Los engranajes helicoidales son componentes críticos en la maquinaria, pero son propensos a varios modos de falla que pueden generar tiempos de inactividad y reparaciones costosas.
Desde la fatiga por flexión hasta la rotura de dientes, estas fallas a menudo son causadas por factores como sobrecarga, desalineación y lubricación inadecuada.
En esta publicación de blog, exploraremos los modos de falla comunes de los engranajes helicoidales.
Modos de falla de los engranajes helicoidales
Fatiga por flexión
La fatiga por flexión es uno de los modos de falla más comunes en los engranajes helicoidales. Se produce debido a la tensión repetida sobre los dientes del engranaje, lo que provoca que se inicien grietas en el área de la raíz del diente. A medida que el engranaje continúa funcionando bajo carga cíclica, estas grietas se propagan hasta que finalmente se produce la rotura del diente.
Fatiga de contacto
La fatiga por contacto se manifiesta como picaduras o desconchado en las superficies de contacto de los dientes de los engranajes helicoidales. Es causada por tensiones de contacto elevadas y repetidas que exceden el límite de durabilidad de la superficie del material del engranaje.
raspado
El rayado es una forma grave de desgaste adhesivo que se produce cuando la película lubricante se rompe, lo que permite el contacto de metal con metal entre las superficies de los dientes de los engranajes. Se caracteriza por la soldadura localizada y el desgarro del material, lo que da como resultado un aspecto áspero, desgarrado y gris mate.
Desgaste y abrasión
El desgaste abrasivo se produce cuando asperezas o partículas más duras penetran y eliminan material de la superficie más blanda de los dientes del engranaje. Puede acelerarse por la presencia de contaminantes como polvo, arena o residuos de desgaste generados internamente.
El desgaste adhesivo se produce cuando se producen microsoldaduras y desgarros entre asperezas en contacto bajo altas presiones y temperaturas locales.
Deformación plastica
La deformación plástica se produce cuando las tensiones de contacto superan la resistencia de fluencia del material del engranaje, lo que provoca una deformación permanente de los dientes. Es más frecuente en engranajes fabricados con materiales más blandos, en aquellos que funcionan con cargas elevadas y a temperaturas elevadas.
El flujo plástico también puede ocurrir debido a altas tensiones de contacto y calentamiento por fricción en áreas localizadas. Altera el perfil del diente y afecta engranaje de malla, e intensifica las cargas dinámicas, dando lugar a otros modos de fallo.
Micropicaduras
Las micropicaduras aparecen como una superficie gris mate o escarchada en los flancos de los dientes de los engranajes, causada por numerosas micropicaduras diminutas, generalmente de 10 a 20 micrones de diámetro. Es un fenómeno de fatiga superficial que resulta de ciclos de tensión repetidos y deformación plástica de las asperezas de la superficie.
Picaduras y fatiga en los dientes
Las picaduras son una falla por fatiga superficial que se caracteriza por pequeñas cavidades en la superficie de los dientes de los engranajes que se forman por la propagación de grietas subsuperficiales bajo tensiones de contacto repetidas. Las picaduras crecen y se fusionan para formar cavidades más grandes, lo que conduce a una pérdida progresiva del perfil del diente.
Rotura de dientes de engranaje
La rotura de dientes es un modo de falla catastrófico en el que una parte sustancial del diente del engranaje se desprende de la llanta. Puede ocurrir debido a una sobrecarga, un impacto o como resultado final de otros modos de falla progresivos, como la fatiga por flexión o las picaduras.
Causas de fallas en engranajes helicoidales
- Sobrecarga:Someter los engranajes a cargas que superan su capacidad de diseño conduce a diversos modos de falla, como rotura de dientes, picaduras, rayaduras y deformación plástica.
- Desalineación:La mala alineación entre los engranajes acoplados provoca una distribución desigual de la carga a lo largo de la ancho de cara, concentrando tensiones y acelerando el fallo.
- Lubricación inadecuada:La lubricación ineficaz debido a una selección incorrecta de lubricante, un suministro insuficiente o un mantenimiento deficiente puede provocar desgaste adhesivo, rayaduras, micropicaduras y fatiga por contacto.
- Contaminación:La contaminación de los lubricantes para engranajes con partículas sólidas, agua o productos químicos líquidos puede alterar las películas de lubricante y promover el desgaste abrasivo, la corrosión y la cavitación.
- defectos materiales:La presencia de inclusiones, poros, segregación o microestructura inadecuada en el material del engranaje pueden actuar como puntos débiles para la iniciación y propagación de grietas.
- Sobrecarga térmica:La generación excesiva de calor debido a un alto deslizamiento, un enfriamiento deficiente o temperaturas ambientales elevadas puede descomponer los lubricantes y comprometer las propiedades del material del engranaje.
- Corrosión:La exposición a agentes corrosivos del medio ambiente o productos de degradación del lubricante puede provocar corrosión por picaduras, grabado y corrosión uniforme de las superficies de los engranajes.
- Fluctuaciones de carga dinámica:Las condiciones de operación que involucran cargas de choque, vibraciones severas o resonancia pueden inducir sobrecargas dinámicas y causar fracturas por impacto o fallas por fatiga.
- Cargas en voladizo:La presencia de cargas salientes excesivas en los ejes de los engranajes genera momentos de flexión adicionales y desalineación, lo que aumenta el riesgo de fatiga y fallas relacionadas con el desgaste.
