenza di ingranamento alla stessa velocità di funzionamento.

Sì, e di solito non è indice di un problema. L'olio minerale per ingranaggi a freddo ha una viscosità molto più elevata rispetto alla temperatura di esercizio: l'olio minerale ISO VG 460 a 5 °C può essere 6-8 volte più viscoso che a 40 °C. Questo olio freddo ad alta viscosità crea un maggiore attrito viscoso quando la vite senza fine vi scorre attraverso, producendo un rumore di agitazione a bassa frequenza. Man mano che l'alloggiamento si riscalda e la viscosità dell'olio scende al suo intervallo di funzionamento previsto, il livello di rumore si riduce. Se il rumore all'avvio è di tipo agitato o gorgogliante e scompare entro 10-20 minuti di funzionamento, si tratta di un normale comportamento all'avvio a freddo. Se il rumore all'avvio è un colpo metallico o uno stridio che non scompare con il riscaldamento, si tratta di un problema diverso: fermarsi e indagare. Per eliminare il rumore all'avvio a freddo: passare dall'olio minerale all'olio sintetico PAO, che ha un indice di viscosità molto più elevato (VI >150) e mantiene una viscosità più costante nell'intervallo di temperatura dall'avvio all'esercizio.

Korea Ever-Power non fornisce dati di test acustici per i gruppi di ingranaggi come componenti a sé stanti: l'emissione acustica dipende dalla macchina completa, inclusi alloggiamento, struttura di montaggio, accoppiamento e condizioni operative, e non dal solo gruppo di ingranaggi. Per la documentazione relativa alle emissioni acustiche ai sensi della Direttiva Macchine UE (richiesta dall'Allegato I, Sezione 1.7.4), il responsabile è il costruttore della macchina, non il fornitore del componente di ingranaggi. Korea Ever-Power può supportare la valutazione delle emissioni acustiche del costruttore della macchina fornendo: la classe di precisione degli ingranaggi (numero di classe DIN) e la percentuale di copertura del modello di contatto, entrambe rilevanti per prevedere il contributo del rumore di ingranamento; la specifica del lubrificante raccomandato, rilevante per il contributo del rumore di lubrificazione; ed eventuali dati di test acustici specifici per l'applicazione, derivanti da installazioni precedenti dello stesso gruppo di ingranaggi, ove disponibili dai nostri archivi di ingegneria applicativa. Richiedere queste informazioni al momento dell'ordine per l'inclusione nel fascicolo tecnico della macchina.