Dişli Kutusu Vibrasyon Analizi

Dişli kutusu vibrasyon analizi, birden fazla mil devri, rulman frekansı ve dişli temasının aynı gövdede birleşmesi nedeniyle sistematik frekans haritası gerektirir. Spektrumda görülen yüksek bir dişli birleşme piki doğrudan hasar anlamına gelmez; yük, diş profili, hizalama, gövde rezonansı ve ölçüm noktası genliği belirler. Analiz, kinematik hesap ile saha verisini aynı çerçevede buluşturur.

Temel çalışma prensibi

Dişli çifti torku diş temas kuvvetiyle bir milden diğerine aktarır. Diş sayısı oranı giriş ve çıkış devirlerini belirler. Her diş kavramaya girdiğinde elastik deformasyon ve küçük geometrik sapmalar periyodik kuvvet üretir. Bu kuvvet dişli birleşme frekansında (Gear Mesh Frequency, GMF) ve harmoniklerinde görülebilir.

Helisel, düz, konik ve planet dişli düzenleri farklı kuvvet yönleri oluşturur. Helisel dişliler eksenel kuvvet üretirken düz dişlilerde radyal temas daha belirgin olabilir. Planet sistemlerde güneş, planet ve ring bileşenlerinin hareketi klasik sabit eksenli frekans hesabından daha ayrıntılı kinematik model gerektirir.

Sahada sık görülen arıza senaryoları

Diş yüzeyi aşınması ve pitting

Yüzey yorulması temas sertliğini değiştirip GMF ve yan bant enerjisini artırabilir. Dağıtılmış aşınma ile tek dişteki yerel hasar farklı zaman davranışı oluşturur.

Eksantriklik ve hatve hatası

Dişlinin mil merkezine göre kaçık dönmesi veya hatve sapması, diş temas kuvvetini mil turu boyunca modüle eder. GMF çevresinde ilgili mil devri aralıklı yan bantlar oluşabilir.

Diş kırığı ve lokal temas

Hasarlı diş kavramaya her girdiğinde kısa olay üretir. Zaman dalga formunda mil turuyla tekrarlanan titreşim paketi görülebilir. Darbenin büyüklüğü yük, kırık konumu ve gövde iletim yoluna bağlıdır.

Hizasızlık, yatak ve boşluk

Mil hizasızlığı diş boyunca yük dağılımını bozar; yatak boşluğu merkez mesafesini ve temas desenini değiştirir. Backlash yetersizliği ısı ve sürtünme, aşırı backlash darbe ve tork terslenmesi oluşturabilir.

Yağlama sorunları

Yanlış viskozite, yetersiz yağ, köpük, su veya partikül kirlenmesi diş ve rulman yüzeylerini etkiler. Vibrasyon değişimi sıcaklık ve yağ analiziyle birlikte incelenmelidir.

Vibrasyon belirtileri

Giriş ve çıkış millerinin 1X bileşenleri balans, hizalama ve eksantriklik hakkında bilgi taşır. GMF ve harmonikleri normal diş temasında da bulunabilir. Önemli olan başlangıç referansına göre değişim, yan bant ailesi, farklı yönlerdeki dağılım ve yükle ilişkidir.

Eksenel titreşim helisel dişli kuvveti veya itme yatağı davranışıyla artabilir. Gövde bağlantı gevşekliği harmonik dizi ve darbeli sinyal üretebilir. Rulman frekansları GMF enerjisi altında maskelenebileceği için uygun yüksek frekans ve zarf analizi gerekebilir.

FFT frekans karakteristikleri

GMF, diş sayısı × ilgili mil dönme frekansıdır. Örneğin 25 Hz giriş hızında 40 dişli pinyon 1000 Hz GMF üretir. Karşı dişlinin devri ve diş sayısı aynı GMF sonucunu vermelidir. Yanlış devir oranı veya diş sayısı frekans etiketlerini tamamen kaydırır.

Zaman dalga formunda belirtiler

Sağlıklı diş teması yüksek frekanslı, düzenli taşıyıcı biçiminde olabilir. Eksantriklik taşıyıcının genliğini mil turu boyunca büyütüp küçültebilir. Tek diş hasarı her ilgili mil turunda bir kez belirginleşen darbe veya salınım paketi oluşturabilir. Boşluk ve tork terslenmesi asimetrik çarpma gösterebilir.

Kayıt süresi yavaş milin birkaç turunu kapsamalıdır. Yüksek hızlı GMF'yi göstermek için örnekleme yeterli olmalıdır. Devir tetiklemesiyle dalga formunu mil turuna göre üst üste bindirmek lokal olayın açısal tekrarlanabilirliğini gösterir.

Ölçüm noktalarının seçimi

Her milin giriş ve çıkış yataklarına yakın rijit gövde noktaları seçilir. Ara mil yatakları erişilebiliyorsa ayrı kodlanır. Gövde birleşim flanşı, ince kapak ve yağ borusu temel trend noktası değildir. Redüktör ayağı ve temel ölçümleri yapısal iletim veya gevşekliği araştırmak için eklenir.

Dişli kuvvetinin yönü bilinerek yatay, dikey ve eksenel noktalar planlanır. Konik ve helisel dişlilerde eksenel ölçüm özellikle değerlidir. Aynı nokta, sensör ve montajla trend sürdürülür.

Sensör yönleri ve montaj önerileri

Yüksek GMF ve rulman bandı için rijit saplama montaj tercih edilir. Mıknatıs kullanılıyorsa yüzey düz ve temiz olmalı, sensörün frekans cevabı hedef bandı karşılamalıdır. El probu yüksek frekans trendi için uygun değildir. Sensör sıcaklık sınırı sıcak gövdelerde kontrol edilir.

Faz ölçümünün katkısı

Mil 1X fazı balans ve hizalama davranışını ayırmaya yardım eder. GMF fazı, yüksek frekans ve çoklu temas nedeniyle saha ölçümünde daha zor ve daha az kararlı olabilir. Eş zamanlı sensörler gövde boyunca iletim ve çalışma şekli hakkında bilgi sağlayabilir. Planet redüktörlerde taşıyıcı referansı veya order senkronu gerekebilir.

Saha örnekleri

Sabit hızlı bir redüktörde GMF genliği kararlı kalırken çıkış mili devri aralıklı yan bantlar zamanla büyüyebilir. Temas izi ve yağ partikül trendiyle birlikte bu değişim çıkış dişlisi yük dağılımını araştırmaya yönlendirir; yalnız yan bant nedeniyle diş değişimi kararı verilmez.

Değişken hızlı konveyör redüktöründe Hz spektrumu yayılmış görünebilir. Takometreli order haritası GMF order'ını hız boyunca sabitler ve belirli tork bölgesinde büyümeyi gösterir. Bağlı bant yükü ve kaplin hizası aynı testte kaydedilir.

Operatörlerin sık yaptığı yorum hataları

• GMF'nin varlığını doğrudan diş hasarı saymak.
• Nominal devirle hesap yapıp gerçek kaymayı göz ardı etmek.
• Yan bant aralığını ölçmeden yalnız sayısını yorumlamak.
• Farklı yüklerdeki spektrumları doğrudan kıyaslamak.
• Yetersiz Fmax ile GMF harmoniklerini kaçırmak.
• İnce kapak ölçümünü yatak gövdesi trendine eklemek.
• Yağ analizi ve sıcaklık bulgularını dışarıda bırakmak.

Frekans haritasının hazırlanması

Ölçümden önce her şaftın gerçek veya hesaplanan devri, dişli diş sayıları, rulman kodları ve tahrik edilen ekipmanın karakteristik frekansları tabloya işlenir. Birden fazla kademede her dişli çifti ayrı GMF üretir. Aynı frekansa yakın iki kademe varsa çözünürlük artırılır ve yan bant aralıklarıyla ayrım yapılır.

Dişli oranından hesaplanan çıkış devri, takometre veya proses hızıyla doğrulanmalıdır. Kavrama, kayış veya değişken hızlı sürücü oranı değiştirebilir. Frekans haritası olmadan otomatik yazılım imleçleri yanlış şafta atanabilir.

Planet redüktörlerde özel durum

Planet sistemde taşıyıcı, güneş, ring ve planetlerin göreli hareketleri birden fazla geçiş frekansı oluşturur. Sabit elemanın hangisi olduğu formülleri değiştirir. Planetlerin sensör noktasına yaklaşması sinyali modüle eder ve yan bant yapısı meydana getirir. Klasik diş sayısı × giriş devri yaklaşımı tek başına yeterli değildir.

Gövde üzerinde birden fazla sensör konumu, planet geçişinin uzaysal dağılımını gösterir. Order senkronlu ortalama ve zaman senkronlu yöntemler dişli kaynaklarını ayırmada yararlı olabilir. Model ve dişli yerleşimi bilinmeden yan bantlar kesin hasar konumuna çevrilmez.

Yük, sıcaklık ve gövde rezonansı

Diş temas rijitliği torkla değişir; GMF genliği düşük ve yüksek yükte farklı olabilir. Yağ sıcaklığı viskoziteyi, diş teması ve yatak sönümünü etkiler. Karşılaştırma için tork, hız ve kararlı yağ sıcaklığı kaydedilir. Yük geçişleri sırasında kısa spektrumlar ayrı tutulur.

Gövde doğal frekansı GMF veya harmoniklerinden birine yakınsa normal temas kuvveti büyük genlik oluşturabilir. Farklı noktalardaki faz ve darbe testi yapısal büyütmeyi araştırır. Yalnız dişli taşlama veya parça değişimi rezonans etkisini çözmeyebilir.

Bakım sonrası doğrulama

Dişli değişimi sonrası backlash, temas izi, mil hizası, rulman ön yükü ve yağ seviyesi kontrol edilir. İlk çalıştırmada sıcaklık ve partikül trendi yakından izlenir. Önceki spektrumla karşılaştırmada yeni diş yüzeyinin alışma dönemi ve yük farkı dikkate alınır.

Zaman senkronlu ortalama

Takometre referansıyla bir milin ardışık turları üst üste ortalandığında o mile senkron dişli bileşenleri güçlenir, senkron olmayan kaynaklar azalır. Ortalama sinyalden düzenli diş temas bileşeni çıkarılarak artık sinyal incelenebilir. Bu yöntem doğru devir referansı ve yeterli tur sayısı gerektirir.

Birden fazla şaft bulunan redüktörde hangi mile senkron yapıldığı açıkça belirtilir. Hız dalgalanması açısal yeniden örnekleme olmadan ortalamayı bulanıklaştırabilir. Sonuç tek başına hasar kararı değil, lokal olayın tekrarlanabilirliğini değerlendiren ek kanıttır.

Ölçüm raporunda diş sayıları, oranlar, gerçek devirler ve seçilen frekans bantları açıkça verilmelidir. Böylece gelecekte farklı cihaz veya analist aynı kinematik frekans haritasını yeniden oluşturabilir.

Raporlanan bütün frekans etiketleri kullanılan devir kaynağıyla ilişkilendirilir; teorik ve ölçülen değerler birbirinden ayrılır.

Sonuç

Dişli kutusu analizi doğru frekans haritası, uygun bant ve karşılaştırılabilir yük koşuluyla başlar. Spektrum ile zaman davranışı, yağ ve sıcaklık verisiyle birleştirildiğinde olası kaynaklar güvenilir biçimde önceliklendirilebilir. Saha ölçümü için BALANSTEK vibrasyon analizi hizmeti, frekans ayarları için FFT analizi ve rulman bileşenleri için rulman arıza frekansları incelenebilir.