Vibration characteristics of single-stage planetary gear transmissions

Características vibratorias de transmisiones planetarias de una etapa

El control de estado basado en la medición y el análisis de las vibraciones de las transmisiones de engranajes planetarios no ha proporcionado los mismos buenos resultados observados en las transmisiones de engranajes de eje fijo convencionales. Una de las causas es la interpretación incorrecta del espectro de vibraciones. La estructura de las líneas presentes en el espectro de las vibraciones medidas en una transmisión de engranajes planetarios no defectuosa, con un sensor montado en la parte exterior de la corona dentada, está estrictamente relacionada con la geometría de la transmisión. Por lo tanto, se pueden encontrar diferentes patrones espectrales para diferentes transmisiones de engranajes planetarios. En este trabajo, se presenta un modelo de vibración para una transmisión de engranajes planetarios de una etapa para explicar este fenómeno. El modelo se desarrolla en el dominio del tiempo y se analiza en el dominio de la frecuencia utilizando la transformada de Fourier. Se demuestra que algunas transmisiones de engranajes planetarios, con diferentes geometrías, presentan estructuras espectrales similares. En base a esto, se propone una clasificación de las transmisiones de engranajes planetarios en cuatro grupos y se presentan las características espectrales de las vibraciones de cada grupo. La clasificación permite una estimación rápida del patrón espectral esperado de las vibraciones de cualquier transmisión de engranajes planetarios de una etapa. Con ello se espera contribuir a aumentar la eficacia de la monitorización del estado de las vibraciones en las transmisiones de engranajes planetarios.

INTRODUCCIÓN

Las transmisiones de engranajes planetarios se utilizan en una gran diversidad de máquinas dentro de la industria. En particular, se utilizan cuando se requiere una transmisión de alta potencia [1]. Las máquinas que trabajan con altos niveles de potencia suelen considerarse críticas dentro del proceso. Por lo tanto, reciben una atención especial con el objetivo de evitar fallos inesperados que puedan obligar a detener el funcionamiento de la máquina para su reparación, dificultando o incluso deteniendo por completo la producción. Normalmente, en este tipo de máquinas se utiliza una estrategia de monitorización de la condición. Dentro de esta estrategia, la medición y el análisis de las vibraciones aparece como la herramienta más potente para el diagnóstico temprano de fallos. Para evitar que se conviertan en daños importantes, se vigila cuidadosamente la evolución de los fallos detectados. Paralelamente, se programan las actividades de reparación para optimizar los recursos y minimizar el tiempo que la máquina permanece fuera de producción.

El diagnóstico de fallos basado en las vibraciones ha sido un campo de investigación activo durante décadas [2]. En consecuencia, se han desarrollado varias técnicas basadas en diferentes herramientas de procesamiento de señales, lo que ha permitido aumentar la capacidad de diagnóstico de muchos tipos de fallos en diferentes partes de la máquina.