Title

THE INFLUENCE OF CONTACT STRESS DISTRIBUTION ON TOOTH FLANK OF SPUR GEAR AND SPECIFIC FILM THICKNESS IN WEAR RESISTANCE DURING PITTING TESTS

INFLUENCIA DA DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO CONTATO E DA ESPESSURA ESPECÍFICA DE FILME NA RESISTÊNCIA AO DESGASTE DE ENGRENAGENS DE DENTES RETOS DURANTE ENSAIOS DE PITTING

Authorship

Muraro, Marco Antonio; Junior, Urbano Reisdorfer; Koda, Fábio; Silva, Carlos Henrique da

Muraro, Marco Antonio

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Junior, Urbano Reisdorfer

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Koda, Fábio

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Silva, Carlos Henrique da

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DOI

10.5151/5463-5463-17314

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Abstract

One of the main gear damage mechanisms is the formation of pitting and spalling on the tooth flank. Several factors have significant influence on the formation of such damage, such as: level of tension at the contact; tooth profile type; relative contact velocities; surface finish and lubrication conditions. This work comprehends the global observation of all such parameters, carried out to explain the phenomena related to this wear mechanism. The test equipment uses the power recirculation principle, and is commonly known as FZG test rig. The gear has C-type geometry with modified profile. The gears were made from AISI 8620 steel and had two types of surface finishing (by shaving or by milling). The wear experiments were performed with two torque stages: 135 N.m (running-in) and 302 N.m (steady-state), and the test temperature was 90oC. The wear resistance was determined by using image analysis. In order to determine the specific film thickness, the Rq roughness and the minimum oil thickness were measured at each test stop. After the experiments were completed, it was possible to confirm that, for both manufacturing processes, the boundary lubrication regime was adopted at the tooth flank and the specific film thickness presents a different behavior when compared to addendum, pitch diameter and deddendum regions. The wear of the gears flank depended on the lubricant film thickness and it was higher with milled gears.

Um dos principais mecanismos de dano em engrenagem é a formação de pitting (crateração) e spalling (lascamento) no flanco dos dentes. Vários fatores apresentam influência significativa na formação destes danos, tais como: nível de tensão no contato; tipo de perfil de dente; velocidade relativa no contato, acabamento superficial e as condições de lubrificação. Este trabalho apresenta uma observação global de todos esses parâmetros, realizada para explicar os fenômenos relacionados aos mecanismos de desgaste. O equipamento de teste usa o princípio de recirculação de energia, e é comumente conhecido como equipamento tipo FZG. As engrenagens são fabricadas com a geometria do tipo C, com perfil modificado. As engrenagens foram feitas a partir do aço AISI 8620 e foram submetidfas a dois tipos de acabamento superficial (shaving ou fresagem). Os ensaios de desgaste foram realizados com duas níveis de carregamento: 135 Nm (running-in) e 302 Nm (steady-state), e à temperatura de ensaio foi de 90oC. A resistência ao desgaste foi determinada por análise de imagem. Para determinar a espessura específica de filme, a rugosidade Rq e a espessura mínima de óleo foram medidos a cada parada de teste. Após a realização dos experimentos, foi possível confirmar que, para ambos os processos de fabricação, o regime de lubrificação atuante em todo o flanco dos dentes foi o limite (boundary lubrication) e a espessura específica de filme apresenta um comportamento diferente nas regiões do adendo, diâmetro primitivo e dedendo. O desgaste das engrenagens flanco foi depende da espessura do filme lubrificante e foi maior para as engrenagens fresadas.

Keywords

Contact fatigue; Gears; Pitting; Shaving, Specific film thickness.

Fadiga de contato; Engrenagens; Pitting; Shaving; Espessura específica de filme.