Come componente centrale del sistema di trasmissione meccanica, gli ingranaggi affrontano principalmente due tipi di forme di guasto da stanchezza in stato di funzionamento a lungo termine: frattura da stanchezza da piegatura e foratura da stanchezza da contatto.Per garantire un funzionamento sicuro e affidabile durante il ciclo di vita di progettazione, è necessario effettuare una prova sistematica di stanchezza e una previsione della vita degli attrezzi.

Il presente documento presenta i metodi di prova della stanchezza degli ingranaggi comunemente utilizzati nel trasporto ferroviario e nei settori industriali.e spiega come stabilire un modello di previsione della vita attraverso dati di prova in combinazione con standard comuni, in modo da prevedere la vita degli ingranaggi

Fornisce una base affidabile per l'ottimizzazione della struttura, la selezione dei materiali e il trattamento termico.

Modalità di guasto per stanchezza degli ingranaggi

Il guasto da stanchezza degli ingranaggi è principalmente suddiviso nelle seguenti due categorie:

Stanchezza rinforzata (stanchezza da piegatura della radice dentale)

Durante il processo di reticolazione, l'area radicale dell'attrezzatura è sottoposta a periodiche sollecitazioni di piegatura, che possono formare crepe e espandersi fino alla frattura in caso di azione a lungo termine.

Fatigue da contatto (fatigue da contatto/pitting)

La superficie del dente è sottoposta a sollecitazioni di contatto cicliche durante il processo di reticolazione e contatto e si formano crepe sulla superficie e sotto la superficie,che provocano lo sparpaglio del materiale per formare buche (pitting) o grandi fiocchi (spalling).

Visualizzazione dei metodi di prova

I metodi di prova comuni per la prova di stanchezza degli ingranaggi comprendono principalmente:

Prova di stanchezza rinforzata (prova di stanchezza da piegatura dei denti)

ISO 6336-5 “Calcolo della capacità di carico degli ingranaggi a spirale e a spirale “ Parte 5: Resistenza e qualità dei materiali ”

• AGMA 2001
• GB/T 14230
• Attrezzature di prova tipiche:
• Macchina di prova con un solo ingranaggio: il carico viene applicato alla zona della radice del dente per il carico ripetuto.
• Macchina di prova della piegatura rotazionale: simulare lo stato di stress di lavoro degli ingranaggi.
• Metodo di trattamento dei dati:
• Fittura della curva S-N (curva di resistenza allo stress)

• Prova di stanchezza da contatto (prove di pitting)
• Base standard:
• Macchina di prova degli ingranaggi FZG (Fraunhofer Standard, Germania)
• ISO 14635 / ASTM D4998
• SH/T 0306-2017 (Valutazione della resistenza degli ingranaggi alle buche da olio lubrificante)
• Contenuto della prova:
• La prova di attacco delle coppie di ingranaggi è eseguita in condizioni di velocità, carico e lubrificazione specificate per monitorare il tempo di generazione e l'area di foratura.
• Si determina la durata di fatica del contatto con la superficie dei denti e si analizza l'influenza delle condizioni di lubrificazione sul comportamento di fatica.
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Metodo di previsione della vita

I dati ottenuti dalle prove di stanchezza possono essere utilizzati per stabilire modelli di durata degli ingranaggi.

Previsione della vita basata sulla curva SN

La curva S-N è montata utilizzando i dati della prova di resistenza alla stanchezza a diversi livelli di sollecitazione:

tra cui:

N: durata dell'attrezzatura (numero di cicli)

σ: amplitudine della sollecitazione

A, b: costanti di montaggio

Weibull Legge statistica

La distribuzione di Weibull viene utilizzata per analizzare un insieme di dati sulla durata di funzionamento per determinare la durata affidabile, la durata caratteristica e la variabilità:

η: durata delle caratteristiche

β:parametro di forma (determina la forma della curva di distribuzione)

F (((t): Probabilità di guasto prima del tempo t

Metodo di danno accumulativo (utilizzato in condizioni di carico variabile)

In condizioni di lavoro effettive, gli ingranaggi sono spesso sottoposti a carico in più fasi.

Suggerimenti per migliorare la durata degli attrezzi

In base ai risultati dei test, l'impresa produttrice può ottimizzare la progettazione in base ai seguenti aspetti:

Significato della prova di stanchezza degli ingranaggi

La prova sistematica di stanchezza può non solo valutare la resistenza alla stanchezza della struttura degli ingranaggi, ma può anche servire come importante strumento di feedback per il materiale,processo di trattamento termico e controllo della qualità della lavorazioneNel trasporto ferroviario, nell'aerospaziale e in altri settori, la previsione accurata della durata di vita è la base fondamentale per garantire un funzionamento affidabile e formulare strategie di manutenzione.