Results: Comparison of methods

Durante la vida ´util para la que son dise˜nadas, las transmisiones de engranajes deben mantener un nivel de integridad que permita que su funcionamiento no se interrumpa ni se deteriore. Esto se consigue mediante un dimensionado correcto de los elementos que la componen, la elecci´on adecuada del material con el que se fabrican, una fabricaci´on experimentada y un control severo de la calidad. Para conseguir esta meta es necesario, entre otras cosas, conocer los tipos de fallo que se pueden producir en los engranajes, as´ı como las causas que los producen.

De acuerdo con Jelaska [2], estos modos de fallo se pueden clasificar en dos grupos funda- mentales: fallos de la transmisi´on por rotura de los engranajes y fallos de la transmisi´on por da˜nos en las superficies de contacto de los dientes de los engranajes. A continuaci´on se describen algunos de los principales fen´omenos asociados a cada modo de fallo, re- sumidos en la tabla 1.2 junto con algunos datos estad´ısticos de la frecuencia en la que se produce cada uno.

Fallos de la transmisi´on por roturas de los engranajes

Los fallos de las transmisiones de engranajes como consecuencia de la rotura de alguna de las ruedas dentadas que las componen representan aproximadamente el 60% de las causas por lo que la vida ´util de este tipo de transmisiones llega a su fin. Estos modos de fallo se pueden clasificar de la siguiente manera:

Tabla 1.2: Frecuencia en la que se produce cada modo de fallo. Datos extraidos de la referencia [2].

Modo de fallo Fen´omeno Frecuencia

Rotura engranaje

Fractura por fatiga en la base del diente 33% Fractura en base del diente debito a sobrecargas 20% Fractura en las esquinas superiores del engranaje 5%

Otros tipos de rotura 2%

Da˜no superficial

Picaduras 14%

Desgaste y abrasi´on 20%

Deformaci´on pl´astica 6%

Micropicaduras −

(i) Fractura por fatiga en la ra´ız del diente. Ocurre debido a la variaci´on de las tensiones normales que se producen en la ra´ız del diente como consecuencia del momento flector. La grieta inicial se produce en el radio de entalle y se propaga hacia el radio de entalle del otro flanco del diente siguiendo las leyes de la mec´anica de la fractura.

(ii) Fractura en la base del diente debido a excesos de carga. Ocurre cuando la tensi´on de flexi´on m´axima en la ra´ız del diente supera la tensi´on de rotura del material con el que se fabrica el engranaje.

(iii) Fractura en alguno de los bordes de la superficie de contacto del diente. Ocurren como consecuencia de un montaje defectuoso o por malas condiciones de trabajo de la transmisi´on. Estos tipos de roturas se pueden evitar de forma sencilla mediante modificaciones en la geometr´ıa de los dientes.

(iv) Otros tipos de rotura, que est´an principalmente relacionadas con la fractura del cuerpo del engranaje, cuando las grietas originadas en el radio de entalle del diente del engranaje, en lugar de propagarse tangencialmente se propagan radialmente.

Fallos de la transmisi´on por da˜nos en las superficies de contacto de los dientes de los engranajes

Los fallos de las transmisiones de engranajes como consecuencia de da˜nos en las super- ficies de contacto de los dientes de los engranajes representan aproximadamente el 40% de las causas por lo que la vida ´util de este tipo de transmisiones llega a su fin. Estos modos de fallo se pueden clasificar de la siguiente manera:

(i) Picaduras en la superficie de contacto. Este modo de fallo se produce debido a la fatiga superficial del material producida como consecuencia de tensiones de

contacto c´ıclicas que se producen en la superficie activa de los dientes. La grieta se inicia bajo la superficie del flanco en aquellos puntos en los que la tensi´on tangencial provocada por la presi´on de contacto excede los valores permisibles. Cuando esa grieta se propaga hacia la superficie, se arranca una peque˜na porci´on de material, dejando un hoyo en la superficie del diente. A medida que este proceso se repite, aparecen m´as picaduras en la superficie, hasta que llega el momento en el que el diente est´a severamente da˜nado.

(ii) Desgaste. El desgaste se define como una p´erdida de material de las superficie de contacto. En transmisiones correctamente lubricadas, existe una fina capa de lubricante que evita el contacto directo entre los dientes del engranaje y la eliminaci´on de asperezas. Cuando debido a presiones de contacto muy elevadas, a bajas velocidades de funcionamiento, a temperaturas elevadas o a lubricantes poco densos se produce una interrupci´on de la capa de lubricante, se produce el contacto directo entre los dientes de los engranajes, produci´endose el desgaste de las superficies de contacto. Existen dos tipos principales de desgaste: el desgaste adhesivo y el desgaste abrasivo. El primero se produce cuando, en ausencia de lubricante y debido a las altas presiones de contacto, se producen microsoldaduras en las superficies de los dientes en contacto que repercuten en el arranque de material de una de las superficies de contacto. El segundo se produce debido a la presencia de part´ıculas de elevada dureza que se presionan y se arrastran contra la superficie de los engranajes, produciendo el deterioro de ´estas.

(iii) Deformaci´on pl´astica. Este modo de fallo ocurre como consecuencia de la fluencia del material de la superficie de contacto de los dientes de los engranajes provocada por un exceso de carga. Como consecuencia de las fuerzas de fricci´on, las part´ıculas de la capa superficial de los dientes del engranaje conductor tienden a alejarse del punto de paso, mientras que las del diente conducido tienden a aproximarse a este punto. De esta manera, se produce un surco en los dientes del engranaje conductor y una cresta en los dientes del engranaje conducido, que repercute en un funcionamiento defectuoso de la transmisi´on.

(iv) Micropicaduras. Las micropicaduras son un fen´omeno que ocurre en los contactos con rodadura y deslizamiento que operan en condiciones deficientes de lubricaci´on. Este fen´omeno empieza cuando las tensiones normales que se producen como conse- cuencia del deslizamiento provocan tensiones cortantes c´ıclicas bajo las superficies, que bajo el efecto c´ıclico de las tensiones de contacto, causan una acumulaci´on de deformaciones pl´asticas. Estas deformaciones pl´asticas originan tensiones resid- uales que, despu´es de cierto tiempo y como consecuencia de la fatiga, originan grietas. Las micropicaduras empiezan cuanto estas grietas se propagan hacia la

superficie, y eliminan porciones diminutas de material. En general, la aparici´on de micropicaduras no supone un problema para la mayor´ıa de transmisiones de