Guia de diagnóstico e solução de problemas: ruídos e vibrações anormais em redutores

1. Descrição do problema e âmbito de aplicação

Este manual destina-se ao diagnóstico e solução de problemas de ruídos e vibrações anormais em caixas de engrenagens industriais. Esses sintomas costumam ser os primeiros sinais de falhas de componentes potencialmente críticas, como problemas em rolamentos, engrenagens ou lubrificação. Diagnósticos oportunos e precisos são críticos para evitar falhas catastróficas que levam à paralisação do equipamento e a perdas financeiras significativas.

Este documento abrange os seguintes tipos de equipamentos: engrenagens helicoidais, engrenagens cilíndricas, engrenagens cônicas, engrenagens planetárias utilizadas nas mais diversas aplicações industriais (transportadores, bombas, misturadores, extrusoras, etc.).

Classificação da gravidade do mau funcionamento:

• Crítico: Ruído agudo e alto (bang, guincho), vibração intensa com amplitude superior a 10 mm/s (RMS) ou aumento rápido de temperatura (> 90°C). O desligamento imediato do equipamento é obrigatório.
• Significativo: Ruído constante e incomum (zumbido, uivo, clique) ou vibração na faixa de 4,5-10 mm/s (RMS). Recomenda-se uma parada de inspeção programada.
• Menor: Ruído leve e intermitente ou ligeiro aumento na vibração (2,8-4,5 mm/s RMS) que pode indicar desgaste prematuro. É necessária uma monitorização melhorada.

2. Precauções

⚠ AVISO DE SEGURANÇA ⚠
Antes de iniciar qualquer trabalho de diagnóstico, certifique-se de que o equipamento esteja completamente desenergizado e bloqueado de acordo com o procedimento LOTO (Lockout/Tagout). Verifique a ausência de tensão elétrica com a ajuda de dispositivos apropriados. Esteja atento à energia armazenada em molas e sistemas hidráulicos ou pneumáticos. Utilize equipamentos de proteção individual (EPI): óculos de segurança, fones de ouvido, luvas, sapatos de trabalho com biqueira de metal. Superfícies quentes, lubrificantes pressurizados e peças móveis apresentam risco de ferimentos.
⚠ SIGA SEMPRE AS INSTRUÇÕES DE SEGURANÇA DO FABRICANTE DO EQUIPAMENTO ⚠

3. Ferramentas de diagnóstico necessárias

Para um diagnóstico eficaz de ruído e vibração nas engrenagens, são necessárias ferramentas especializadas:

4. Lista de verificação de avaliação inicial

Antes de iniciar um diagnóstico detalhado, é necessário coletar dados brutos e realizar uma inspeção visual. Isso ajudará a diminuir a gama de possíveis problemas de funcionamento.

5. Algoritmo de diagnóstico sistemático

Este algoritmo ajudará a identificar sistematicamente a fonte de ruído e vibração.

1. Avaliação inicial e segurança:
   1. Siga as etapas na seção 4. Lista de verificação de avaliação inicial
   2. Certifique-se de que todas as Precauções (Seção 2) sejam seguidas.
   3. Determine a natureza do ruído e da vibração:
   • Se o ruído for agudo, de batida, rangido e a vibração for intensa (> 10 mm/s RMS) - pare imediatamente o equipamento. Vá para o ponto 6.
   • Se o ruído for um zumbido/uivo constante e a vibração for de 4,5 a 10 mm/s RMS, continue o diagnóstico.
   • Se o ruído for periódico ou a vibração for 2,8-4,5 mm/s RMS – monitoramento aumentado, diagnósticos programados.
2. Diagnóstico usando um analisador de vibração:
   1. Instale acelerômetros na carcaça da caixa de engrenagens nas direções radial e axial, próximo aos rolamentos e engrenagens.
   2. Meça o nível geral de vibração (velocidade, mm/s RMS) e aceleração (g RMS).
   3. Execute uma análise do espectro de vibração.
   • Se picos de vibração forem observados em frequências múltiplas da frequência de rotação do eixo (1X, 2X, 3X):
     • Causa provável: Desequilíbrio ou desalinhamento do eixo.
     • Ação: Verifique o alinhamento do eixo (capítulo 7.1) e o balanceamento do rotor. Vá para o ponto 3.
   • Se picos de vibração forem observados em frequências características do rolamento (BPFI, BPFO, BSF, FTF):
     • Causa provável: desgaste ou dano ao rolamento.
     • Ação: Use um estetoscópio acústico para localizar. Vá para o ponto 4.
   • Se picos de vibração forem observados nas frequências de engate das engrenagens (GMF) e seus harmônicos:
     • Causa provável: desgaste das engrenagens, folga incorreta, danos às engrenagens.
     • Ação: Vá para o ponto 5.
   • Se a vibração for de banda larga, não tiver picos claros:
     • Causa provável: falta de óleo, cavitação, montagens soltas, ressonância.
     • Ação: Vá para o ponto 6.
3. Diagnóstico de desalinhamento de eixos:
   1. Meça o desalinhamento dos eixos do motor e da caixa de engrenagens usando um indicador tipo relógio.
   2. Critérios: O desalinhamento radial e axial permitido não deve exceder 0,05 mm para velocidades de até 1.500 rpm. Para velocidades mais altas, os requisitos são mais rigorosos (0,02-0,03 mm).
   3. Se o desalinhamento exceder a norma:
      • Causa provável: desalinhamento do eixo.
      • Ação: Execute o alinhamento fino (Seção 8.1).
4. Diagnóstico de rolamentos:
   1. Use um estetoscópio acústico para localizar o ruído na caixa de engrenagens, especialmente próximo aos conjuntos de rolamentos.
   2. Estime a temperatura das unidades de rolamento usando um termovisor. Norma: a temperatura do rolamento não deve exceder a temperatura ambiente em mais de 40°C e ser inferior a 90°C.
   3. Analise o lubrificante quanto à presença de metais de desgaste (Fe, Cr, Mn - para rolamentos de aço; Cu, Pb, Sn - para separadores/buchas de bronze).
   4. Se o estetoscópio detectar um som de rangido/farfalhar, termovisor - superaquecimento local, análise de óleo - aumento do conteúdo de metais de desgaste:
      • Causa provável: Desgaste ou danos no rolamento.
      • Ação: Desmontagem, inspeção visual, substituição de rolamentos (capítulo 8.2).
5. Diagnóstico das engrenagens:
   1. Meça a folga das engrenagens usando apalpadores ou um relógio comparador. A lacuna regulamentar está especificada na documentação do fabricante. Geralmente 0,08-0,25 mm para engrenagens pequenas e médias.
   2. Realize uma inspeção visual dos dentes através de escotilhas de inspeção ou com um boroscópio (se disponível). Procure sinais de corrosão, lascas, amassados, desgaste excessivo e deslocamento da área de contato.
   3. Analise o lubrificante quanto à presença de metais de desgaste (Fe, Sn – para dentes de aço; Cu, Pb – para pares de rosca sem-fim de bronze).
   4. Se a folga for maior que o normal, os dentes estão visualmente danificados ou a análise do óleo mostra um conteúdo significativo de metais de desgaste:
      • Causa provável: Desgaste, danos ou ajuste inadequado das engrenagens.
      • Ação: Desmontagem, reparo/substituição de engrenagens, ajuste de folga (capítulo 8.3).
6. Diagnóstico do sistema de lubrificação e outras causas:
   1. Realize uma análise completa da lubrificação (seção 7.4).
   2. Verifique a resistência de fixação do redutor à fundação, bem como a fixação das tampas e demais elementos da carcaça. Aperte os parafusos de acordo com os regulamentos.
   3. Se a análise do óleo mostrar degradação, contaminação, excesso de água, nível baixo:
      • Causa provável: Problemas de lubrificante (nível baixo, contaminação, tipo errado).
      • Ação: Substituição de lubrificante, filtros, eliminação de vazamentos (capítulo 8.4).
   4. Se os fixadores estiverem soltos:
      • Causa provável: Fixadores soltos.
      • Ação: Aperte os fixadores, verifique a fundação.

6. Matriz de causa de mau funcionamento

Este gráfico irá ajudá-lo a combinar seus sintomas com as causas prováveis, testes e resultados esperados.

7. Análise da causa raiz para cada mau funcionamento

7.1. Desalinhamento dos eixos

Explicação: O desalinhamento ocorre quando os eixos de rotação dos eixos do motor e da caixa de engrenagens não estão na mesma linha reta. Pode ser um deslocamento paralelo, angular ou combinado. Os principais motivos são: instalação incorreta, deformação da carcaça, deformação térmica, desgaste do acoplamento. Isto resulta em tensões cíclicas nos eixos, rolamentos e vedações, causando fricção e vibração excessivas.

Como confirmar: Meça o desalinhamento usando um sistema de nivelamento a laser ou dois indicadores do tipo relógio. Indicador crítico: desalinhamento radial ou angular superior a 0,05 mm para a maioria das aplicações industriais. Além disso, a análise do espectro de vibração mostrará os picos dominantes na frequência de rotação 1X, 2X, 3X.

Dano potencial: Desgaste prematuro de rolamentos, vedações de eixo, acoplamento, fadiga do eixo, possível quebra do eixo durante operação de longo prazo. Também pode causar superaquecimento local, diagnosticado por um termovisor.

7.2. Desgaste ou danos nos rolamentos

Explicação: Os rolamentos são componentes críticos que suportam eixos e reduzem o atrito. O desgaste pode ser causado por lubrificação insuficiente ou incorreta, contaminação do lubrificante, instalação inadequada (cargas de choque durante a instalação), sobrecarga, vibração ou fadiga do material. Os danos incluem corrosão por corrosão, corrosão por corrosão, desgaste abrasivo e corrosão por contato.

Como confirmar:

• Análise acústica: farfalhar, rangido, clique localizado próximo ao rolamento usando um estetoscópio.
• Análise de vibração: O espectro de vibração mostrará as frequências características dos rolamentos (BPFI, BPFO, BSF, FTF) e seus harmônicos. O nível geral de vibração excede 4,5 mm/s RMS.
• Termografia: Superaquecimento local da unidade de rolamento (> 90°C).
• Análise de lubrificantes: Aumento do teor de metais de desgaste (Fe, Cr, Mn para aço, Cu para separadores) e partículas maiores que 5 mícrons.
• Inspeção visual (após a desmontagem): corrosão, afundamentos, corrosão nas pistas, danos no separador, descoloração.

Dano Potencial: Aumento de atrito, superaquecimento, emperramento do eixo, danos aos assentos dos rolamentos, danos às engrenagens devido ao deslocamento do eixo. É possível destruir a carcaça da caixa de velocidades.

7.3. Desgaste ou danos nas engrenagens

Explicação: As engrenagens transmitem torque. Seu desgaste pode ser causado por sobrecargas constantes, cargas de choque, lubrificação insuficiente, ambiente agressivo, partículas abrasivas no lubrificante, fadiga do material. Tipos comuns de desgaste: corrosão por corrosão (fadiga superficial), desgaste abrasivo, desgaste adesivo (gripagem), deformação plástica, pontuação excessiva, quebra de dentes.

Como confirmar:

• Análise acústica: zumbido, uivo, guincho que muda com a carga. Batendo quando os dentes quebram.
• Análise de vibração: picos de vibração nas frequências de engate dos dentes (GMF) e seus harmônicos. Faixas laterais adicionais ao redor do GMF podem indicar modulação de desgaste.
• Inspeção visual (através de boroscópio ou após desmontagem): Detecção de pitting (depressões na superfície dos dentes), gripagens, lascas, fissuras, riscos abrasivos.
• Medir a folga: A folga que excede a norma (por exemplo, > 0,3 mm para engrenagens médias) indica desgaste excessivo.
• Análise de lubrificantes: Aumento do teor de metais de desgaste (Fe, Sn) e partículas grandes.

Dano Potencial: Redução da eficiência da transmissão, aumento de ruído e vibração, travamento de engrenagens, destruição de dentes e carcaças, falha catastrófica.

7.4. Problemas de petróleo

Explicação: A graxa desempenha as funções de redução de atrito, resfriamento, remoção de sujeira e proteção contra corrosão. Os problemas incluem: baixo nível de óleo, degradação do óleo (oxidação, perda de aditivos), contaminação (água, poeira, partículas metálicas), uso de tipo errado de óleo. Todos esses fatores afetam criticamente a vida útil de rolamentos e engrenagens.

Como confirmar:

• Inspeção visual: Baixo nível de óleo, descoloração, turvação, presença de sedimentos ou espuma.
• Análise de lubrificantes (de acordo com DSTU ISO 2909, DSTU ISO 3104):
  • Viscosidade: Alteração (aumento ou diminuição) da viscosidade além de ±10% da inicial.
  • Teor de água: > 0,05% para a maioria dos óleos.
  • Número de acidez (AN): Aumento do AN em mais de 0,5 mg KOH/g.
  • Análise espectral: Aumento do teor de metais de desgaste (Fe, Cu, Cr), elementos poluentes (Si - poeira).
  • Contador de partículas: Classe de limpeza ISO 4406:1999 (normalmente não superior a 18/15/12 para redutores).
• Termografia: Superaquecimento geral da caixa de câmbio devido ao aumento do atrito.

Danos potenciais: Desgaste acelerado de engrenagens e rolamentos, corrosão, superaquecimento, aumento do consumo de energia, destruição rápida de componentes.

8. Procedimentos passo a passo para solução de problemas

8.1. Correção de desalinhamento de eixos

1. ⚠ SEGURANÇA: Siga o procedimento LOTO.
2. Limpe as superfícies dos rolamentos sob o motor e a caixa de engrenagens.
3. Desconecte o acoplamento que conecta os eixos.
4. Use um sistema de nivelamento a laser ou dois indicadores do tipo relógio para medir com precisão o desalinhamento.
5. Ajuste a posição do motor/caixa de engrenagens adicionando ou removendo calços de metal calibrados (controles deslizantes) sob as linguetas.
6. Mova o motor/redutor horizontalmente usando ferramentas especiais para obter valores de desalinhamento aceitáveis ​​(<0,05 mm radialmente e angularmente).
7. Aperte os parafusos de fixação do motor/redutor na fundação com o torque especificado pelo fabricante (ex. M12: 80Nm, M16: 160Nm).
8. Verifique novamente o alinhamento após apertar, pois o aperto pode causar pequenas alterações.
9. Conecte a embreagem e verifique seu estado.
10. VERIFICAÇÃO: Acione o equipamento e repita a análise de vibração e termografia. O nível de vibração deve diminuir significativamente e a temperatura deve normalizar.

8.2. Substituição de rolamentos

1. ⚠ SEGURANÇA: Siga o procedimento LOTO. Drene a graxa (se a desmontagem for fornecida).
2. Desmontar o redutor do equipamento caso não seja possível a substituição completa dos rolamentos no local.
3. Desmonte a carcaça da caixa de engrenagens seguindo as instruções do fabricante.
4. ⚠ PROTEÇÃO: Proteja as superfícies expostas da contaminação.
5. Pressione os rolamentos danificados com um extrator adequado. NÃO USE MÉTODOS DE IMPACTO QUE POSSAM DANIFICAR O EIXO OU O LOCAL DE ATERRAGEM.
6. Limpe completamente os assentos dos rolamentos no eixo e na carcaça. Verifique-os quanto a danos, rebarbas, resíduos.
7. Aqueça os novos rolamentos a uma temperatura de 80-100°C (por exemplo, em um aquecedor por indução ou banho de óleo) para facilitar o assentamento no eixo. NÃO aqueça demais!
8. Instale os rolamentos nos eixos utilizando ferramentas de montagem especiais ou uma prensa hidráulica.
9. Monte o redutor observando os torques de aperto dos parafusos da carcaça (ex. M10: 50 Nm, M14: 120 Nm) e ajustando as folgas.
10. Preencha com lubrificante novo do tipo e volume recomendado pelo fabricante (capítulo 8.4).
11. VERIFICAÇÃO: Ligue o equipamento. Monitore o ruído, vibração e temperatura dos rolamentos. A temperatura deve estabilizar dentro de algumas horas de operação.

8.3. Reparo/substituição de engrenagens e ajuste de folga

1. ⚠ SEGURANÇA: Siga o procedimento LOTO. Escorra o óleo.
2. Desmonte a caixa de velocidades e desmonte a sua carcaça.
3. Faça uma inspeção visual de todas as engrenagens. Substitua engrenagens danificadas (com lascas, corrosão significativa, rachaduras) ou excessivamente desgastadas.
4. Limpe todos os componentes de lubrificantes antigos e sujeira.
5. Ao substituir as engrenagens, certifique-se de utilizar peças sobressalentes que atendam às especificações do fabricante (material, classe de precisão, tratamento térmico). Recomendamos peças sobressalentes certificadas pela UkrSEPRO.
6. Instale novas engrenagens e ajuste a folga lateral (folga) entre os dentes. Use um indicador tipo relógio e/ou vareta. A folga deve estar dentro dos limites especificados pelo fabricante (por exemplo, 0,10-0,20 mm). O ajuste pode ser realizado com auxílio de espaçadores ou deslocamento dos conjuntos de mancais.
7. Aplique uma fina camada de tinta marcadora na superfície dos dentes para verificar o ponto de contato. Gire a engrenagem manualmente e avalie a localização e o tamanho da área de contato. Deve ser simétrico e cobrir 70-80% do comprimento do dente.
8. Monte a caixa de engrenagens apertando todos os fixadores com o torque recomendado.
9. Adicione óleo fresco.
10. VERIFICAÇÃO: Opere a caixa de câmbio em marcha lenta e depois gradualmente sob carga. Controle de ruído, vibração e temperatura. Realize uma análise de vibração para confirmar a ausência de picos no GMF.

8.4. Restauração do sistema de lubrificação

1. ⚠ SEGURANÇA: Siga o procedimento LOTO.
2. Drene completamente a graxa velha da caixa de engrenagens.
3. Lave as cavidades internas da caixa de engrenagens com uma graxa de lavagem especial ou um solvente recomendado se a graxa estiver muito contaminada ou degradada. Siga as instruções do fabricante do detergente.
4. Substitua todos os filtros de óleo e retentores de óleo se estiverem danificados ou vazando.
5. Encha com graxa nova cujo tipo e viscosidade correspondam totalmente às especificações do fabricante do redutor e às condições de operação (por exemplo, ISO VG 220 para cargas moderadas, ISO VG 320 para cargas pesadas). Use lubrificantes que atendam ao padrão DSTU ISO 3448.
6. Verifique o nível do óleo usando uma vareta ou um visor. O nível deve estar entre as notas mínima e máxima.
7. VERIFICAÇÃO: Inicie o redutor. Verifique a temperatura, certifique-se de que não há vazamentos. Após 50-100 horas de operação, recomenda-se colher uma amostra do lubrificante para análise de controle para confirmar a pureza e a ausência de degradação rápida.

9. Precauções

10. Peças sobressalentes e componentes

A substituição oportuna de componentes desgastados é crítica para a longevidade da caixa de engrenagens. Preste atenção à qualidade e conformidade dos componentes com as normas (por exemplo, rolamentos de acordo com ISO, vedações de acordo com EN). Todas as peças sobressalentes devem ter certificados de qualidade apropriados, incluindo UkrSEPRO para o mercado ucraniano.

Todas as peças de reposição e lubrificantes necessários que atendam aos padrões internacionais e possuam os certificados necessários estão disponíveis no catálogo eletrônico UNITEC-D: https://www.unitecd.com/e-catalog/

11. Links

• DSTU ISO 10816-1:2003: Vibração. Avaliação da vibração da máquina com base nos resultados de medições em peças não rotativas.
• DSTU ISO 2909:2009: Petróleo e produtos petrolíferos. Cálculo do índice de viscosidade por viscosidade cinemática.
• DSTU ISO 3104:2008: Produtos petrolíferos. Líquidos transparentes e opacos. Determinação da viscosidade cinemática e cálculo da viscosidade dinâmica.
• DSTU ISO 3448:2009: Lubrificantes líquidos industriais. Classificação de viscosidade ISO.
• ISO 4406:1999: Transmissão de energia hidráulica. líquidos O método de codificação do nível de poluição por partículas sólidas.
• ISO 492:2014: Rolamentos de rolos. Rolamentos radiais. Tolerâncias
• Manuais originais para operação e manutenção de redutores UNITEC-D GmbH.
• Guias UNITEC-D: https://www.unitecd.com/maintenance-guides/