12FTM15-2012
Nuevos métodos para el cálculo de la capacidad de carga de engranajes cónicos e hipoides

Estándar No.
12FTM15-2012
Fecha de publicación
2012
Organización
AGMA - American Gear Manufacturers Association
Alcance
"Un modo de falla llamado "rotura de flanco" se observa cada vez más en diferentes aplicaciones de engranajes cilíndricos y cónicos. Estas roturas generalmente comienzan desde el flanco activo aproximadamente en el medio de la altura del diente activo y se propagan hasta la raíz del diente del flanco descargado. La iniciación de grietas puede localizarse debajo de la superficie en la región entre la caja y el núcleo de los engranajes endurecidos superficialmente. Este modo de falla no puede explicarse por el mecanismo conocido de rotura de la raíz del diente ni por el mecanismo de picadura. Incluso los engranajes cónicos en camiones y Las aplicaciones de autobuses corren el riesgo de sufrir fatiga subsuperficial @ si se debe lograr la utilización óptima del material. En este caso, se debe encontrar un equilibrio entre la rotura del flanco y el riesgo de picaduras. El propósito de este documento es describir un nuevo Método de cálculo basado físicamente en el material para evaluar el riesgo de rotura de flancos frente al riesgo de picaduras. Se muestra a modo de ejemplo la verificación de este nuevo método mediante ensayos experimentales. En cooperación con ""ZG ? Zahnr?er und Getriebe GmbH"" (ZG) ""MAN truck and bus AG"" (MTB) desarrolló un nuevo método para calcular los riesgos de rotura de flancos por rotura de flancos y picaduras. El método de cálculo ha sido adaptado y aprobado mediante pruebas experimentales en los bancos de pruebas de sistemas de propulsión de MAN. Las diez variantes diferentes del engranaje de prueba tenían un diámetro exterior de de2 = 390 mm a 465 mm@ una relación i = 4@5 a 5@7 y un módulo normal de mmn = 6 mm a 8 mm. También se examinaron variantes con la misma geometría principal pero con diferentes diseños Ease?Off. Todos los juegos de engranajes se probaron bajo un espectro de carga definido. A partir del trabajo de investigación de Oster@ Hertter y Wirth en el FZG (Centro de Investigación de Engranajes de la Universidad Técnica de Múnich, Alemania) se estableció un método de cálculo para engranajes cónicos. El principio del modelo de cálculo es la comparación local de las tensiones que se producen y los valores de resistencia disponibles en todo el volumen del diente. Por tanto, es posible evaluar el riesgo de grietas iniciales más allá de la superficie del flanco. ¿Cerca de la superficie pueden crecer grietas que causen picaduras? especialmente en la zona del flanco con deslizamiento específico negativo. Las grietas en la zona transitoria entre la carcasa y el núcleo conllevan un alto riesgo de rotura de flancos. Primero, las tensiones y fuerzas locales en el flanco se determinan mediante un análisis de contacto del diente cargado seguido del cálculo de la exposición máxima (con respecto a la fluencia) y la exposición dinámica (con respecto a la fatiga) del material dentro del diente. De este modo se consideran los componentes de tensión del contacto hertziano@ flexión@ efectos térmicos (temperatura de inflamación) y la fricción. Además, puede estar implicado el efecto positivo de las tensiones de compresión residuales y, en consecuencia, el efecto desventajoso de las tensiones de tracción residuales. Se han llevado a cabo investigaciones con el método de elementos finitos para lograr una aproximación suficiente de la distribución de tensiones residuales en la sección transversal del diente. Los valores de resistencia se consideran localmente según la profundidad del material y la posición en el flanco. El nuevo cálculo de los engranajes de prueba mostró una buena correlación entre el tipo de daño ocurrido y la exposición determinada del material dentro del diente. Las variantes que fallaron con rotura de flanco se pudieron distinguir de manera confiable de las variantes que fallaron por picaduras mediante el nuevo método físico del material. Con este conocimiento ahora es posible optimizar los principales parámetros geométricos del juego de engranajes (por ejemplo, número de dientes @ ángulo de espiral @ ángulo de presión), así como la microgeometría (Ease?Off) que influye en la distribución de carga en el flanco. En conjunto, este nuevo método conduce a un aumento asegurado de la utilización de material admisible y, por tanto, a tamaños de engranaje más pequeños, manteniendo al mismo tiempo la capacidad de carga en un nivel constante."



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