MANTENIMIENTO VIBRACIONES EN ENGRANAJES

Gabriel Enrique Rivera Cordero

e-mail: griverac1@est.ups.edu.ec

Luis Álvarez Romero

e-mail: lalvarez@est.ups.edu.ec

RESUMEN: En el presente informe se va a tratar a cerca de las vibraciones en engranajes, tema de gran importancia para ejecutarlo en el momento de analizar un mantenimiento específicamente en piezas que trasmiten potencia mecánica a distintas partes de una máquina y este a su vez se lo denomina como engranajes . Es de gran importancia conocer y entender los conceptos básicos y a su vez los análisis a cerca de las vibraciones en engranajes. En informe consta de una sola etapa, la cual está enfocada en el área de investigación (conceptos básicos).

PALABRAS CLAVES

Vibraciones Engranajes

I. INTRODUCCION

El estudio espesificamente de las vibraciones , es un punto muy importante de analisis de un buen funcionamiento de maquinaria mecanica, ya que esta a su vez se relaciona en la mayoria de los casos con su comportamiento vibratorio.

Se lo analiza como un cambio de configuración del sistema en relación al tiempo, en torno básicamente a una posición de equilibrio estable. Los sistemas mecánicos al ser sometidos a una acción de fuerza variable con el tiempo responden variando sus estados de equilibrio y esta es la causa `principal ya que desde ahí parte los cambios de configuración que alteran su normal funcionamiento y estas presentan a su vez molestias que llevan en si a disminuir la vida útil de los mecanismos.

En la actualidad el análisis y estudio mismo de vibraciones ha tomado gran importancia en la

supervisión de los sistemas mecánicos en este caso un engranaje ya que esta forma parte del gran grupo de elementos de tipo rotativo que mediante instalaciones de sensores nos permiten detectar vibraciones fuera de rango.

OBJETIVOS

Comprender el concepto de vibración en engranajes.

Comprender los requerimientos básicos para el desarrollo de un análisis de vibración

II. CONCEPTOS

ENGRANAJE

Se los conoce como engranaje al equipo que es utilizado para trasmitir potencia mecánica entre diferentes partes de las maquinas. Estas estan estructuradas por dos ruedas dentadas a las cuales a la mayor se denomina corona y el menor piñón.

Fig1. Corona y piñón. [1]

VIBRACIONES

La definición principal se podría decir que es el movimiento de vaivén de una maquina o en otras palabras es un elemento de ella en cualquier dirección del espacio desde su posición de equilibrio.

CAUSAS:

Estas causas residen en problemas mecánicos como son:

Engranajes desgastados o dañados.

Esta causa principal se puede pensar que son fuerzas que cambian de dirección o intensidad, estas son debidas al movimiento rotativo de los engranajes.

III. ANALISIS.

FRECUENCIA DE ENGRANAJES (GMF)

Estas son propios de cada engranaje y aparecen en el espectro de frecuencias independientemente del estado del engranaje. Su amplitud depende si básicamente de la carga en el momento de la lectura. Se calcula mediante la siguiente formula:

GMF=Z x RPM

Donde Z es el número de dientes y RPM la velocidad de giro de la rueda dentada.

Bandas laterales:

Esta corresponde en relación a la frecuencia de giro del piñón y la corona, son de gran importancia en el análisis del engrane, ya que indican si la corona o el piñón se encuentra en mal estado.

Frecuencias naturales del engrane:

Se basa en el desarrollo del deterioro en el engrane, estos pueden alterar las frecuencias naturales de los mismos.

Fig2. Visión de un engranaje en buen estado. [2]

Sensor de medida de la frecuencia:

Este básicamente depende de la velocidad de giro de los ejes y de sus número de dientes, esta muchas de las veces puede ser muy elevada y hay que asegurarse que el sensor utilizado tiene un rango de frecuencias adecuada.

El sensor utilizado es muchas de las veces un acelerómetro ya que el rango frecuencial del mismo es de mayor capacidad al de un velocímetro, partiendo de este se determina el tipo de anclaje de la máquina, y esto garantiza que al realizar las mediciones la respuesta del sensor cubra las frecuencias de interés. De entre los modos de medición es recomendable como mínimo las lecturas de imán.

Parámetros de análisis:

Calculo de las frecuencias propias de un engranaje:

Al localizar estas frecuencias se debe conocer datos mínimos del reductor, estos son la velocidad de giro y el número de dientes de las diferentes ruedas dentadas, d esta forma no habrá problema en calcular las frecuencias de engrane y de las bandas laterales.

En el siguiente gráfico se presenta un par de ruedas dentadas, una con 15 dientes y la otra con 9. Se numeran los dientes de las dos ruedas y se obtiene gráficamente que hay tres formas diferentes de montar el engrane. Esto significa que hay tres posibles pautas de desgaste al engranar la corona y el piñón. Para el par corona-piñón de nuestra figura serían: primera

fase de ensamblaje, montando el diente número 1 del piñón entre los dientes 1 y 15 de la corona; segunda fase de ensamblaje, montando el diente número 2 del piñón entre los dientes 1 y 15 de la corona; tercera fase de ensamblaje, montando el diente número 3 del piñón entre los dientes 1 y 15 de la corona. [2]

Fig3. Giros de la corona en un engranaje. [2]

Frecuencia de engrane (GMF):

Es el producto del número de dientes por la velocidad de giro, hay una única frecuencia de engrane para cada par corona y piñón.

GMF=Z P x rpmp=Zc x rpmc

Frecuencia de repetición de diente (FRD):

Para su cálculo hay que calcular previamente el número de fases de ensamblaje (NE). Indica la frecuencia con la que un diente de la corona vuelve a engranar con el mismo diente del piñón. De detectarse un fallo en un diente de la corona y del piñón, el máximo de vibración tendrá lugar cuando ambos fallos respectivos entren en contacto. Esta frecuencia es muy baja por lo que es difícil localizarla en el espectro de frecuencias, detectándose con mayor facilidad en la onda en el tiempo.

FRD=GMF x N e

Z p x Zc

Frecuencias de fase de ensamblaje (FFE):

Esta indica que como consecuencia del desgaste, el espacio entre dientes y su perfil ha cambiado.

FFE=GMF x N E

DESALINIAMIENTO

Se presenta cuando las ruedas dentadas fueron ensambladas con errores de alineación o cuando sus ejes no están paralelos.

Fig4. Simulación de un engranaje desalineado. [4]

Esta vibración predominante tiene lugar a 1xRPM y a 2xRPM de los ejes desalineados, se puede observar la frecuencia de engrane, observando los tres primeros armónicos de la GMF. Estos alteran la rotación normal de los engranajes al dificultar el encaje entre dientes en las partes donde se encuentran desalineados, ahí provoca una reducción momentánea de la velocidad de giro. [2]

Fig5. Desalineación de un engranaje. [2]

EXCENTRICIDAD DEL ENGRANAJE (backlash)

La excentricidad ocurre cuando el centro de simetría no coincide con el centro de rotación. El backlash se produce cuando, al terminar el contacto entre dos dientes, los dos siguientes no entran inmediatamente en contacto.

Fig6. Excentridad del engranaje. [4]

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.[2]

Fig5. Engranaje excéntrico. [2]

HOLGURA EN ENGRANAJES

Son problemas leves en la manufactura o manipulación indebida producen que, cuando dos dientes específicos del piñón y el engranaje conducido se encuentren y estos a su vez generen vibraciones de choques.

IV. CONLUCION

Los engranajes reciben un puesto primordial, ya que juegan un papel importante en el área mecánica, a su vez presentan problemas de fallos,

los mismos que a su vez deben ser detectados y solucionados, para su buen desempeño.

Los análisis de vibraciones es una técnica de mantenimiento predictivos que permite hallar las causas de posibles fallos anticipándose a la avería.

V. BIBLIOGRAFIA

[1] J. Gonzales y J. Carballeira, Diagnostico y corrección de fallos en componentes de máquinas. Universidad politécnica de valencia.

[2] Anónimo, Análisis de engranajes. SINAIS ingeniería de mantenimiento.

[3] Cuatrecasas, “TPM Total Productive Maintenance”, Editorial Gestión 2000, Barcelona-España, 2000.

[4] A. Rojas, Fallos en engranajes. Artículo: Whitmores 2016