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Transmisión de engranajes planetarios: una guía completa para el diseño de resistencia para la seguridad
La transmisión de engranajes planetarios ha ganado una amplia aplicación en energía eólica, aviación, maquinaria de construcción, robótica, automoción y otros campos debido a sus ventajas de estructura compacta,alta densidad de potenciaLa seguridad del diseño de transmisión de engranajes planetarios está determinada principalmente por dos factores de seguridad cruciales:resistencia a la fatiga por contacto con la superficie dental y resistencia a la fatiga por flexión de la raíz dentalEstos dos factores son las consideraciones de diseño más importantes para la transmisión de engranajes planetarios, y dominar sus conocimientos relacionados es vital para los profesionales de la ingeniería.
1Breve introducción a la transmisión de engranajes planetarios
El sistema de transmisión de engranajes planetarios se compone principalmente de tres componentes clave: el engranaje solar, los engranajes planetarios y el anillo de engranajes interno.Su principio básico de funcionamiento implica los engranajes planetarios girando alrededor del engranaje solar mientras giran sobre sus propios ejesPara una comprensión más detallada de los principios fundamentales,referirse a la literatura profesional o a las publicaciones especializadas sobre transmisión de engranajes.
2Selección de material para la transmisión de engranajes planetarios
La elección de los materiales afecta directamente el rendimiento y la vida útil de los engranajes planetarios.
| Componente | El material | Tratamiento de la superficie | Especificaciones de dureza | Límites de fatiga por contacto | Límites de fatiga por flexión |
|---|---|---|---|---|---|
| Equipo de protección solar (A) | 20CrMnMo | Carburizado y apagado | Superficie del diente: 56-60 HRC; núcleo: 30-42 HRC | No más de 1500 N/mm2 | 500 N/mm2 |
| El equipo planetario (C) | 20CrMnMo | Carburizado y apagado | Superficie del diente: 56-60 HRC; núcleo: 30-42 HRC | Las mediciones de las emisiones de gases de efecto invernadero se realizarán en el momento en que se produzca el ensayo. | 500 N/mm2; 350 N/mm2 (después de la corrección) |
| Anillo de engranaje interno (B) | 42CrMo | Apagado y templado | Superficie de los dientes: 260-290 HB | 690 N/mm2 (mallas internas); 750 N/mm2 | 310 N/mm2; 217 N/mm2 (después de la corrección) |
- Materiales comunes para engranajes solares y planetarios: 20CrMnTi, 20CrMo, 20CrMnMo, etc. Las empresas japonesas utilizan principalmente SCM420 (equivalente a 20CrMo), mientras que las empresas alemanas e italianas prefieren 20CrMnMo y 18CrNiMo7-6.
- Materiales comunes para los anillos de engranajes42CrMo y 20CrMo.
3Tratamiento térmico de los engranajes
El tratamiento térmico adecuado mejora las propiedades mecánicas de los engranajes para satisfacer los requisitos operativos:
- Equipo solar y equipo planetarioLa dureza de la superficie alcanza los 58-62 HRC y la dureza del núcleo es de 30-45 HRC.El resultado es un límite de fatiga por contacto (σHlimC) de 1500 MPa y un límite de fatiga por flexión (σFlimC) de 500 MPa..
- Anillo de engranaje internoPor lo general, adopta la nitruración. La dureza de la superficie es de 550-700 HV, con un límite de fatiga por contacto (σHlimC) de 750 MPa y un límite de fatiga por flexión (σFlimC) de 310 MPa.
4Los principales límites de fatiga y los factores que influyen
4.1 Límites de fatiga de flexión (σFlim)
Se refiere al valor de tensión final que la raíz del diente puede soportar sin fallas bajo cargas repetidas a largo plazo.
- Material y tratamiento térmico: La composición del material, las propiedades mecánicas y los procesos de tratamiento térmico (como la carburación, la nitruración) afectan directamente a σFlim.la profundidad efectiva de la capa endurecida de los engranajes carburizados debe ser ≥ 0.15 mm, y el de los engranajes nitrados debe ser de 0,4-0,6 mm.
- Parámetros estructurales: El radio del filete de la raíz del diente, la rugosidad de la superficie (Ra ≤ 1,6 μm) y el ancho del diente influyen en la distribución de la tensión y el rendimiento de la fatiga.
- Carga y condiciones de trabajoPara los engranajes con curvatura bidireccional, σFlim debe multiplicarse por 0.7; para la flexión bidireccional simétrica (como los engranajes planetarios), también se multiplica por 0.7Los engranajes de alta velocidad requieren la consideración de los métodos de lubricación (lubricación con grasa, lubricación con salpicaduras o lubricación forzada).
4.2 Límites de fatiga por contacto (σHlim)
Es el valor máximo de tensión que el material del engranaje puede soportar sin fallas de cavidad después de un número específico de ciclos (generalmente 107 veces) bajo tensión de contacto cíclica.
- Método de medición básico: Determinado mediante ensayos normalizados (como los ensayos de contacto de laminación) en 107 ciclos. Por ejemplo, el valor típico del acero carburizado y apagado es de 1300-1500 MPa.
- Factores clave de corrección:
- Condiciones de lubricación: se requiere una deslubricación cuando el espesor de la película de aceite es insuficiente.
- Gradiente de dureza superficial: La profundidad de la capa endurecida debe ser ≥ 0,2 veces el módulo.
- Factor de corrección de rugosidad ZL: tomar 1,0 cuando Ra ≤ 0,4 μm.
- Factor de seguridad SH: generalmente ≥ 1.0.
- Parámetros estándar de ensayo(véase GB/T 14229): Parámetros estándar de los engranajes de espolón (módulo 3-5 mm, rugosidad superficial Rz = 3 μm, velocidad lineal 10 m/s); viscosidad del lubricante 100 mm2/s (ZL = 1).
- Modo de fallo típico: Fatiga de las fugas (daños marcados por la poliomielitis).
5Contacto de la fatiga de la fuerza de verificación
Durante la malla de engranajes, el contacto de la superficie del diente no es una línea o un punto de contacto ideal, sino que forma un contacto de Hertz bajo carga, creando un área de contacto elíptica o lineal.El cálculo de la tensión de contacto se basa en la teoría del contacto de Hertz, y la tensión máxima de contacto (σH) se expresa como:
(sigma_{H}=Z_{E} sqrt{frac{F_{t}}{b cdot d_{1}} cdot frac{u+1}{u} cdot K_{A} cdot K_{V} cdot K_{H beta} cdot K_{H alfa}})
Donde:
- ZE: coeficiente elástico, relacionado con la relación de Poisson y el módulo elástico del material.
- Carga tangencial.
- b: ancho de los dientes.
- d1: Diámetro del círculo de inclinación del piñón.
- u: proporción de engranajes.
- KA, KV, KHβ, KHα: coeficientes de carga (factor de aplicación, factor de carga dinámica, factor de distribución de la carga de las huellas dentales, factor de distribución de la carga de los dientes).
Requisito de verificación: SHmin = δHP (tensión de contacto admisible) / δH (tensión de contacto calculada) ≥ 1.12.
6- Prueba de fuerza de la fatiga.
6.1 Normas de evaluación
- Método A: Se puede utilizar cualquier método adecuado (método de elementos finitos, método integral, método de mapeo conformal) o de medición real (como detección fotoelástica, medición de deformación).Pero requiere una carga de trabajo significativa y es sólo para ocasiones especiales..
- Método B: La tensión de tracción máxima en la raíz del diente del perfil lateral del diente cargado se considera la tensión de flexión nominal,que se corrige con los coeficientes correspondientes a la tensión de la raíz del diente calculadaEste método asume que la tensión máxima de flexión de la raíz del diente se produce en el punto más externo de malla de un solo diente del par de engranajes.
6.2 Cálculo de la tensión de flexión de la raíz dental
La fórmula para calcular la tensión de flexión de la raíz dental es:
Se trata de una serie de medidas que se aplican a los sistemas de control de emisiones de gases.
donde σFo es la tensión nominal de la raíz del diente y los demás parámetros son coeficientes de corrección relacionados con las condiciones de trabajo y la estructura del engranaje.
Requisito de verificaciónEl valor de la tensión de inclinación de las máquinas de ensayo se calculará en función de la tensión de inclinación de las máquinas.6.
7. Resumen
La perforación de la superficie de los dientes es un modo de falla típico en los sistemas de transmisión de engranajes, que implica tensión de contacto, fatiga del material, condiciones de lubricación y otros factores.La vida útil y la fiabilidad de los engranajes pueden ser
Tiempo del Pub : 2025-08-05 10:02:49
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