MODOS DE FALLA COMUNES EN ENGRANAJES ENGRA NAJES PÉRDIDA DE DIENTE TOTAL O PARCIAL FRACTURA DÚCTIL
FRACTURA FRÁGIL
Fractura con apariencia granular brillante y sin deformación plástica aparente.
Presenta cizallado del diente acompañado de una considerable deformación plástica. ALGUNAS CAUSAS
DESGASTE
DESGASTE ABRASIVO
DESGASTE ADHESIVO
Cuando la superficie de los dientes de un engranaje se mecanizan o pulen en servicio.
ALGUNAS CAUSAS
FATIGA SUPERFICIAL
Origen
CORROSIÓN
*EP: Aditivos de extrema presión que tienen algunos lubricantes.
Deterioro de la superficie por acción química, se presentan picaduras y/o depósitos sobre los dientes. ALGUNAS CAUSAS
-Deficiencia de aditivos EP*. -Dureza baja en capa endurecida. -Alta velocidad o temperatura. -Viscosidad baja o alto torque. -Falla en sistema de lubricación.
**Generación de compuestos corrosivos por reacción entre aditivos incompatibles.
-Contaminación del lubricante por químicos o agua. -Ausencia o deficiencia de aditivo anticorrosivo. -Mezclar marcas de aceites**. -Utilizar un lubricante no apropiado para engranajes de bronce.
DEFORMACIÓN PLÁ PLÁST STIICA BAJA DE DEFO FOR RMACIÓN PLÁSTICA ALT LTA A ARRUGAMIENTO
Consiste en una pérdida localizada de material, normalmente en forma de pequeñas cavidades.
INDENTACIÓN
Presenta forma de olas o escamas perpendiculares a la dirección de deslizamiento. ALGUNAS CAUSAS
ALGUNAS CAUSAS
*EP: Aditivos de extrema presión que tienen algunos lubricantes.
MACROPICADO O DESCASCARADO
Provocada por material extraño que se atrapa en el acoplamiento de los dientes y va destruyendo su perfil a medida que se realiza el trabajo.
-Viscosidad baja del lubricante. -Torque continuado de operación superior al recomendado. -Baja velocidad. -Ausencia o deficiencia de aditivo EP* en el lubricante.
ACANALADO
Picado severo, en el cual grandes trozos de material se desprenden de la superficie.
ALGUNAS CAUSAS
-Presencia de elementos extraños entre los engranajes. -Consecuencia de la fractura de dientes o del macropicado.
APLASTAMIENTO, AFILADO Y REBABA
Surcos que siguen la dirección de deslizamiento a lo largo de la superficie del diente.
Deformación de los dientes que lleva a formas triangulares y/o flujo lateral que genera viruta.
ALGUNAS CAUSAS
ALGUNAS CAUSAS
ALGUNAS CAUSAS
-Dureza de núcleo y/o capa endurecida baja y/o espesor de ésta insuficiente. -Las mismas causas del picado pero más severas.
-Viscosidad baja del lubricante. -Torque continuado de operación superior al recomendado. -Baja velocidad. -Ausencia o deficiencia de aditivo EP* en el lubricante.
-Viscosidad y/o velocidad bajas. -Dureza de nucleo y/o capa endurecida baja y/o espesor de ésta insuficiente. -Torque continuado de operación superior al recomendado.
*EP: Aditivos de extrema presión que tienen algunos lubricantes.
FACTORES DE RIESGO
AGRIETAMIENTO GRIETAS EN CARA DE DIENTES
SOBRECALENTAMIENTO
GRIETAS EN ALMA O LLANTA
Fase inicial de una pérdida parcial de diente por fatiga.
Los dientes o el área afectada presenta una gama de colores Amarillo (200ºC), Azul (300ºC) y Marrón oscuro (400ºC) aprox***.
Grietas originadas en pie de diente que buscan el centro del engranaje. Normalmente formadas por fatiga.
ALGUNAS CAUSAS
-Inadecuado acabado superficial de los dientes. -Las grietas pueden iniciarse a partir de macropicaduras.
ALGUNAS CONSECUENC CONSECUENCIAS IAS
ALGUNAS CAUSAS
-Diseño inadecuado por bajo espesor de llanta.
***Las temperaturas máximas de operación de lubricantes varían entre 85 y 120ºC normalmente.
Véase también las causas de pérdida total o parcial de diente por fatiga.
GRIETAS EN BASE DE DIENTES
Grietas normalmente de fatiga que nuclean en agujeros de lubricación, alojamiento de cuñas, estriados, agujeros aligeradores de peso o en otros concentradores. ALGUNAS CAUSAS
ALGUNAS CAUSAS Vease las causas de pérdida total o parcial de diente.
CONCENTRACIÓN DE CARGA
INTERFERENCIA
El engranaje muestra signos que todo el flanco del diente no trabajó uniformemente.
En la base de los dientes se nota un desgaste anormal generado durante la operación.
CAUSAS: Desalineamiento, deflexión del eje, distorsión por tratamiento térmico, mal mecanizado o montaje, etc. CONSECUENCIAS: Acelera los mecanismos de falla descritos en esta guía.
CAUSAS: Reducido número de dientes, desalineamiento, alta presión radial entre engranajes. CONSECUENCIAS: Acelera los mecanismos de falla descritos en esta guía.
Debido a la precisión dimensional, al tratamiento superficial, la dureza y a la composición química de los aceros utilizados en los engranajes, no es aconsejable repararlos por soldadura. ALGUNAS CONSECUENC CONSECUENCIAS IAS
-Agujeros, cuñeros, estriados, etc., mal calculados o mecanizados. -Sobrecarga elevada o torque continuado de operación superior al recomendado.
FACTORES DE RIESGO POR ENGRANE IRREGULAR
-Desembocará rápidamente en desgaste adhesivo. -Se degrada al lubricante y se aceleran los demás mecanismos de falla descritos en esta guía.
PROBLEMAS AL RECONSTRUIR
GRIETAS EN DISCONTINUIDADES
Etapa inicial de la perdida total o parcial de diente por fractura dúctil, frágil o fatiga.
En este caso la concentración de carga va acompañada de un macropicado, acelerado por ésta.
CORROSIÓN
ALGUNAS CAUSAS
PICADO
-Baja dureza en capa endurecida. -Viscosidad baja del lubricante. -Torque continuado de operación superior al recomendado. -Ausencia o deficiencia de aditivo EP* en el lubricante.
-Torque continuado de operación superior al recomendado. -Dureza de nucleo y/o capa endurecida baja y/o espesor de ésta insuficiente.
Cuando entre dos engranajes se transfiere metal, debido a que entran en contacto directo porque se rompe la capa de lubricante.
ALGUNAS CAUSAS
*EP: Aditivos de extrema presión que tienen algunos lubricantes.
-Sobrecarga por elevado torque. -Dureza de capa endurecida y/o núcleo del engranaje elevadas. -Espesor alto de la capa endurecida.
PÉRDIDA DE GEOMETRÍA DEL DIENTE
-Lubricante con partículas. -Viscosidad baja o alto torque. -Baja velocidad. -Dureza baja en capa endurecida. -Diferencia alta de dureza entre los engranajes acoplados.
Fractura progresiva que se propaga durante el trabajo del engranaje. Su superficie es tersa y normalmente presenta marcas elípticas concéntricas al origen.
ALGUNAS CAUSAS
-Sobrecarga por elevado torque. -Dureza de capa endurecida y/o del núcleo del engranaje bajas. -Espesor bajo de la capa endurecida. -Ausencia de capa endurecida.
DESGASTE
FATIGA
Marcas elípticas (marcas de playa)
-Diferencias dimensionales. -Dureza inferior a la requerida. -Acelera los mecanismos de falla descritos en esta guía.
CONSIDERACIONES CONSIDERACION ES GENERALES - En caso de fabricarse engranajes escoger material, espesor de capa endurecida, durezas, dimensiones, tolerancias y acabados de los dientes según lo especificado por normas especializadas especializadas como las AGMA. - En caso de remplazarse engranajes es preferible hacerlo por parejas acopladas. - Desalineamientos, apriete o huelgo excesivo entre los engranajes, aceleraran la aparición de los mecanismos de falla descritos descritos en esta guía. - Utilizar la viscosidad, paquete de aditivos y marca de lubricante apropiado para cada caso, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante del equipo. - Los mecanismos de falla descritos se traducen en vibración, ruido y calor, signos que si se detectan a tiempo podrán evitar daños catastróficos en los equipos o lesiones en operarios. operarios. - Concientizar a los operadores, conductores y usuarios en general sobre l a importancia de evitar sobrecargar por torque y/o velocidad y/o impactos impactos los equipos bajo su cargo. - Las causas comunes de los modos de falla descritos aquí son solo una guía general, ya que cada caso de falla debe analizarse de manera particular para encontrar encontrar otras posibles causas. - En condiciones apropiadas de lubricación y carga, es decir, cuando se siguen procedimientos adecuados de mantenimiento y operación, la vida útil de los engranajes está condicionada por la fatiga superficial. superficial.
EDGAR ESPEJO MORA y JUAN CARLOS MARTÍNEZ
[email protected] y
[email protected]
Grupo de Investigación AFIS (Análisis de Fallas, Integridad y Superficies) Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica - Bogotá
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Febrero - 2008
Investigación en Mecanismos de Falla de Elementos de Máquinas
Proyecto financiado por Colciencias y el SENA