Resumen de Predicción de vida a fatiga de acoplamientos dentados abombados con elevadas desalineaciones

Ibai Ulacia Garmendia, Jon Larrañaga Amilibia, Aitor Arana Ostolaza, Julen Elizegi Aiertza, Jon Ander Esnaola Ramos

• español

  Los acoplamientos dentados son componentes mecánicos que permiten transmitir el par entre árboles desalineados mediante dientes igualmente espaciados. Por ejemplo, se emplean en máquinas de aplanado para transmitir potencia desde la caja de engranajes principal a los rodillos de aplanado. El pequeño tamaño de los rodillos disminuye el espacio entre los acoplamientos dentados causando desalineaciones de hasta 7º. En condiciones alineadas, todos los dientes así como toda la superficie del flanco del diente están en contacto, mientras que en condiciones desalineadas, solo algunos dientes y parte del ancho del diente están en contacto, lo que genera un comportamiento de carga complejo y una vida útil reducida. Los modelos de dimensionado de acoplamientos dentados clásicos que todavía son ampliamente utilizados cuando se diseñan dichos acoplamientos, consideran la desalineación para estimar el número de dientes en contacto (entre los que se reparte la carga), pero no tienen en cuenta la rigidez del diente y el par aplicado. Por lo tanto, las tensiones generadas y, en consecuencia, el cálculo de vida a fatiga, es impreciso. En el presente trabajo se ha desarrollado un modelo de elementos finitos de un acoplamiento dentado esférico y se han analizado los efectos de la desalineación y el par en el número de dientes en contacto y en la tensión en el pie del diente. Además, se han realizado ensayos experimentales de fatiga y se han correlado las predicciones numéricas con dichos resultados.

• English

  Spline couplings are mechanical components used to transmit power between misaligned shafts by means of equally spaced teeth. Spline couplings are mechanical components used to transmit power between misaligned shafts by means of equally spaced teeth. Unlike in aligned conditions where all the teeth and the whole tooth flank surface are in contact, in such misaligned conditions only some teeth and part of each toothwidth are in contact, generating complex load behaviour and decreasing fatigue life. Moreover, such misalignments cause cyclic slip paths resulting in fretting wear of the teeth, which can reduce coupling life. Classical coupling sizing models that are still in use, made assumptions about the number of teeth in contact. However, these models do not account for tooth stiffness, applied torque and manufacturing errors which produces a sequential engagement of spline teeth. Therefore, stresses can be overestimated. In the present work, a numerical approach has been conducted in order to analyse highly crowned spline coupling geometry. First, a geometry generating procedure has been developed for both the hub with internal teeth and the crowned teeth shaft. Using this numerical model, the variation of the number of teeth in contact for different misalignments and torque has been observed. Using model results, tooth root bending fatigue life predictions were obtained for different misalignments and torques. Finally, experimental tests were conducted in order to validate numerical results.