1. Introducción
En una de las empresas del sector de la maquinaria pesada en Ucrania, durante una inspección técnica programada del sistema de transmisión principal de la línea de producción, se detectó un ruido de alta frecuencia inusual y una vibración elevada del reductor. La inspección de las superficies internas mediante endoscopio reveló un daño localizado en las superficies de trabajo de los dientes de la rueda dentada y del piñón. La causa principal de la parada del equipo fue el pitting progresivo (corrosión puntual) seguido de un avance hacia el microesquilmado (spalling). El tiempo medio entre fallos (MTBF) para este componente debería haber sido de 45 000 horas, sin embargo, el estado de emergencia se presentó ya después de 14 200 horas de operación. Esto requirió la realización de una investigación técnica profunda para determinar las causas raíz según los requisitos del estándar ISO 10816 y las metodologías de análisis de fallos.
2. Vista del componente
El elemento estudiado es un reductor de alta precisión con engranaje, en el cual el componente clave para la transmisión de par es el componente con el número de artículo FIBRO 2480.022.10000. Este elemento funciona en condiciones de altas cargas cíclicas, asegurando la transmisión de potencia dentro del circuito cinemático de la máquina herramienta o del complejo de procesamiento.
- Par nominal: hasta 2400 Nm
- Temperatura de trabajo del aceite: 65 °C – 85 °C (límite 95 °C)
- Material del engranaje: Acero cementado aleado 18ХГТ (o equivalente 18CrNiMo7-6 según EN 10084), dureza superficial 58-62 HRC, profundidad del recubrimiento cementado 1,2-1,6 mm.
- Velocidad de giro: 1500 rpm (eje de entrada)
El componente está ubicado dentro de un cuerpo de fundición sellado con sistema de lubricación por carter. El medio de trabajo prevé el uso de aceite sintético para reductores de clase ISO VG 220 basado en polialfaolifinos (PAO) con aditivos antiadherentes (EP).
3. Pruebas de fallo
El examen visual muestra una imagen clásica de desgaste superficial. En las zonas de la línea de polo y debajo de la raíz del diente se observan numerosas pequeñas cavidades (pitting) con diámetro entre 0.5 y 2.0 mm y profundidad hasta 0.8 mm. En el lado cargado de los dientes del componente FIBRO 2480.022.10000 se detecta la fusión de estas cavidades en zonas continuas de desgaste (spalling).
| Parámetro de medición | Valor normativo (ISO / DIN) | Valor real en el objeto |
|---|---|---|
| Vibración (RMS de velocidad) | < 2,8 mm/s (ISO 10816-3) | 7.4 мм/с (frecuencias dominantes de enganche) |
| Clase de pureza del aceite | ISO 4406: 16/14/11 | ISO 4406: 20/18/15 (alto grado de contaminación por partículas sólidas) |
| Viscosidad del aceite a 40 °C | 220 мм²/с ± 10% | 185 мм²/с (destrucción de lubricante y desplazamiento) |
| Ply de contacto por diente | > 70% por longitud y altura | < 35% (contacto lateral de un lado) |
4. Investigación de las causas raíz
Para determinar la secuencia de eventos que condujo al fallo prematuro de FIBRO 2480.022.10000, se aplicó el método "5 Porqués" (5 Whys) en combinación con el diagrama de Ishikawa, enfocándose en cuatro factores principales: aceite, geometría/alinamiento, materiales y medio de explotación.
- ¿Por qué se produce el picado y el desgaste? Debido al exceso de tensiones de contacto en la superficie del diente sobre el límite de fatiga de contacto del material.
- ¿Por qué se han generado tensiones de contacto excesivas? Debido a la distribución desigual de la carga a lo largo de la longitud del diente (contacto de borde).
- ¿Por qué la carga se distribuyó de manera desigual? Debido a la desalineación angular de los ejes (desviación de eje) dentro de 0.15 mm en una longitud de 100 mm.
- ¿Por qué se produce el desalineamiento de los ejes? Debido a las deformaciones térmicas del fundamento y a la insuficiente precisión en el alineamiento durante la instalación después del anterior mantenimiento.
- ¿Qué papel jugó el aceite? La viscosidad del fluido de trabajo cayó por debajo del mínimo crítico debido a un sobrecalentamiento local, lo que impidió la formación de una película de aceite de mínima espesor ($h_{min} > \sigma_1 + \sigma_2$), necesaria según los estándares ISO 281 y AGMA 9005-E02.
5. Causas raíz identificadas
Según los resultados del análisis integral, se han identificado tres causas clave con diferente probabilidad de contribución al accidente:
- Desalineación angular y contacto de borde (Probabilidad: 50%): Confirmado mediante método de pintura y análisis de manchas de contacto. La carga se concentró en el borde del diente, donde las tensiones superaban los valores calculados en 2.3 veces.
- Degradación y contaminación del aceite (Probabilidad: 30%): El análisis de muestras de aceite mostró la presencia de productos de desgaste (polvo de hierro y polvo de acero) y disminución de la película hidrodinámica ($EHD$), lo que provocó el contacto metálico de las superficies rugosas.
- Desviación de los parámetros de montaje (Probabilidad: 20%): Desviación con respecto a los tolerancias de perpendicularidad de los lugares de montaje de las bases de rodamientos durante la montaje del conjunto.
6. Acciones correctivas
Para eliminar los defectos detectados y prevenir repetidas averías se ha desarrollado un conjunto de medidas inmediatas y a largo plazo:
Advertencia: La operación de equipos con vibración superior a 7,0 mm/s está prohibida según las normas de seguridad industrial de Ucrania (НПАОП 0.00-1.81-18). Es necesaria la sustitución inmediata del componente dañado.
- Reparación urgente: Desmontaje del reductor, lavado completo del carcasa, sustitución del elemento dentado dañado por un componente original del catálogo UNITEC-D respetando las tolerancias según DIN 3962 (grado de precisión no inferior a 6).
- Alineación y ajuste: Alineación láser de ejes con cumplimiento del paralelismo de ejes $\le 0.02$ mm y desviación angular $\le 0.05$ mm/m.
- Optimización del aceite: Cambio al aceite sintético de alta calidad ISO VG 220 con un paquete mejorado de aditivos EP y instalación de un sistema de filtración de aire de dos etapas (clase de limpieza no peor que ISO 4406 17/15/12).
7. Tarjeta diagnóstica rápida para técnicos
Esta tabla de verificación fue desarrollada para ingenieros de campo y puede utilizarse directamente en el taller mediante una tableta:
- Inspección visual del carter: Verificar la presencia de partículas, evaluar el nivel y el color del aceite a través de la ventana de inspección.
- Medición de vibración: Tomar los valores en los soportes de los rodamientos en tres direcciones mutuamente perpendiculares ($V_{RMS}$).
- Termometría: Medir la temperatura del cuerpo en la zona de contacto con un pirómetro (norma hasta 85 °C).
- Análisis del espectro de frecuencia: Buscar armónicos de frecuencia de enganche de dientes ($GMF$) y bandas laterales de frecuencia de rotación.
- Muestra de aceite: Tomar la muestra desde el punto inferior de drenaje para análisis laboratorio en busca de partículas ferromagnéticas ($Fe$ > 100 ppm — alarma).
- Verificación del soplador: Limpiar o reemplazar el filtro-soplador de aire para evitar la acumulación de polvo.
- Control de apriete de los tornillos: Verificar los momentos de apriete de los tornillos de fijación del reductor a la estructura según el documento técnico.
- Endoscopia de enganche: Inspeccionar al menos 4 dientes por perímetro en busca de microfisuras, pitting o desgaste.
8. Estrategia de prevención
Para garantizar el funcionamiento continuo del equipo industrial en las empresas ucranianas es necesario implementar la siguiente estrategia de mantenimiento técnico:
- Monitoreo del estado (PdM): Instalación de sensores fijos de vibración y control continuo del análisis espectral de pulsos de impacto ($ shock\ pulses $).
- Reglamento de lubricante: Realización de análisis laboratorio del lubricante cada 2000 horas de trabajo o una vez cada 6 meses. Cambio completo del aceite sintético cada 8000–10000 horas.
- Auditoría de alineación: Verificación planificada de la alineación del motor cada 12 meses después de finalizar el ciclo de variaciones estacionales de temperatura en el taller.
9. Conclusión
Un fallo prematuro de las transmisiones dentadas debido al pitting y el desgaste siempre es el resultado de un impacto combinado de desviaciones mecánicas (desalineación) y empeoramiento de las condiciones de lubricación. El estricto cumplimiento de los programas de montaje, el control regular de vibraciones y el uso de piezas de repuesto certificadas permiten evitar paradas accidentales y alcanzar el recurso proyectado del equipo. La selección de componentes de calidad para reemplazo está disponible en UNITEC-D E-Catalog.
10. Referencia
- ISO 10816-3: Vibración mecánica — Evaluación de la vibración de la máquina mediante mediciones en partes no giratorias.
- ISO 281: Cojinetes rodantes — Cargas dinámicas de diseño y vida de diseño.
- DIN 3962: Tolerancias para dientes de ruedas dentadas cilíndricas.
- AGMA 9005-E02: Lubricación de engranajes industriales.
- EN 10084: Aceros de temple superficial — Condiciones técnicas de entrega.
