Engrenagem sem-fim Ruído e vibração — O que o som revela e como eliminá-lo por meio da engenharia de som

O aumento progressivo do ruído em uma transmissão por engrenagem helicoidal ao longo de meses quase sempre indica um dos três processos a seguir: (1) Desgaste abrasivo — partículas remanescentes do período inicial de operação não foram removidas na troca de óleo a cada 50-100 horas (procedimento negligenciado por muitas oficinas) e vêm desgastando progressivamente os flancos dos dentes, aumentando o desvio do perfil e o ruído de engrenamento. (2) Degradação da lubrificação — o óleo original acumulou partículas metálicas e produtos de oxidação que aumentam o atrito e o ruído de engrenamento. (3) Desgaste dos rolamentos — os rolamentos de esferas no eixo da engrenagem helicoidal ou no eixo da roda estão apresentando desgaste por fadiga. Para distinguir: se o aumento do ruído for suave e gradual, proporcional à carga e à velocidade, é provável que seja (1) ou (2). Se o ruído desenvolver um caráter periódico de batida ou estalo, é provável que seja (3). Troque o óleo primeiro — se o ruído não diminuir após a troca de óleo e 2 horas de operação, proceda à inspeção dos rolamentos.

Sim, com a devida cautela. Os smartphones modernos contêm acelerômetros MEMS e microfones adequados para detectar conteúdo de frequência na faixa de 20 a 2.000 Hz — o que abrange todas as frequências de engrenamento para acionamentos industriais típicos. Aplicativos gratuitos de análise de vibração e FFT (Transformada Rápida de Fourier) estão disponíveis para iOS e Android. A medição é mais útil para identificar frequências periódicas: um pico acentuado no espectro FFT em uma frequência conhecida (frequência de engrenamento calculada, frequência de defeito do rolamento ou frequência de rotação do eixo) é um indicador confiável, mesmo com a qualidade de medição do smartphone. As limitações: a medição da amplitude absoluta não é confiável (o posicionamento e o acoplamento do smartphone afetam a leitura); o conteúdo de frequência muito baixa (abaixo de 20 Hz) não é capturado; e a medição exige que o smartphone esteja em contato com a carcaça ou estrutura de montagem, e não suspenso no ar.

O ruído proporcional à carga em uma transmissão por engrenagem helicoidal tem duas causas principais. A primeira é simplesmente que uma carga maior produz uma força de contato maior entre os dentes, o que gera uma saída acústica de maior amplitude na frequência de engrenamento — este é um comportamento normal e não indica um problema, a menos que o nível absoluto de ruído seja inaceitável. A segunda causa, que indica um problema de especificação, é a seguinte: um padrão de contato inadequado (cobertura da largura da face inferior à de um dente 70%) concentra a carga de engrenamento em uma pequena área do dente. Sob carga leve, a força de contato é baixa o suficiente para que mesmo a pequena área de contato gere um ruído aceitável. Sob carga total, a mesma pequena área de contato é fortemente tensionada, produzindo picos de força de alta amplitude em cada engrenamento do dente — que se irradiam como ruído proporcional à carga na frequência de engrenamento. Para distinguir o ruído normal proporcional à carga do ruído causado pelo padrão de contato, compare a taxa de aumento do ruído: se dobrar a carga dobrar a amplitude do ruído (aumento de 6 dB), trata-se de uma escala normal de força-amplitude. Se o ruído aumentar mais do que proporcionalmente à carga, o padrão de contato inadequado é a causa provável.

É possível atingir 60 dB(A) a 1 metro da caixa de engrenagens com um acionamento por engrenagem helicoidal em cargas e velocidades baixas a moderadas. A obtenção desse resultado depende principalmente de três parâmetros: (1) Tamanho do módulo — um módulo menor produz uma frequência de engrenamento mais baixa e menor emissão acústica para a mesma relação de carga; (2) Classe de precisão — um conjunto de engrenagens retificadas DIN 7 com padrão de contato documentado >=70% é tipicamente 8-14 dB(A) mais silencioso do que um conjunto DIN 9 com a mesma carga; (3) Carcaça fechada — uma carcaça banhada a óleo, sem caminhos de transmissão acústica para a estrutura da máquina, proporciona um isolamento acústico adicional de 6-10 dB(A) em comparação com um conjunto de engrenagens exposto. Para ambientes acusticamente muito sensíveis (consultórios médicos, salas de concerto, estúdios de gravação), especifique um conjunto de engrenagens DIN 6 ou DIN 7 com roda de nylon PA66, se o torque permitir, lubrificante PAO, suportes antivibração resilientes e revestimento interno de espuma acústica na carcaça.

Ruído aéreo é a propagação de ondas de pressão acústica diretamente da caixa de engrenagens através do ar até o ouvinte. Ruído estrutural é a energia vibratória que se propaga pela estrutura da máquina — parafusos de fixação, membros da estrutura, painéis — e se irradia como energia acústica a partir de uma área de superfície maior, mais distante da engrenagem. Essa distinção é importante porque a solução é diferente. O ruído aéreo é reduzido por meio de enclausuramentos acústicos ao redor da engrenagem ou pela redução da fonte de ruído da engrenagem. O ruído estrutural é reduzido interrompendo o caminho de transmissão da vibração entre a caixa de engrenagens e a estrutura irradiante — utilizando suportes antivibração resilientes, acoplamentos flexíveis ou almofadas de amortecimento acústico. Na prática, a maioria das reclamações sobre ruído de engrenagens helicoidais em máquinas industriais é dominada por ruído estrutural — a caixa de engrenagens se acopla à estrutura da máquina por meio de parafusos rígidos, e todo o painel da máquina se torna um grande radiador na frequência de engrenamento.

Um ruído proeminente apenas em uma velocidade de operação específica, mas não em outras, é característico de ressonância estrutural. Nessa velocidade específica, a frequência de engrenamento (f_mesh = n_worm x z1 / 60) coincide com a frequência natural da carcaça, da estrutura de montagem ou do painel da máquina. Nessa frequência, a estrutura amplifica a vibração da força de engrenamento e a irradia ruidosamente. Soluções em ordem de facilidade de implementação: (1) Alterar ligeiramente a velocidade de operação (mesmo 3-5%) para desafinar a frequência de engrenamento da ressonância estrutural — se um inversor de frequência for usado, isso requer uma alteração nos parâmetros do controlador; (2) Adicionar massa ou reforço à estrutura ressonante para deslocar sua frequência natural para longe da frequência de engrenamento; (3) Adicionar amortecimento (material de amortecimento de camada restrita) ao painel ressonante para reduzir sua resposta na ressonância; (4) Alterar a relação de transmissão para produzir uma frequência de engrenamento diferente na mesma velocidade de operação.

Sim, e geralmente não é sinal de problema. O óleo mineral frio tem uma viscosidade muito maior do que na temperatura de operação — o óleo mineral ISO VG 460 a 5 °C pode ser de 6 a 8 vezes mais viscoso do que a 40 °C. Essa alta viscosidade do óleo frio cria um arrasto viscoso maior à medida que a rosca sem-fim gira, produzindo um ruído de baixa frequência. Conforme a carcaça aquece e a viscosidade do óleo cai para a faixa de operação ideal, o nível de ruído diminui. Se o ruído na partida for um som de borbulhamento ou gorgolejo e desaparecer em 10 a 20 minutos de funcionamento, isso é um comportamento normal na partida a frio. Se o ruído na partida for uma batida metálica ou um rangido que não desaparece com o aquecimento, trata-se de um problema diferente — pare e investigue. Para eliminar o ruído na partida a frio: troque o óleo mineral por óleo sintético PAO, que tem um índice de viscosidade muito maior (IV > 150) e mantém uma viscosidade mais consistente em toda a faixa de temperatura, da partida à operação.

A Korea Ever-Power não fornece dados de testes acústicos para conjuntos de engrenagens como componentes isolados — a emissão acústica depende da máquina completa, incluindo carcaça, estrutura de montagem, acoplamento e condições de operação, e não apenas do conjunto de engrenagens. Para a documentação de emissão de ruído da Diretiva de Máquinas da UE (exigida no Anexo I, Seção 1.7.4), o responsável é o fabricante da máquina, e não o fornecedor do componente da engrenagem. A Korea Ever-Power pode auxiliar o fabricante da máquina na avaliação da emissão de ruído, fornecendo: a classe de precisão da engrenagem (número da classe DIN) e a porcentagem de cobertura do padrão de contato — ambos relevantes para prever a contribuição do ruído de engrenamento; a especificação recomendada do lubrificante — relevante para a contribuição do ruído de lubrificação; e quaisquer dados de testes de ruído específicos da aplicação, provenientes de instalações anteriores com a mesma especificação de conjunto de engrenagens, quando disponíveis em nossos registros de engenharia de aplicação. Solicite essas informações no momento do pedido para inclusão no dossiê técnico da máquina.