Los engranajes son componentes centrales de los sistemas de transmisión mecánica, y su capacidad de carga determina directamente la fiabilidad y la vida útil de todo el sistema de transmisión.La capacidad de carga de los engranajes se basa principalmente en dos aspectos críticos: resistencia a la fatiga al contacto de la superficie dental y resistencia a la fatiga al doblar la raíz dental.

Modos comunes de falla del engranaje

• Perforación de la superficie de los dientes: Esparcimiento de metal en la superficie causado por el esfuerzo cíclico de contacto.
• Aplastamiento de la superficie de los dientes: Adhesión de superficies metálicas debido a operaciones de alta velocidad y carga pesada.
• Desgaste de la superficie de los dientes: Pérdida de material en la superficie del diente por fricción.
• Ruptura de dientesCausado por fatiga de flexión o sobrecarga.
• Deformación plástica: Flujo de material en la superficie del diente bajo cargas pesadas.

Diseño básico y cálculo de la capacidad de carga

1Calculación de la fuerza de contacto de la superficie de los dientes con la fatiga

• Si la tensión de contacto es inferior a la tensión de contacto, se aplicará la tensión de contacto.
• ZH = factor de la zona del nodo, ZE = coeficiente elástico del material, Zε = factor de relación de contacto, Zβ = factor de ángulo de hélice
• Ft = Fuerza tangencial sobre el círculo de referencia de la cara del extremo (N)
• b = anchura de los dientes (mm), d1 = diámetro del círculo de referencia del piñón (mm), u = relación de engranajes (u=z2/z1)
• σHP = tensión de contacto admisible (MPa), calculada como σHP = σHlim·ZN·ZL·Zv·ZR·ZW·ZX/SHmin (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 de la superficie; ZW = factor de endurecimiento del trabajo; ZX = factor de tamaño; SHmin = factor mínimo de seguridad)

2Calculación de la fuerza de la fatiga de la raíz dental

• Si la presión de inclinación es inferior a la tensión de inclinación, se aplicará una tensión de inclinación igual o superior a la tensión de inclinación.
• Se aplicará el método de ensayo de la prueba de ensayo.
• YF = Factor de perfil del diente, YS = Factor de corrección de tensión, Yβ = Factor de ángulo de hélice, YB = Factor de anchura del diente
• Si el equipo de ensayo no está equipado con un equipo de ensayo, el equipo de ensayo deberá ser equipado con un equipo de ensayo.YδrelT = Factor de sensibilidad relativo del filete de raíz de dientes; YRrelT = Factor de condición relativa de la superficie; YX = Factor de tamaño; SFmin = Factor mínimo de seguridad)

Verificación de la capacidad de carga

• Verificación de la resistencia a la fatiga de contacto: Verificar que σH ≤ σHP calculando ZH, determinando ZE, calculando Zε, considerando Zβ, calculando Ft, confirmando los factores de corrección y comparando σH con σHP.
• Verificación de la resistencia a la fatiga de flexión: Asegurar que σF ≤ σFP mediante la definición de YF, el cálculo de YS, la contabilización de Yβ, el cálculo de YB, la identificación de factores de corrección, y la comparación de σF con σFP.
• Verificación de las condiciones especiales de trabajo: Incluir la verificación de sobrecarga a corto plazo (considerando la carga máxima instantánea), la verificación de la carga de impacto (introduciendo el factor de carga dinámica),Verificación de las condiciones de alta temperatura (contabilidad de los cambios en el rendimiento de los materiales), y la verificación de carga pesada a baja velocidad (centrándose en la deformación plástica).

Factores clave que influyen en la optimización