Como um dos componentes fundamentais do sistema de transmissão, o desempenho da engrenagem devido à fadiga afeta directamente a vida útil de todo o equipamento sob a acção de carga alternada a longo prazo.Como calcular com precisão a vida útil da fadiga da engrenagem e como melhorar sua resistência à fadiga através da seleção de materiais e design dos dentes são as questões-chave no projeto da caixa de engrenagens.

Porquê calcular a vida da fadiga?

A engrenagem é submetida a cargas periódicas (tensões alternadas) durante o funcionamento.É fácil aparecer fissuras de fadiga e até mesmo fraturas no processo de uso, resultando em desligamento de equipamento e grandes perdas.

A falha por fadiga é um dos modos de falha mais comuns das engrenagens, que ocorre muitas vezes sem aviso óbvio.A avaliação precisa da sua vida útil por fadiga na fase de concepção é a premissa para garantir a fiabilidade do equipamento.

Método de cálculo da vida útil do equipamento por fadiga

A duração da fadiga do engrenagem é avaliada principalmente a partir de duas direcções:

1. Bend vida de fadiga

Trata-se de uma fratura causada por tensões de flexão alternadas na raiz do dente, e a fórmula de cálculo é a seguinte:

Entre eles:

Ft: Carga tangencial do engrenagem

b: largura do dente

m: módulo

YF: coeficiente dentário

O coeficiente da série K é afectado pela distribuição da carga, pela carga dinâmica e por outros factores

O fator de segurança da fadiga de dobra deve ser superior ao valor definido (geralmente 1,25 a 1,5) para garantir a fiabilidade da operação de engrenagem a longo prazo.

Duração de vida da fadiga por contacto

A corrosão por fossa na superfície do material é causada por tensões de contacto alternadas a longo prazo entre os dentes.

σH: tensão de contacto

ZE: coeficiente de influência da elasticidade (dependente do material)

ZH: coeficiente geométrico do engrenagem

A duração do contacto devido à fadiga também deve satisfazer o fator de segurança estabelecido (geralmente 1,0 a 1,2).

Principais factores que afectam a vida útil por fadiga

1Selecção de materiais

A resistência, a dureza e a resistência dos diferentes materiais afectam directamente o desempenho face à fadiga das engrenagens.aço ligado após carburizado e apagamento pode melhorar significativamente a dureza e limite de fadiga da superfície do dente.

Os materiais comuns de alto desempenho incluem:

18CrNiMo7-6 (aço carburizado de liga europeia)

20CrMnTi (aço carburizado de uso doméstico)

2. Optimização da forma da engrenagem

O processo de transição das raízes dos dentes para o desenho dos filetes,A moldagem da superfície dos dentes (como a moldagem em forma de tambor) e a moagem de precisão da superfície dos dentes podem efetivamente aliviar a concentração de estresse e melhorar a duração da fadiga.

Estudo de caso: avaliação da duração da matéria 18CrNiMo7-6

O 18CrNiMo7-6 é um aço carburizado de liga de baixo carbono com excelente endurecimento e resistência à fadiga.Parâmetros de desempenho do material (após carburar), amortecimento e temperação):

De acordo com a norma ISO 6336 para avaliação da vida útil por fadiga, os parâmetros da engrenagem, as condições de carga e os dados de material podem ser inseridos para obter a vida útil esperada da engrenagem (como 10 ^ 7 ~ 10 ^ 8 ciclos).

A duração de vida da engrenagem dependendo da fadiga não depende apenas do desempenho do próprio material, mas também da racionalidade do projeto,A precisão do processo e o grau de correspondência das condições de funcionamento.

Um "bom material" é a base, mas somente quando combinado:

Projeto razoável dos equipamentos

Processo de tratamento térmico preciso

Controlo rigoroso da qualidade de fabrico

Somente assim poderemos realmente perceber a longa vida e a alta fiabilidade das "boas engrenagens".