Estudo de Caso: Como a Média Síncrona Revelou Falha no Pinhão de uma Caixa de Velocidades de Baixa Velocidade

Em uma grande fábrica da indústria de papel, uma caixa de velocidades de baixa velocidade com um pinhão de 23 dentes acionando uma engrenagem principal de 132 dentes estava gerando partículas de ferro em seu óleo lubrificante. O supervisor de manutenção precisava identificar a fonte de contaminação antes que a máquina sofresse uma falha catastrófica.

Visão Geral da Caixa de Velocidades

A caixa de velocidades possuía um pinhão de 23 dentes no eixo de entrada, uma engrenagem principal de 132 dentes e uma segunda engrenagem principal idêntica. Estas eram montadas em dois rolos de aço de 24 polegadas. As engrenagens principais de saída giravam a 52 rpm, enquanto o pinhão girava a 302 rpm (consulte a Figura 1).

Figura 1. Relações de velocidade da caixa de velocidades

Investigação Inicial

A análise do óleo revelou partículas de ferro, mas os espectros de vibração coletados próximo aos mancais não mostravam tons de mancais. A suspeita recaiu sobre as próprias engrenagens, levando a uma análise mais profunda para isolar qualquer componente defeituoso.

Média Síncrona: A Ferramenta de Diagnóstico

A média síncrona, embora seja uma técnica antiga, é raramente utilizada em diagnósticos industriais. Ao sincronizar a captura de vibração com a rotação da engrenagem usando um gatilho derivado de tacômetro, isolamos a assinatura de vibração de uma única engrenagem, suprimindo sinais de outros elementos da máquina.

As configurações principais incluíam um comprimento de registro ligeiramente maior que uma revolução da engrenagem e um grande número de médias (90 neste caso) para garantir clareza (consulte a Figura 3).

Figura 3. Configuração da média

Resultados

Enquanto ambas as engrenagens principais exibiram formas de onda limpas e sem defeitos, o sinal médio do pinhão revelou uma região ruidosa e pronunciada onde o engrenamento com a engrenagem principal era irregular (consulte a Figura 4).

Figura 4. Defeito no pinhão revelado pela média

Inspeção Física

Apesar do ceticismo do chefe de manutenção — dado o histórico de 20 anos de operação da caixa de velocidades — uma placa de acesso foi removida. A inspeção mostrou um chavete severamente desgastado no eixo do pinhão, permitindo que a engrenagem se deslocasse aproximadamente meio dente. Folga visível e descamação no furo do pinhão confirmaram a causa mecânica raiz da contaminação (consulte as Figuras 5–7).

Figura 5. Descamação no furo do pinhão

Figura 6. Desgaste abrasivo nos dentes da engrenagem

Figura 7. Detalhe da borda do dente danificado

Resolução

O fabricante da caixa de velocidades confirmou que o ajuste por interferência entre o pinhão e o eixo estava muito frouxo, uma condição que pode se desenvolver durante a instalação. O pinhão e o eixo foram substituídos imediatamente para evitar uma falha catastrófica. A intervenção bem-sucedida reforçou o valor do monitoramento de vibração na planta.

Principais Conclusões

• A média síncrona é uma técnica poderosa, porém subutilizada, para isolar assinaturas de vibração específicas de engrenagens.
• Equipamentos de longa data podem abrigar defeitos latentes que se tornam aparentes através de análise direcionada.
• Diagnóstico rápido e ação corretiva podem economizar tempo de inatividade e custos de reparo significativos.

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