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Diseño, cálculo y aplicación de la capacidad de carga de los engranajes en la transmisión mecánica

Los engranajes son los componentes centrales de los sistemas de transmisión mecánica y su capacidad de carga es directamente fundamental para la fiabilidad y la vida útil de todo el sistema de transmisión.Esta capacidad abarca principalmente dos aspectos críticos:Los modos de fallo de los engranajes más comunes incluyen las fugas (espallamiento de metal superficial bajo tensión de contacto cíclica),desgaste (adhesión de la superficie del metal causada por la alta velocidad y la carga pesada), desgaste (pérdida de material de la superficie del diente debido a la fricción), rotura del diente (resultante de la fatiga de flexión o sobrecarga) y deformación plástica (flujo del material de la superficie del diente bajo una carga pesada).

1Proceso básico de diseño de la capacidad de carga de los engranajes

El proceso de diseño sigue una secuencia sistemática: primero, determinar los parámetros de transmisión como la potencia, la velocidad de rotación y la relación de transmisión;Luego seleccione los materiales de engranaje y los procesos de tratamiento térmico (ePor ejemplo, los aceros de aleación como 20CrMnTi y 42CrMo se utilizan comúnmente, con dureza superficial que oscila entre 58-62HRC y dureza del núcleo entre 28-35HRC); definir inicialmente los parámetros de engranaje, incluido el módulo,número de dientes, y ancho de la cara; realizar cálculos de capacidad de carga; optimizar los parámetros de diseño; y finalmente completar el diseño detallado.

2Métodos de cálculo básicos

2.1 Cálculo de la resistencia a la fatiga en contacto con la superficie de los dientes (según la norma ISO 6336)

La fórmula fundamental es:σH = ZH × ZE × Zε × Zβ × √[(Ft/(b·d1))·(u+1)/u] ≤ σHP, donde:

σH es la tensión de contacto calculada (MPa)
ZH denota el factor de zona, ZE el coeficiente elástico de los materiales, Zε el factor de relación de contacto y Zβ el factor de ángulo de la hélice.
Ft representa la fuerza tangencial en el círculo de paso transversal (N)
b es la anchura de la cara (mm), d1 el diámetro del círculo de paso del piñón (mm) y u la relación de engranajes (u=z2/z1)
σHP es la tensión de contacto admisible (MPa), calculada como:

Se aplicará el método de ensayo de las emisiones de gases de efecto invernadero en el ensayo de los gases de efecto invernadero.

(σHlim = límite de fatiga por contacto de los engranajes de ensayo; ZN = factor de vida; ZL = factor de lubricante; Zv = factor de velocidad; ZR = factor de rugosidad superficial; ZW = factor de endurecimiento de trabajo; ZX = factor de tamaño;SHmin = factor de seguridad mínimo)

2.2 Cálculo de la resistencia a la fatiga de las raíces de los dientes

La fórmula básica es:σF = (Ft/(b·mn)) × YF × YS × Yβ × YB ≤ σFP, donde:

σF es la tensión de flexión calculada (MPa)
mn es el módulo normal (mm)
YF = factor de forma, YS = factor de corrección de tensión, Yβ = factor de ángulo de hélice, YB = factor de ancho de cara
σFP es la tensión de flexión admisible (MPa), calculada como:

El valor de las emisiones de gases de efecto invernadero se calculará en función de las emisiones de gases de efecto invernadero.

(σFlim = límite de fatiga por flexión de los engranajes de ensayo; YN = factor de vida; YδrelT = factor de sensibilidad relativa del filete de raíz dental; YRrelT = factor de condición relativa de la superficie; YX = factor de tamaño;SFmin = factor de seguridad mínimo)

3Verificación de la capacidad de carga

3.1 Condiciones básicas de verificación

Resistencia a la fatiga por contacto: σH ≤ σHP
Resistencia a la fatiga por flexión: σF ≤ σFP

3.2 Verificación de las condiciones especiales de trabajo

Verificación de la sobrecarga de corta duración (teniendo en cuenta la carga máxima instantánea), la carga de impacto (introducción del factor de carga dinámica), las condiciones de alta temperatura (considerando los cambios en el rendimiento del material),En el caso de los vehículos de bajo rendimiento y de carga pesada (concentrándose en la deformación plástica) es esencial.

3.3 Influencia de los factores clave

Parámetros geométricos: el módulo mejora significativamente la resistencia a la flexión; el número de dientes afecta el radio de curvatura y el factor de forma (se recomienda el piñón z1 ≥ 17-20);La anchura de la cara mejora linealmente ambas fortalezas (factor de anchura de la cara ψ_d = 0.8-1.4); el ángulo de la hélice aumenta la longitud de contacto (β = 8°-15°); el coeficiente de desplazamiento del perfil optimiza la trayectoria de contacto.
Materiales y procesos: el carburado y el calentamiento (para cargas altas), el endurecimiento por inducción (para cargas medianas) y el calentamiento y el templado (para cargas generales) son tratamientos térmicos comunes;El peening aumenta el límite de fatiga.El revestimiento de la superficie mejora la resistencia al desgaste y el pulido reduce la rugosidad.