Como componente central do sistema de transmissão mecânica, a engrenagem enfrenta principalmente dois tipos de formas de falha por fadiga em estado de trabalho de longo prazo: fratura por fadiga de flexão e abertura por fadiga de contato.A fim de assegurar a sua operação segura e fiável durante o ciclo de vida de projeto, é necessário efectuar um ensaio sistemático de fadiga e uma previsão de vida útil dos equipamentos.

O presente documento apresenta os métodos de ensaio de fadiga das engrenagens comumente utilizados no transporte ferroviário e nos sectores industriais.e explica como estabelecer um modelo de previsão de vida através de dados de teste em combinação com padrões comuns, para prever a vida útil das engrenagens

Fornece uma base fiável para a otimização da estrutura, seleção de materiais e processo de tratamento térmico.

Modo de falha por fadiga do engrenagem

A falha do engrenagem por fadiga é dividida principalmente nas seguintes duas categorias:

Fadiga reforçada (fadiga da raiz do dente)

Durante o processo de malhagem, a área da raiz do engrenagem é submetida a tensões de flexão periódicas, que podem formar rachaduras e expandir-se até à fratura sob ação a longo prazo.

Fadiga por contacto (Fadiga por contacto/Pitting)

A superfície do dente é submetida a tensões de contacto cíclicas durante o processo de malhagem e contacto, e se formam rachaduras na superfície e na sub-superfície,que resultam em esparramamento do material para formar furos (pitting) ou grandes flocos (spalling).

Visão geral dos métodos de ensaio

Os métodos de ensaio comuns do ensaio de fadiga das engrenagens incluem principalmente:

Teste de fadiga reforçada (teste de fadiga de dobragem dos dentes)

ISO 6336-5 “Cálculo da capacidade de carga de engrenagens espirais e helicoidais ” Parte 5: Força e qualidade dos materiais ”

• AGMA 2001
• GB/T 14230
• Equipamento de ensaio típico:
• Máquina de ensaio de engrenagem única: a carga é aplicada à área da raiz do dente para carga repetida.
• Máquina de ensaio de flexão por rotação: simular o estado de tensão de trabalho das engrenagens.
• Método de tratamento de dados:
• Instalação da curva S-N (curva da vida em estado de stress)

• Ensaio de fadiga por contacto (ensaio de abertura)
• Base normal:
• Máquina de ensaio de engrenagens FZG (Fraunhofer Standard, Alemanha)
• ISO 14635 / ASTM D4998
• SH/T 0306-2017 (Evaluação da resistência das engrenagens a furos por óleo lubrificante)
• Conteúdo do ensaio:
• O ensaio de ligação dos pares de engrenagens é realizado em condições especificadas de velocidade, carga e lubrificação para monitorizar o tempo de geração e a área de abertura.
• Determina-se a duração de contacto da superfície dos dentes com a fadiga e analisa-se a influência das condições de lubrificação no comportamento da fadiga.
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Método de previsão de vida

Os dados obtidos a partir dos ensaios de fadiga podem ser utilizados para estabelecer modelos de vida útil das engrenagens.

Previsão de vida baseada na curva SN

A curva S-N é montada com base nos dados dos ensaios de duração da fadiga a diferentes níveis de tensão:

Entre eles:

N: Duração do engrenagem (número de ciclos)

σ: amplitude de tensão

A, b: constantes de fixação

Weibull Lei estatística

A distribuição de Weibull é usada para analisar um conjunto de dados de vida útil de falha para determinar a vida útil confiável, a vida útil característica e a variabilidade:

η:vida útil das características

β:Parâmetro de forma (determina a forma da curva de distribuição)

F ((t): Probabilidade de falha antes do tempo t

Método de danos acumulativos (utilizado em condições de carga variáveis)

Em condições de trabalho reais, as engrenagens estão muitas vezes sob carga de vários estágios.

Sugestões para melhorar a vida útil dos equipamentos

De acordo com os resultados dos ensaios, a empresa de fabrico pode otimizar o projeto a partir dos seguintes aspectos:

Significado do ensaio de fadiga das engrenagens

O ensaio sistemático de fadiga não só pode avaliar a resistência à fadiga da estrutura da engrenagem, mas também servir como uma importante ferramenta de feedback para o material,processo de tratamento térmico e controlo da qualidade do processamentoNo transporte ferroviário, na indústria aeroespacial e noutros domínios, a previsão precisa da vida útil da fadiga é a base fundamental para assegurar uma operação fiável e formular estratégias de manutenção.