Problema de engranajes!!

Hay 2 engranajes adyacentes uno de 51 dientes y el otro de 119 dientes...si el más grande

ha dado 15 vueltas... cuantas vueltas ha dado el más pequeño?

La regla es la siguiente; cuando tienes dos engranajes de diferentes tamaños la relación

entre los engranajes mayor diámetro o mayor numero de dientes es inversamente

proporcional al número de vueltas.

Es decir si:

Nm = engranaje de mayor numero de dientes

Np = engranaje más pequeño con menos dientes

Vm =numero de vueltas del engranaje de mayor numero de dientes o de mayor diámetro

Vp = numero de vueltas del engranaje de menor número de dientes o de menor diámetro

Se cumple:

Vm/Vp = Np/Nm

Vp = Nm*Vm/Np = 119*15 / 51 = 35 vueltas

Vibración debida a Problemas de Engranaje

La vibración que resulta de problemas de engranaje es de fácil identificación porque

normalmente ocurre a una frecuencia igual a la frecuencia de engrane de los engranajes – es

decir, la cantidad de dientes del engranaje multiplicada por las rpm del engranaje que falla.

Problemas comunes de los engranajes, que tienen como resultado vibración a la frecuencia de

engrane, comprenden el desgaste excesivo de los dientes, inexactitud de los dientes, fallas de

lubricación y materias extrañas atrapadas entre los dientes.

No todos los problemas de engranajes generan frecuencias de vibración iguales a las frecuencias

de engrane. Si un engranaje tiene un solo diente roto o deformado, por ejemplo, el resultado

puede ser una frecuencia de vibración de 1x las rpm. Mirando la forma de onda de esa vibración

en un osciloscopio conectado con un analizador, la presencia de señales de impulso permitirá

distinguir entre este problema y las demás averías que también generan frecuencias de vibración

de 1x las rpm. Desde luego, si hay más de un diente deformado, la frecuencia de vibración es

multiplicada por una cantidad correspondiente.

La amplitud y frecuencia de vibración debida a los engranajes pueden también parecer erráticas

a veces. Dicho tipo de vibración errática ocurre normalmente cuando un conjunto de engranajes

está funcionando en condiciones de carga muy liviana. En tales condiciones la carga puede

desplazarse repetidamente de un engranaje a otro de modo irregular.

Nota: Los problemas de rodamientos son predominantes en el punto de falla de los mismos,

mientras que los problemas de engranajes pueden ser detectados en dos o más puntos de la

maquina.

Aunque existan muchos tipos de engranajes, usan el mismo tipo básico de diseño en el diente. La

idea en la forma del diente es que la velocidad radial de los dientes se mantenga constante. La

mejor forma hoy en día para lograr un funcionamiento normal es la involuta. El diseño de

involuta reduce los errores en la manufactura, mantiene la velocidad radial constante y reduce

los niveles de vibración

La acción de transmisión de potencia se efectúa sobre la línea de presión con la acción de

rodadura pura, sin embargo, antes y después de llegar a dicho punto existe deslizamiento

Para el análisis de vibraciones, existen varias frecuencias que nos ayudan a poder diagnosticar el

estado de un engranaje:

1 El Gear Mesh frequency (GMF) es la más importante. Es igual al número de dientes por la

velocidad de rotación.

2 La resonancia de los engranajes es otra frecuencia importante, el cálculo de ella es muy difícil,

sin embargo aparece cuando existe desgaste, excentricidad y aflojamiento en los dientes.

3 La Frecuencia por daño de manufactura (HTF) aparece cuando existe algún daño localizado

usualmente asociado a la fabricación de los dientes

HTF = (GMF x LCF)/(#Tin x #Tout)

Es una frecuencia muy baja (subsincrónica)

Para el análisis de vibraciones, existen varias frecuencias que nos ayudan a poder diagnosticar el

estado de un engranaje:

1 El Gear Mesh frequency (GMF) es la más importante. Es igual al número de dientes por la

velocidad de rotación.

2 La resonancia de los engranajes es otra frecuencia importante, el cálculo de ella es muy difícil,

sin embargo aparece cuando existe desgaste, excentricidad y aflojamiento en los dientes.

3 La Frecuencia por daño de manufactura (HTF) aparece cuando existe algún daño localizado

usualmente asociado a la fabricación de los dientes

HTF = (GMF x LCF)/(#Tin x #Tout)

Es una frecuencia muy baja (subsincrónica)

Dientes quebrados es otro defecto importante que para diagnosticarlos es necesario usar la forma

de onda

Diagnóstico de averías en engranajes

Engranaje excéntrico o eje doblado La excentricidad en el engranaje o el eje doblado provoca modulación en la GMF a la velocidad de giro de la rueda excéntrica. También puede aparecer modulación en las velocidades de rotación de los ejes en caso de un problema suficientemente grave. Si la rueda de salida es excéntrica, su pico en 1x RPM presentará mayor amplitud y las bandas laterales aparecerán espaciadas a dicha frecuencia en lugar de a 1x RPM del piñón. Síntomas:

Aumento de la amplitud en 1x, 2x y/o 3x GMF.

Bandas laterales importantes en torno a 1x, 2x y/o 3x GMF a la frecuencia 1x RPM de la rueda causante del problema.

Aumento de la amplitud en 1x RPM de la rueda que presenta el problema y, si se trata de un problema grave, aparecerán además armónicos.

Figura 69: Engranaje excéntrico o eje doblado.

Desgaste del diámetro primitivo / diente roto El desgaste de los engranajes provoca picos importantes en la GMF y sus armónicos. Además, el rozamiento excita la frecuencia natural del engranaje, lo cual provoca la aparición de nuevas frecuencias en el espectro que podrían corresponderse con la frecuencia de resonancia del piñón o la corona. Los indicadores principales son la aparición de las frecuencias de resonancia del engranaje con bandas laterales y el tamaño y número de bandas laterales en 1x, 2x y/o 3x GMF. No basta sólo con estudiar las amplitudes de la GMF y sus armónicos ya que estos reflejan mejor problemas de carga y alineación. Síntomas:

Aumento de la amplitud en 1x, 2x y/o 3x GMF.

Bandas laterales importantes en torno a 1x, 2x y/o 3x GMF a la frecuencia 1x RPM de la rueda desgastada.

Picos correspondientes a la frecuencia de resonancia del piñón o la corona.

Bandas laterales a 1x RPM de la rueda desgastada alrededor de la frecuencia de resonancia.

Figura 70: Desgaste del diámetro primitivo o diente roto.

Sobrecarga Suele afectar en mayor medida a la GMF y sus armónicos que a las bandas laterales de la velocidad de giro, que son relativamente pocas y de menor amplitud. Oscilaciones en la amplitud de la GMF y sus armónicos (sin cambios significativos en las bandas laterales) no indica, por sí sólo, la presencia de un problema. Incluso si la carga permanece constante, el engranaje que soporta dicha carga cambia constantemente sin que exista ningún deterioro del estado del mismo. Puede también producirse un cambio en el nivel de carga con un efecto muy notable en el espectro sin que ello implique la presencia de problemas.

Síntomas:

Mayores amplitudes en 1x, 2x y/o 3x GMF.

Figura 71: Engranaje sobrecargado.

Desalineación La vibración predominante tiene lugar a 1x RPM y a 2x RPM de los ejes desaIineados, pudiendo excitar la frecuencia de engrane, observándose los tres primeros armónicos de la GMF. Altera la rotación normal de los engranajes al dificultar el encaje entre dientes en las partes donde se encuentran desalineados, provocando que una reducción momentánea de la velocidad de giro. La FFT representa este fenómeno mediante picos al doble de la velocidad de rotación y al doble de la frecuencia de engrane. Cada uno de estos dos síntomas, principalmente el pico en 2x GMF, puede ser debido a un problema de alineación en el engranaje, que a su vez, podría estar provocado por una desalineación en un acoplamiento u otro factor externo como un problema en la bancada. Síntomas:

Aumento de la amplitud en 2x GMF.

Picos en otros armónicos de la GMF (1x, 3x, etc.).

Importantes bandas laterales en 2x GMF y en 1x o incluso 2x RPM.

Armónicos de la velocidad de giro de cada eje en 2x e incluso 3x RPM.

Figura 72: Desalineación de un engranaje.

Frecuencia de repetición de diente La llamada frecuencia de repetición de diente es el ritmo con que un diente en un engranaje se une con un diente particular en otro engranaje. Si la relación de dientes en los engranajes es un número entero, la frecuencia de repetición de diente coincidirá con las RPM del engranaje más grande y los mismos dientes estarán en contacto una vez por revolución. Esto causa un desgaste desigual en los engranajes, ya que, un defecto pequeño en un diente contactará de manera repetitiva con el mismo diente en el otro engranaje, causando un desgaste localizado en estos dientes. Por esta razón, las cajas de engranajes no se construyen con esas proporciones sencillas, a menos que sea

absolutamente necesario. Idealmente, la frecuencia de repetición de diente debería ser lo más baja posible, para distribuir de manera uniforme el desgaste en los dos engranajes. Esto se consigue haciendo que el número de dientes en cada engranaje sea un número primo. En algunas cajas, la frecuencia de repetición de diente aparecerá en el espectro de vibraciones y de ser así, se debería vigilar su tendencia en el tiempo, ya que bajo esas circunstancias el desgaste evoluciona rápidamente. Síntomas:

Pico en 1x FRD y posiblemente en 2x FRD.

Bandas laterales a FRD en 1x RPM de cada eje.

Bandas laterales a FRD en 1x GMF y sus armónicos.

Ruido pulsante de baja frecuencia en el engranaje.

Figura 73: Frecuencia de repetición de diente.