Como componente central do sistema de transmissão mecânica, a fiabilidade está diretamente relacionada com o funcionamento normal do equipamento.O estresse da raiz (Root Stress) é um dos principais fatores que afetam a sua falhaNeste trabalho, vamos analisar profundamente o método de cálculo da tensão de dobra da raiz do dente, e discutir o método de análise de quebra de engrenagem e falha,para ajudar os engenheiros a compreender melhor e prevenir o problema do arranque de engrenagens, e melhorar a vida útil dos equipamentos.

1Definição da tensão de flexão da raiz do dente

A tensão da raiz refere-se à tensão máxima causada pela flexão na área da raiz quando a engrenagem está sob carga.o seu efeito de concentração de tensão é forteA tensão excessiva da raiz pode levar ao início e à expansão de rachaduras de fadiga e, eventualmente, levar à quebra de engrenagens.

2Método de cálculo da tensão de flexão da raiz do dente

A tensão de flexão da raiz é geralmente calculada pela fórmula de Lewis (Equação de Lewis) ou fórmula padrão ISO 6336-3.

2.1 A fórmula de Lewis

A fórmula de Lewis é um método simplificado de cálculo da tensão da raiz adequado para a estimativa preliminar da resistência dos engrenagens:

Entre eles:

σ F: Tensão de dobra da raiz (MPa)

Ft: força tangencial na superfície da engrenagem (N)

B: largura do dente (mm)

M: módulo (mm)

Y: coeficiente de forma do dente, relacionado com o número de dentes e o ângulo de pressão

✅ Esta fórmula assume que a raiz do engrenagem está no estado de dobragem da viga de suporte simples, sem considerar o efeito de concentração de tensão,e só é aplicável a cálculos de baixa precisão.

2.2 Fórmula normalizada ISO 6336-3

Para um cálculo mais preciso da tensão nas raízes, ver a fórmula especificada na norma ISO 6336-3:

Entre eles:

KF: coeficiente de distribuição da carga

KA: Coeficiente de carga aplicado

KV: coeficiente de carga dinâmica

YF: coeficiente de forma do dente

YS: coeficiente de concentração de tensão

✅ O método de cálculo ISO 6336-3 considera as condições de trabalho reais, tais como distribuição de carga, erro de fabricação, etc., e é adequado para o design de engrenagens de alta precisão.

3Análise da ruptura e falha das engrenagens

As rupturas de engrenagem são geralmente causadas por falha de fadiga ou falha de sobrecarga. Os seguintes são os modos de falha comuns:

3.1 Fratura por fadiga das raízes

Características: As rachaduras se originam na raiz e se expandem ao longo da raiz, levando a que a engrenagem se quebre.

Causa:

Carga de propagação a longo prazo leva à extensão de rachaduras de fadiga

A tensão da raiz do dente é muito grande, e o efeito da concentração de tensão é significativo

Resistência à fadiga insuficiente do material

Rx:

O ângulo da raiz foi otimizado para reduzir a concentração de tensão

Para carburar ou bolen para melhorar a resistência da superfície

3.2 Quebra de sobrecarga (Fratura de sobrecarga)

Características: A porta de fratura apresenta características de fratura frágil e a rachadura se expande rapidamente.

Causa:

Impacto de sobrecarga que resultou em fratura instantânea

Defeitos do material da raiz, tais como inclusões, rachaduras

Rx:

Usar materiais de alta dureza para melhorar a resistência ao impacto

A detecção de falhas por ultra-som foi realizada para detectar os defeitos internos

4. Optimização do projecto do equipamento de transporte ferroviário

No projeto da caixa de velocidades de trânsito ferroviário, é crucial melhorar a resistência da raiz.

Caso 1: Engrenagem de alta velocidade da UEM

Usam-se raízes dentárias grandes e cantos arredondados para reduzir a concentração de estresse.

Realizar um tratamento da superfície para melhorar a resistência à fadiga.

Caso 2: Caixa de velocidades do metrô

O aço carburizante de alta resistência é selecionado para aumentar a resistência ao desgaste.

A raiz do dente foi otimizada para melhorar a distribuição da carga.

O estresse da raiz é o fator chave para determinar a falha da quebra da engrenagem.

A norma ISO 6336-3 fornece um método mais preciso de tensão de flexão da raiz para o projeto de engrenagens de alta precisão.

A falha da ruptura da engrenagem inclui principalmente a ruptura por fadiga e a ruptura por sobrecarga.

A caixa de engrenagens de trânsito ferroviário deve ser feita de materiais de alta resistência e combinada com tecnologia de ensaio moderna para garantir o funcionamento estável a longo prazo da engrenagem.