Tesis:
Análisis de la influencia de los diferentes parámetros de diseño en la aparición de fatiga superficial en contactos mecánicos.
- Autor: GUERRA OCHOA, Eduardo de la
- Título: Análisis de la influencia de los diferentes parámetros de diseño en la aparición de fatiga superficial en contactos mecánicos.
- Fecha: 2013
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA MECANICA Y DE FABRICACION
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/21779/
- Director/a 1º: LAFONT MORGADO, Pilar
- Director/a 2º: ECHAVARRI OTERO, Javier
- Resumen: La fatiga superficial es uno de los principales problemas en las transmisiones mecánicas y es uno de los focos de atención de las investigaciones de los últimos años en Tribología. La disminución de viscosidad de los lubricantes para la mejora de la eficiencia, el aumento de las potencias a transmitir, el aumento de la vida de los componentes o la mejora de su fiabilidad han supuesto que los fenómenos de fatiga superficial hayan cobrado especial relevancia, especialmente los fenómenos de pitting y micropitting en cajas multiplicadoras/reductoras de grandes potencias de aplicación, por ejemplo, en el sector eólico. Como todo fenómeno de fatiga, el pitting y micropitting son debidos a la aplicación de cargas cíclicas. Su aparición depende de las presiones y tensiones cortantes en el contacto entre dos superficies que al encontrarse en rodadura y deslizamiento varían con el tiempo. La principal consecuencia de la fatiga superficial es la aparición de hoyuelos de diferente magnitud según la escala del fenómeno (pitting o micropitting) en la superficie del material. La aparición de estos hoyuelos provoca la pérdida de material, induce vibraciones y sobrecargas en el elemento que finalmente acaba fallando. Debido a la influencia de la presión y tensión cortante en el contacto, la aparición de fatiga depende fuertemente del lubricante que se encuentre entre las dos superficies y de las condiciones de funcionamiento en las cuales esté trabajando. Cuando el contacto trabaja en condiciones de lubricación mixta-elastohidrodinámica tiende a aparecer micropitting debido a las altas tensiones localizadas en las proximidades de las asperezas, mientras que si el régimen es de lubricación completa el tipo de fatiga superficial suele ser pitting debido a las tensiones más suavizadas y menos concentradas. En esta Tesis Doctoral se han analizado todos estos factores de influencia que controlan el pitting y el micropitting prestando especial atención al efecto del lubricante. Para ello, se ha dado un enfoque conjunto a ambos fenómenos resolviendo las ecuaciones involucradas en el contacto elastohidrodinámico no-Newtoniano (la ecuación de Reynolds, la deformación elástica de los sólidos y la reología del lubricante) para conocer la presión y la tensión cortante en el contacto. Conocidas éstas, se resuelve el campo de tensiones en el interior del material y, finalmente, se aplican criterios de fatiga multiaxial (Crossland, Dang Van y Liu-Mahadevan) para conocer si el material falla o no falla. Con la metodología desarrollada se ha analizado el efecto sobre las tensiones y la aparición de la fatiga superficial del coeficiente viscosidad-presión, de la compresibilidad, del espesor específico de película y de la fricción así como de la influencia de las propiedades a fatiga del material y de las condiciones de funcionamiento (radios de contacto, velocidad, deslizamiento, carga y temperatura). Para la validación de los resultados se han utilizado resultados teóricos y experimentales de otros autores junto con normas internacionales de amplia utilización en el mundo industrial, entre otras, para el diseño y cálculo de engranajes. A parte del trabajo realizado por simulación y cálculo de los diferentes modelos desarrollados, se ha realizado un importante trabajo experimental que ha servido no solo para validar la herramienta desarrollada sino que además ha permitido incorporar al estudio factores no considerados en los modelos, como los aditivos del lubricante. Se han realizado ensayos de medida del coeficiente de fricción en una máquina de ensayo puntual con la que se ha validado el cálculo del coeficiente de fricción y se ha desarrollado un proceso de mejora del coeficiente de fricción mediante texturizado superficial en contactos puntuales elastohidrodinámicos mediante fotolitografía y ataque químico. Junto con los ensayos de medida de fricción en contacto puntual se han realizado ensayos de fricción y fatiga superficial en contacto lineal mediante una máquina de discos que ha permitido evaluar la influencia de diferentes aditivos (modificadores de fricción, antidesgaste y extrema-presión) en la aparición de fatiga superficial (pitting y micropitting) y la fricción en el contacto.