Per alguna raó, des del principi de la restauració, vaig pensar que el canvi de marxes estava en bon estat. De fet, no el vaig revisar ni tant sols vaig buidar l’oli del càrter. Quan ha arribat el moment d’engegar… el canvi feia un desagradable soroll en certes velocitats 🤨

Context

El que segueix és una foto del tren d’engranatges en posició de «marxa directa»:

A la imatge, MS és l’eix principal sobre el que actua la corretja del variador (a la dreta de l’eix segons la foto). Sobre MS llisca l’engranatge SG. L’eix principal té un pinyó G2 que engrana permanentment amb la corona S3. Al mateix temps, G2 fa d’embragatge conjuntament amb SG: la part dreta de SG és una campana que engrana amb G2 i fa que MS i SG voltin solidàriament. Aquesta és la posició que es mostra a la fotografia. L’engranatge SG està permanentment engranada a l’engranatge llarg que transmet la potència al capçal.

Seleccionem la marxa lenta fent lliscar SG cap a l’esquerra. Llavors SG engrana amb el pinyó de l’eix S3. La següent fotografia mostra el tren en marxa lenta:

Addicionalment, hi ha una posició intermèdia de SG en que no engrana amb cap pinyó i gira lliurement sobre el seu eix. En aquesta posició, l’engranantge llarg G1 esdevé desconnectat de l’eix principal.

Després de buidar l’oli i desmuntar la caixa de canvis, s’ha descobert el següent:

1. El coixinet de bronze de l’engranatge lliscant SG està molt desgastat: uns 0,5 mm pel costat de l’engranatge i 0,1 mm per la banda de la campana de l’embragatge.

2. Els rodaments semblen en prou bon estat. El coixinet de boles que suporta la tensió de la corretja te un pèl de joc però res massa important.

3. Els engranatge no tenen cap defecte evident. Semblen en molt bon estat. Fins i tot l’engranatge afectat pel desgast del coixinet aparenta bon estat.

4. Sembla que la caixa de canvis no havia estat mai oberta.

5. La campana de l’embragatge a l’engranatge lliscant te marques leugeres d’un martell de bola. Sembla com si hagues estat ajustada a cops de martell. És realment intrigant. És el resultat d’alguna reparacio maldestra? o potser una forma habitual d’ajustar el joc a can Schaublin?

   

La reparació del coixinet de bronze

Vaig preguntar a Schaublin sobre la possibilitat de canviar el grup de l’engranantge lliscant. Van contestar que ara mateix no en tenien recanvi tot i que no era inusual tenir-ne. També em van informar que el recanvi el formava el grup de l’eix principal i l’engranantge lliscant. El preu era alt però gens exagerat. Amablement em van enviar el plànol del coixinet amb el dimensionat i toleràncies.

El plànol especifica el material com a bronze «Duralit 110» que deu ser una referència d’un fabricant. No vaig trobar cap catàleg ni altra documentació del fabricant però, indirectament, uns documents van corroborar que és equivalent al bronze Rg7.

Es va tornejar un nou coixinet amb el dimensionat del plànol. Més aviat en la zona ajustada dins la tolerància. Es substitueix el coixinet i es munta de nou el canvi de marxes. Desafortunadament, l’embragatge no entrava suau amb el nou coixinet i es va haver d’ajustar de nou.

Els següents videos mostren moments del tornejat del nou coxinet i de l’ajustat final de l’embragament.

El canvi fa soroll amb el nou coixinet

Després de muntar de nou en canvi i capgirar l’engranatge llarg per engranant amb la part més nova.. engegem i fa un soroll de repic quan s’engrana la marxa directa, un soroll més clar quan gira a poques revolucions.

Per què?

Començo una colla de proves per mirar d’entendre per què el canvi fa soroll. Desmunto de nou la caixa de canvis, torno a capgirar l’engranatge llarg, i munto de nou la caixa sense oli i sense l’eix intermedi. Primer, mirem de saber on s’origina el soroll.

Amb aquesta configuració, és ben clar que el soroll es produeix entre l’engranantge lliscant i l’engranantge llarg i només quan hi ha engranada la marxa directa. Que només passi amb una marxa sembla que indiqui que no te cap relació amb un possible desgast dels engranantges (ja que són els mateixos en ambdues solucions).

De les proves s’observa el següent. Quan la palanca del canvi es posa en marxa neutre (el canvi desconnecta el gir del portaeines), l’engranatge lliscant gira arrosegat per la fricció de l’oli i arrossega el portaienes. Sorprenentment, en aquesta situació no hi ha soroll. Per entendre-ho millor es fan les següents proves:

1. S’engega amb el canvi en posició directa i sense l’eix intermedi. El soroll és ben clar:

2. S’engega amb el canvi sense l’eix intermedi i amb la palanca en posició neutre. No hi ha soroll.

3. S’engega amb el canvi sense l’eix intermedi i amb la palanca en posició directe. Poc a poc es mou la palanca fins que l’embragatge està només lleugerament engranat. En aquesta posició no hi ha soroll.

D’aquestes proves semblaria deduir-se que potser quan s’embraga l’engranatge es força una mica l’alineació i això indueix un mal contacte entre dents que genera soroll. Això podria explicar també que:

1. Els comps sobre la campana (potser originals) podríen indicar que l’ajust de l’embragament és una qüestió delicada.
2. El fet que Schaublin vengui conjuntament l’eix principal i l’engranatge lliscant podria suggerir també que aquest ajustatge és delicat.

Comprovem l’engranatge lliscant

L’engranatge lliscant SG sembla ser el centre dels problemes de soroll. Per tant, decideixo gastar esforços comprovant la geometria d’aquesta peça. Potser amb les eines de mesura de que disposem no serà fàcil però provem-ho.

Contacte entre dents

Pintem les dents de l’engranatge lliscant i el muntem a la caixa sense oli ni l’eix secundari. Després de funcionar un temps, es pot veure el patró del contacte entre dents. Les següents fotografies mostren el patró de contacte. En apariència no es veuen defectes: el contacte està ben distribuït en la cara de la dent i no es veuen punts de contacte singulars.

El test s’ha fet girant en una sola direcció. Per tant, la cara on no hi ha contacte no hauria de mostrar cap contacte. La següent imatge no delata cap contacte, però s’hi veu una línia al llarg de la cara que sembla resultat d’un impacte i el conseqüent rebot. Si fos així, el soroll s’hauria de classificar com a dringar (rattle en anglès).

En les fotos anteriors també es pot veure l’estat de les dents. Sembla que no hi ha un desgast significatiu. El cim de la dent està en un estat perfecte i no es veuen rebaves que siguin conseqüència del desgast.

Excentricitat de l’engranatge

La següent comprovació ha estat comprovar l’excentricitat de l’engranantge respecte el coixinet. Com es volia comprovar sobre els flancs de les dents s’han fet servir els blocs-patró i el seu utillatge amb uns extrems del diàmetre escaient per atacar els flancs. Les fotografies mostren el procediment. El resultat és molt bo i la desviació no supera pas els 0,01 mm.

Excentricitat de la campana

També es comprova l’excentricitat de la part femella de l’embragament. Recordeu que tenia marques d’haver estat picada amb un martell de bola. En aquest cas, mirem de mesurar el joc amb un comparador i es conclou que hi ha un joc que s’acosta als 0,04 mm, segurament fruit de la deformació de la campana. Aquest és el procediment:

No es clar si aquesta excentricitat por influenciar el soroll. Només ho seria si dominés la posició de l’engranatge lliscant i alterés el contacte entre les dents. El següent test mira d’esbrinar-ho.

Joc de l’engranatge lliscant sobre l’eix

Es aquest cas, es munta l’engranantge lliscant sobre l’eix i es mesura el joc que té. L’objectiu és determinar (a) si hi ha massa joc i (b) si l’embragament pot forçar l’engranatge a una posició indesitjada. Ho comprovem amb un comparador sobre l’engranatge i forçant amb la ma un moviment de vaibé. Ho repetim amb l’embragament connectat. El resultat és que sense embragar el joc és aproximadament de 0,02 a 0,03 mm —que està d’acors amb les toleràncies de Schaublin—. Embragat, el joc se situa en els 0,01 mm, i per tant no resta forçat com podria semblar. El joc no depen de la posició en que s’embraga.

Diàmetre del coixinet

Per tenir tota la informació, es comprova el diàmetre del coixinet en diversos punts. El resultat va de 30,005 a 30,010 mm, que està en la banda ajustada de la tolerància nominal. Les següents fotos ho mostren:

Llegir… i mirar d’entendre

Arribat aquest punt la detecció de la causa del soroll és en un cul de sac. La única forma d’avançar que se m’acud és llegir sobre engranatges i, en paral·lel veure si el meu colega Jordi Bonet pot analitzar el soroll aplicant tècniques de processat del senyal.

La cerca bibliogràfica m’ha portat a l’article de Rigaud and Perret-Liauded titulat «Investigation of gear rattle noise including visualization of vibro-impact regimes» al Journal of Sound and Vibrations (doi:10.1016/jsv.2019.115026). L’article m’ha permès entendre millor la naturalesa del soroll i, particularment, del rattling en els engranatges.

L’article explica que la causa principal del rattling són les fluctuacions de velocitat del sistema motriu. Les condicions que fan que el rattling aparegui quan hi ha fluctuacions de velocitat són:

1. La inèrcia de l’engranatge conduit.
2. El fregament de l’engranatge conduit.
3. El joc entre dents.
4. La lubricació

A la fresadora SV13, les condicions (1), (2) i (4) no han canviat i són les de disseny. El joc pot haver canviat per dues raons:

1. Hi ha desgast a les dents
2. La distància centre a centre dels engranatges ha canviat.

L’opció (2) no aplica, només (1) podria ser factible. Ambtot, com s’ha explicat a l’apartat anterior, la inspecció de l’engranatge no detecta desgast significatiu i els contactes semblen correctes. En aquest punt parlo amb el servei de Schaublin service, per veure si em poden facilitar els plànols de l’engranatge lliscant per poder comprovar les distàncies entre flancs. Em diuen però, que no me’l poden facilitar pel fet que encara està «en producció».

Només resta una causa possible: una fluctuació de la velocitat del sistema motriu per sobre de la correcta. Aixo condueix al variador Reeves de la màquina.

Finalment, les corretges

Havent conclòs que la causa era en el variador de velocitat, recomprovo les alineacions de les politges i la seva forma. No hi veig cap defecte significatiu. Només queda jugar amb la tensió de les corretges. Guiat per la intuició, amb passos petits vaig incementant la tensió de les corretges sense obtenir cap resultat. A continuació, vaig baixant la tensió de les corretges… i en un punt concret, el soroll desapareix. Alehop!! Increïble.

El següent video mostra clarament el soroll de rattling abans de regular la tensió. La caixa només conté els dos engranatges que fan soroll i sense oli. En el següent vídeo, la tensió de les corretges ja s’ha ajustat. EL rattling ha desaparegut llevat de la velocitat més baixa on encara apareix (al final del vídeo).

Sembla que la tensió de les corretges és doncs un factori crucial en la suavitat del moviment que es transmet.

Recopilació

Això ha estat una aventura enutjosa amb un final feliç. Tot comença amb l’inesperat soroll la primera vegada que es posa en marxa la màquina. La causa es descobreix aviat: hi ha un coixinet de bronze molt desgastat. Sembla ben clar que canviant el coixinet el soroll desapareixerà. El resultat, però, es decebedor. El soroll (que més endavant es podrà qualificar com rattle) després de canviar el coixinet continua existint. Això m’aboca a una carrera per entendre’n la causa: mesures, muntar i desmuntar, provar, llegir,… Al final, la causa era ben senzilla: massa tensió a les corretges. Moltes setmanes i molta feina per una cosa ben senzilla. Una bona experiència després de tot.