Angrenaje
Angrenajele sunt mecanisme formate din două sau mai multe roţi dinţate, una antrenându-le pe celelalte prin acţiunea dinţilor aflaţi succesiv în contact. Roţile dinţate sunt organe de maşini care au la periferia lor dinţi dispuşi în mod regulat pe suprafeţe teoretice, numite suprafeţe de revoluţie.
Procesul continuu de contact între dinţii roţilor conjugate ale unui angrenaj, în vederea asigurării mişcării neîntrerupte a celor două roţi dinţate se numeşte angrenare.
Larga răspândire a angrenajelor este justificată de capacitatea de realizare a unui raport de transmitere constant, de posibilitatea de obţinere a unei game foarte largi de rapoarte de transmitere cu viteze si puteri diferite (de la 0,0001 kW la 10000 kW), siguranţă în exploatare, randament ridicat, gabarit relativ redus şi durată de funcţionare îndelungată.
Pe lângă aceste avantaje angrenajele prezintă o serie de dezavantaje, cum ar fi:
- necesită precizie ridicată de execuţie;
- fac zgomot in timpul funcţionării, mai ales la viteze mari;
- construcţia şi controlul roţilor necesită utilaje, scule şi instrumente speciale;
- nu se poate realiza orice raport de transmitere.
Clasificarea roţilor dinţate se face după mai multe criterii, şi anume:
a) după poziţia relativă a axelor geometrice ale celor două roţi:
-
angrenaje cu axe paralele (angrenaje cilindrice, fig.1a, 1b, 1c şi 1d);
-
angrenaje cu axe concurente (angrenaje conice, fig.2a şi 2b);
-
angrenaje cu axe încrucişate (angrenaje hipoide, melcate, fig.c).
Angrenajele cu axe încrucişate realizează transmiterea mişcărilor între doi arbori cu axele încrucişate în spaţiu. Teoretic, în acest caz rezultă angrenajul hiperboloidal, care este format din două roţi cu dantura dispusă pe suprafeţele a doi hiperboloizi de rotaţie, tangenţi între ei după dreapta generatoare comună. Acest angrenaj are o distanţă, în spaţiu, între axe (numită şi dezaxare) şi un unghi între axe Σ. Prin particularizări, din angrenajul hiperboloidal se pot obţine toate celelalte tipuri de angrenaje (angrenajul elicoidal, angrenajul cu melc cilindric, angrenajul cilindric încrucişat, angrenajul pseudoconic (hipoid) sau
spiroid.
b) după forma dinţilor roţilor dinţate:
-
dinţi drepţi (fig.6.1a, (fig.6.2a)
-
dinţi înclinaţi (fig.6.1b);
-
dinţi in V (fig.6.1c), în W, în Z;
-
dinţi curbi (fig.6.2b).
c) după poziţia relativă a suprafeţelor de rostogolire:
-
angrenare exterioară (fig.6.1a, b, c);
-
angrenare interioară (fig.6.1d).
d) după profilul dinţilor:
-
în evolventă;
-
în cicloidă;
-
în arc de cerc (dantură Novicov)
e) după modul de mişcare a axelor geometrice:
-
angrenaje cu axe fixe;
-
angrenaje cu axe mobile: planetare sau diferenţiale.
În cazul în care cutia de viteze are mai mulţi arbori, fiecare pereche de roţi dinţate va genera propriile componente de frecvenţă de angrenare. Diferite tipuri de angrenaje vor genera niveluri foarte diferite de vibraţii. Cel mai zgomotos tip de angrenaj dintre toate este în mod inevitabil cel cu dantură înclinată, urmat de angrenajele conice, hipoide, elicoidale, cu dantură în V, precum şi cele cu melc, în ordinea descrescătoare a severităţii vibraţiilor.
Deteriorarea angrenajului poate determina armonici la joasă frecvenţă în spectrul de vibraţie, dar şi în domeniul de înaltă frecvenţă, datorită impacturilor asupra danturii şi asupra rulmenţilor. Spectrul oricărui angrenaj prezintă vârfuri la 1× şi 2×RPM, de-a lungul frecvenţei de angrenare (GMF).
GMF se calculează astfel:
GMF = numărul de dinţi ai pinionului × turaţia RPM a pinionului
Frecvenţa angrenajului GMF va avea benzi laterale turaţiei de lucru, în raport cu turaţia arborelui pe care este montată roata dinţată. Spectrele angrenajelor conţin un domeniu de frecvenţă datorită frecvenţelor proprii GMF şi armonicilor acestora. Toate vârfurile sunt de joasă amplitudine şi dacă angrenajul funcţionează corespunzător, nu apar excitaţii la frecvenţele sale naturale. Benzile laterale frecvenţei de angrenare GMF şi armonicilor sale sunt des întâlnite. Acestea conţin informaţii despre defectele angrenajului.
Uzarea danturii şi reacţia la acest fenomen pot excita vibraţii la frecvenţele naturale, frecvenţa angrenajului şi benzile laterale. Se poate efectua analiza semnalului amplificat, colectându-se date pe unul dintre arborii angrenajului. Analiza Cepstrum este un instrument excelent pentru studiul benzilor laterale. Folosind această metodă, împreună cu metodele uzuale de analiză şi cu medierea domeniului timp, se poate elimina bruiajul datorat variaţiilor la joasă turaţie.
Ca regulă generală, defectele distribuite, precum excentricitatea şi dezalinierea angrenajului, vor produce semnale în benzile laterale şi armonici de mare amplitudine, apropiate de frecvenţa proprie a angrenajului. Defectele localizate, precum dantura ştirbită, determină benzi laterale distribuite de-a lungul spectrului.
Spectrul FFT pentru un angrenaj zgomotos, care dispune de un pinion cu 28 de dinţi, cu o turaţie de 3300 RPM