Como componente central del sistema de transmisión mecánica, la fiabilidad está directamente relacionada con el funcionamiento normal del equipo.El estrés de la raíz (Root Stress) es uno de los principales factores que afectan a su fallaEn este trabajo, vamos a analizar en profundidad el método de cálculo de la tensión de flexión de la raíz del diente, y discutir el método de análisis de rotura de engranajes y fallas,para ayudar a los ingenieros a comprender mejor y prevenir el problema de rotura de los engranajes, y mejorar la vida útil de los equipos.

1Definición de la tensión de flexión de la raíz dental

La tensión de la raíz se refiere a la tensión máxima causada por la flexión en el área de la raíz cuando el engranaje está bajo carga.su efecto de concentración de tensión es fuerteLa tensión de la raíz excesiva puede conducir al inicio y la expansión de grietas de fatiga, y finalmente conducir a la ruptura de engranajes.

2Método de cálculo de la tensión de flexión de la raíz dental

La tensión de flexión de la raíz se calcula generalmente por la fórmula de Lewis (Ecuación de Lewis) o la fórmula estándar ISO 6336-3.

2.1 La fórmula de Lewis

La fórmula de Lewis es un método simplificado de cálculo de la tensión de las raíces adecuado para la estimación preliminar de la resistencia de los engranajes:

Entre ellas:

σ F: Tensión de flexión de las raíces (MPa)

Ft: fuerza tangencial que actúa sobre la superficie del engranaje (N)

B: anchura de los dientes (mm)

M: módulo (mm)

Y: coeficiente de forma del diente, relacionado con el número de dientes y el ángulo de presión

✅ Esta fórmula supone que la raíz del engranaje se encuentra en el estado de flexión de la viga de apoyo simple, sin tener en cuenta el efecto de concentración de tensión,y sólo es aplicable al cálculo de baja precisión.

2.2 Fórmula estándar de la norma ISO 6336-3

Para un cálculo más preciso de la tensión en las raíces, consulte la fórmula especificada en la norma ISO 6336-3:

Entre ellas:

KF: coeficiente de distribución de la carga

KA: coeficiente de carga aplicado

KV: el coeficiente de carga dinámica

YF: coeficiente de forma del diente

YS: coeficiente de concentración de esfuerzo

✅ El método de cálculo ISO 6336-3 considera las condiciones reales de trabajo, como la distribución de la carga, el error de fabricación, etc., y es adecuado para el diseño de engranajes de alta precisión.

3Análisis de roturas y fallos de engranajes

Las rupturas de engranajes suelen ser causadas por fallas por fatiga o por sobrecarga. Los siguientes son los modos de falla comunes:

3.1 Fractura por fatiga de las raíces (fractura por fatiga de flexión)

Características: Las grietas se originan en la raíz y se extienden a lo largo de la raíz, lo que eventualmente hace que el engranaje se rompa.

Causa:

La carga de propagación a largo plazo conduce a la extensión de grietas de fatiga

La tensión de la raíz del diente es demasiado grande, y el efecto de concentración de la tensión es significativo

Resistencia a la fatiga insuficiente del material

Rx: ¿ Qué es esto?

El ángulo de la raíz fue optimizado para reducir la concentración de estrés

Para carburizar o bolen para mejorar la resistencia superficial

3.2 Fractura por sobrecarga (fractura por sobrecarga)

Características: el puerto de fractura muestra características de fractura quebradizas y la grieta se expande rápidamente.

Causa:

Impacto por sobrecarga que resulta en fractura instantánea

Defectos del material raíz, como inclusiones, grietas

Rx: ¿ Qué es esto?

Utilice materiales de alta dureza para mejorar la resistencia al impacto

La detección de fallas por ultrasonido se realizó para detectar los defectos internos

4- Diseño optimizado del equipo de tránsito ferroviario

En el diseño de la caja de cambios de tránsito ferroviario, es crucial mejorar la resistencia de la raíz.

Caso 1: Equipo de alta velocidad de la UEM

Se utilizan raíces dentales grandes y esquinas redondeadas para reducir la concentración de estrés.

Realizar un tratamiento superficial de inyección para mejorar la resistencia a la fatiga.

Caso 2: Caja de cambios del metro

Se selecciona acero carburizante de alta resistencia para mejorar la resistencia al desgaste.

La raíz del diente fue optimizada para mejorar la distribución de la carga.

La tensión de la raíz es el factor clave para determinar el fallo de la rotura del engranaje.

La norma ISO 6336-3 proporciona un método más preciso de tensión de flexión de la raíz para el diseño de engranajes de alta precisión.

El fallo de rotura de los engranajes incluye principalmente rotura por fatiga y rotura por sobrecarga.

La caja de cambios de tránsito ferroviario debe estar hecha de materiales de alta resistencia y combinada con tecnología de ensayo moderna para garantizar el funcionamiento estable a largo plazo del equipo.