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

摘要

El presente trabajo consistió en el estudio del efecto de fisuras en la vida útil deengranajes cilíndricos. La solución más apropiada para este problema fue mediante laobtención del factor de intensidad de tensiones, el cual caracteriza el comportamientode 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 quefavorecen la propagación de la grieta durante la transmisión de potencia porengranajes. 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 engranajemodelado en un software de diseño en 3 dimensiones, para así realizar la simulacióncorrespondiente y obtener el factor de intensidad de tensiones según la carga aplicadaen el diente. Con la obtención de este factor para grietas con forma semi-elíptica, paradistintas medidas de profundidad de grieta, se pudo modelar la curva de vidaremanente del engranaje fisurado, mediante la aplicación de criterios que involucran alvalor del factor de intensidad de tensiones correspondiente y factores adicionales queotorgan un análisis dinámico a la transmisión por engranajes. Esta curva determina lacantidad de ciclos de trabajo a los que puede someterse al engranaje hasta llegar a unvalor límite, que corresponde a la profundidad máxima o crítica a la que puede llegar lagrieta para que el engranaje sea descartado. Posteriormente, después de analizar lavida remanente de algunos casos concretos de engranajes cilíndricos fisurados, sepudo comprobar que el valor del tamaño crítico de grieta puede quedar en términos delmódulo del engranaje, el cual otorga un valor aproximado al tamaño crítico de grietadel engranaje estudiado de forma más sencilla y directa