Como componente central del sistema de transmisión mecánica, el engranaje se enfrenta principalmente a dos tipos de formas de fallas por fatiga en el estado de trabajo a largo plazo: fractura por fatiga de flexión y agujero por fatiga de contacto.Para garantizar su funcionamiento seguro y fiable durante el ciclo de vida de diseño, es necesario realizar ensayos sistemáticos de fatiga y predicción de la vida útil de los artes.

Este documento presenta los métodos de ensayo de fatiga de los engranajes más utilizados en el transporte ferroviario y en el sector industrial.y explica cómo establecer un modelo de predicción de la vida a través de datos de prueba en combinación con estándares comunes, para predecir la vida útil de los engranajes

Proporciona una base fiable para la optimización de la estructura, la selección de materiales y el proceso de tratamiento térmico.

Modo de falla por fatiga del engranaje

La falla por fatiga de los engranajes se divide principalmente en las siguientes dos categorías:

Cansancio reforzado (cansancio por flexión de las raíces dentales)

Durante el proceso de malla, el área de la raíz del engranaje está sometida a una tensión de flexión periódica, que puede formar grietas y expandirse hasta la fractura bajo una acción a largo plazo.

Fatiga por contacto (Fatiga por contacto/Pitting)

La superficie del diente está sometida a una tensión de contacto cíclica durante el proceso de malla y contacto, y se producen grietas en la superficie y en la sub-superficie,que producen una dispersión del material en forma de hoyuelos (pitting) o copos grandes (spalling).

Resumen de los métodos de ensayo

Los métodos de ensayo comunes para el ensayo de fatiga de los engranajes incluyen principalmente:

Prueba de fatiga reforzada (prueba de fatiga de flexión de los dientes)

ISO 6336-5 “Cálculo de la capacidad de carga de los engranajes espirales y helicoidales ” Parte 5: Resistencia y calidad de los materiales ”

• AGMA 2001
• Se aplicarán las disposiciones siguientes:
• Equipo de ensayo típico:
• Máquina de ensayo de un solo engranaje: se aplica la carga al área de la raíz del diente para una carga repetida.
• Máquina de ensayo de flexión por rotación: simular el estado de tensión de trabajo de los engranajes.
• Método de tratamiento de datos:
• El equipo de ensayo de la curva S-N (curva de vida en tensión)

• Prueba de fatiga por contacto (prueba de perforación)
• Bases estándar:
• Máquina de ensayo de engranajes FZG (Fraunhofer Standard, Alemania)
• Se aplicarán los siguientes requisitos:
• SH/T 0306-2017 (Evaluación de la resistencia de los engranajes a los agujeros por aceite lubricante)
• Contenido del ensayo:
• El ensayo de acoplamiento del par de engranajes se llevará a cabo en condiciones de velocidad, carga y lubricación especificadas para controlar el tiempo de generación y el área de perforación.
• Se determina la duración de fatiga del contacto de la superficie dental y se analiza la influencia de las condiciones de lubricación en el comportamiento de fatiga.
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Método de predicción de la vida

Los datos obtenidos de los ensayos de fatiga pueden utilizarse para establecer modelos de vida útil de los engranajes.

Pronóstico de vida basado en la curva SN

La curva S-N se fija utilizando los datos de los ensayos de resistencia a la fatiga a diferentes niveles de esfuerzo:

Entre ellas:

N: Vida útil del engranaje (número de ciclos)

σ: amplitud de la tensión

A, b: constantes de ajuste

Weibull Ley estadística

La distribución de Weibull se utiliza para analizar un conjunto de datos de vida útil de fallas para determinar la vida útil confiable, la vida característica y la variabilidad:

η:vida útil de las características

β:parámetro de forma (determina la forma de la curva de distribución)

¿Qué quieres decir?t): Probabilidad de fallo antes del tiempo t

Método de daños acumulativos del minero (utilizado en condiciones de carga variable)

En condiciones de trabajo reales, los engranajes a menudo están bajo carga de varias etapas.

Sugerencias para mejorar la vida útil de los engranajes

De acuerdo con los resultados de los ensayos, la empresa de fabricación puede optimizar el diseño desde los siguientes aspectos:

Significado del ensayo de fatiga del engranaje

El ensayo sistemático de fatiga no sólo puede evaluar la resistencia a la fatiga de la estructura del engranaje, sino que también sirve como una herramienta de retroalimentación importante para el material,Proceso de tratamiento térmico y control de calidad de procesamientoEn el transporte ferroviario, aeroespacial y otros campos, la predicción precisa de la vida de fatiga es la base clave para garantizar una operación confiable y formular estrategias de mantenimiento.