Diagnóstico de averías en engranajes

Por Alfonso Fernandez

Engranaje excéntrico o eje doblado

La excentricidad en un engrane 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 un engranaje es excéntrico, su pico en 1x RPM presentará mayor amplitud y las bandas laterales aparecerán espaciadas a dicha frecuencia 1x RPM.

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 ademas armónicos.

Figura 8.4: Engranaje excéntrico o eje doblado

Desgaste del diámetro primitivo o 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 se corresponden con la frecuencia de resonancia del piñón o de la corona. Los indicadores principales son la aparición de las frecuencias de resonancia del engranaje con bandas laterales además del tamaño y número de la bandas laterales en 1x, 2x y/o 3x GMF. Para el diagnostico de este tipo de problema no basta sólo con estudiar las amplitudes de la GMF y sus armónicos ya que estos síntomas 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 8.5: 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. Variaciones 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, la GMF del engranaje que soporta dicha carga puede variar 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.

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 8.7: Desalineación de un engranaje

Frecuencia de repetición de diente

La denominada frecuencia de repetición de diente (FRD) es el ritmo con que un diente en un engranaje se une con un diente particular en otro engranaje. Si la relación de transmision entre los dos 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 cada 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 relaciones de dientes 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.