Estudio de la mecánica de fractura en engranajes cilíndricos fisurados mediante simulación numérica

Abstract

El presente trabajo consistió en el estudio del efecto de fisuras en la vida útil de engranajes cilíndricos. La solución más apropiada para este problema fue mediante la obtención del factor de intensidad de tensiones, el cual caracteriza el comportamiento de una grieta y la cantidad de energía con la que se propaga. Este factor fue, asimismo, muy importante en el estudio del efecto de las cargas variables que favorecen la propagación de la grieta durante la transmisión de potencia por engranajes. Para determinar este factor se usó el método de los elementos finitos, donde se definió la ubicación y geometría de una grieta en un diente de engranaje modelado en un software de diseño en 3 dimensiones, para así realizar la simulación correspondiente y obtener el factor de intensidad de tensiones según la carga aplicada en el diente. Con la obtención de este factor para grietas con forma semi-elíptica, para distintas medidas de profundidad de grieta, se pudo modelar la curva de vida remanente del engranaje fisurado, mediante la aplicación de criterios que involucran al valor del factor de intensidad de tensiones correspondiente y factores adicionales que otorgan un análisis dinámico a la transmisión por engranajes. Esta curva determina la cantidad de ciclos de trabajo a los que puede someterse al engranaje hasta llegar a un valor límite, que corresponde a la profundidad máxima o crítica a la que puede llegar la grieta para que el engranaje sea descartado. Posteriormente, después de analizar la vida remanente de algunos casos concretos de engranajes cilíndricos fisurados, se pudo comprobar que el valor del tamaño crítico de grieta puede quedar en términos del módulo del engranaje, el cual otorga un valor aproximado al tamaño crítico de grieta del engranaje estudiado de forma más sencilla y directa