Evolución de la fatiga superficial en engranajes de acero al carbono

Abstract

Los engranajes rectos de aceros de bajo contenido de carbono se utilizan ampliamente en aplicaciones de baja exigencia debido a su bajo costo y simplicidad de fabricación. Uno de los fallos más comunes de estos engranajes es el fallo por fatiga de contacto superficial, también conocida como pitting o spalling. En muchas aplicaciones en las que no se pone en riesgo la vida humana y el costo de fabricación de la transmisión debe mantenerse bajo, se pueden aceptar altos niveles de pitting o spalling. Sin embargo, incluso si el sistema de engranajes parece funcionar correctamente, con el tiempo, el spall continúa creciendo, lo que lleva a un aumento de las amplitudes de vibración y el ruido emitido por la caja de engranajes y, en consecuencia, al fallo de la transmisión si no se toman medidas preventivas. Los estándares de dimensionamiento de engranajes definen el criterio de fallo por fatiga de contacto superficial de la transmisión cuando la picadura o pit crece progresivamente (AGMA 2101) o cuando el área dañada por picaduras alcanza el 4% de la superficie del flanco del engranaje (ISO 6336). Estos criterios de fallo son muy conservadores, ya que se han definido con el objeto de diseñar transmisiones de engranajes altamente exigentes (empleando aceros aleados y tratados térmicamente) y, por lo tanto, tienden a sobredimensionar aplicaciones de menor exigencia. Dado que no existen criterios de fallo estandarizados para estas últimas aplicaciones, en estos casos no se suele controlar el daño por pitting y los engranajes siguen funcionando hasta que los niveles de vibración y/o ruido emitido por los engranajes se vuelven inaceptables. Por lo tanto, si no se realiza un seguimiento de la evolución del pitting, no se conoce la relación directa entre el área dañada y el aumento de la vibración y el ruido. Por todas estas razones, este artículo analiza experimentalmente la evolución de la fatiga por contacto superficial de los engranajes rectos de acero de bajo contenido de aleación de carbono y sus consecuencias en el rendimiento de la transmisión en términos de amplitud de vibración. El objetivo final del trabajo sería definir un tamaño de picadura permitido y reducir el sobredimensionamiento de la transmisión.