ケーススタディ：低速ギアボックスの問題の診断

数ヶ月前、私は製紙業に関連する大規模な工場でギアボックスの問題が疑われる場合の診断を手伝うように求められました。問題のギアボックスには、23歯のピニオンが付いた入力シャフトがあり、132歯の大きなブルギアを駆動し、同じサイズの別のブルギアを駆動します。 2つの歯車は、直径約24インチの大きなスチールローラーに接続されています。 2つの出力ギアは52rpmで回転し、ピニオンは302 rpmで回転します（図1を参照）。

図1。

ギアボックス内の潤滑油は定期的に分析され、最後の報告では油中に鉄粒子が含まれていると述べられていました。メンテナンススーパーバイザーは、オイル汚染の原因を特定できるかどうか尋ねました。最初に行ったのは、ベアリングの近くで測定された振動スペクトルを調べることでした。

スペクトルは、ベアリングトーンの形跡がなく、正常に見えたため、金属が1つまたは複数の歯車から来ていると考えられました（図2を参照）。問題は、故障したギア（ある場合）を特定して、メンテナンス作業を遅滞なく進めることができるようにすることでした。

図2。

時間領域信号の同期平均化は長い間行われてきましたが、私の意見では、マシンの問題の診断にはほとんど使用されていません。いずれにせよ、ギアボックスの振動特性の同期平均化を実行することにしました。

これには、振動アナライザでタコメータから派生した同期トリガーを使用して、一緒に平均化された一連の波形サンプルを収集することが含まれます。これの重要な部分は、各時間記録の開始が、問題のギアの回転でまったく同時に発生する必要があるということです。

これにより、ギアからの振動信号全体を時間領域平均で強調し、他のギアからのすべての振動成分、シャフトの回転数、ベアリングトーンなどを平均化することができます。これにより、ギアの個々の歯を示す時間波形が生成され、マシンの他のコンポーネントによる汚染はほとんどありません。

同期平均化を行う場合、アナライザーの分析パラメーターは、タイムレコードの長さがギアの1回転より少し長くなるように調整されます。時間レコードの長さ（T）は、スペクトル内のFFT行間隔（DF）の逆数であるため、これは簡単に実行できます。周波数スパンとライン数を選択するだけなので、1 / DFは1をヘルツ（Hz）単位のギア速度で割った値より長くなります。

もちろん、同期された波形から取得したスペクトルを確認することは可能ですが、波形が必要な情報を提供するため、わざわざこれを行う必要はありませんでした。

同期平均を使用する場合、使用される平均の数は非常に多くなければなりません。通常100かそこらの近く。ここで説明するテストでは、90個の平均を使用しました。 （セットアップの詳細については、図3を参照してください。）

図3。

同期平均化の多くの場合、スペクトルには時間情報が含まれておらず、時間領域に歯車の噛み合いの不規則性が示されているため、時間レコードはスペクトルよりもはるかに興味深いものです。この場合、すべてのスペクトルは目立たず、ギアメッシュの周波数といくつかの高調波を示しているだけです。

2つのブルギアのそれぞれで同期平均化を行ったところ、波形に欠陥の兆候はありませんでした。しかし、ピニオンで同じテストを実行したとき、波形は別の話をしました。歯車には、ブルギアとの噛み合いが非常にノイズが多く、不均一な明らかな領域がありました（図4を参照）。

図4。

このデータを見て、ギアの点検を依頼しましたが、整備責任者は、これが20年間問題なく稼働していたよりも振動の多いギアボックスに懐疑的でした。しかし、私たちは主張し、最終的にアクセスプレートを取り外してギアを見ることができました。

ピニオンシャフトのキー溝がひどく摩耗していて、ギアの端にある歯の約半分だけギアがシャフト上で前後に回転する可能性があることがわかりました。シャフトとピニオンのボアの間にも目に見える隙間がありました。ブルギアには損傷の兆候は見られませんでした。

ギアボックス工場のエンジニアの一人に電話して状況を説明しました。彼は、ピニオンとシャフトの間の締まりばめが緩すぎるときに、取り付け中に問題が発生したと述べました。彼は、壊滅的な故障を避けるために、シャフトとピニオンをすぐに交換する必要があると述べました。

これにより、当初はギアボックスをオーバーホールする必要がないと考えていたメンテナンス担当者から信者が生まれました。その時から、この工場の振動監視プログラムは非常に人気があり、尊敬されてきました。

前述のように、同期平均化は新しい手法ではありませんが、業界ではめったに使用されないようです。それは難しいことではなく、他の方法ではほとんど入手できないマシンに関する情報をもたらす可能性があります。さらに、小型のバッテリー駆動ユニットから大型の主電源システムまで、それを実行する多くのアナライザーが市場に出回っています。

次のピニオンの写真は、損傷を示しています。

図5.この写真は、ギアがシャフト上で前後に回転することによって引き起こされるピニオンボアの剥離を示しています。

図6.この写真は、歯車の歯の側面の摩耗を示しています。

図7.この写真は、損傷した歯のエッジのクローズアップです。接触領域の端にある動揺した金属に注意してください。

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