Estudo da influência das tensões residuais na fractura catastrófica de rodas dentadas em serviço

• Autor(a) principal: Sousa, Marcelo José Rodrigues Castanheira
• Data de Publicação: 2010
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/4092
• topic: Engrenagem; Tensões residuais; Extensometria com o método do furo; Método do seccionamento

Este relatório tem como principal objectivo apresentar o trabalho desenvolvido no estágio efectuado na empresa “A. Brito Indústria Portuguesa de Engrenagens S.A.” localizada na cidade do Porto. A principal actividade da empresa está relacionada com o projecto e fabrico de engrenagens e elementos de transmissão para alfaias agrícolas, sendo um dos principais clientes a empresa “Herculano Alfaias Agrícolas S.A.”. Nos últimos anos, a empresa tem apostado na vertente do fabrico de pequenas séries e no recondicionamento de peças usadas nas barragens e centrais hidroeléctricas, absorvendo grande parte dos recursos da empresa. Durante este estágio tive a oportunidade de colaborar nas principais secções e departamentos desta empresa. Neste âmbito, foram desenvolvidas diversas actividades que envolveram a realização de trabalhos nos domínios do controlo da qualidade, na produção peças, no desenvolvimento de novos produtos, na elaboração de propostas fornecimento de equipamento e projecto de assistido por computador. Na passagem pelo departamento da qualidade foi-me proposto a análise da fractura sistemática dos dentes numa série de rodas dentadas, utilizadas em alfaias agrícolas. Para a análise das prováveis causas da falha nas engrenagens foi necessário realizar um estudo pormenorizado de todo o seu processo de fabrico, bem como, das técnicas de avaliação das tensões residuais. Por falta de equipamento laboratorial na empresa, o estudo foi realizado no Instituto Politécnico de Bragança e envolveu simulações numéricas, pelo método dos elementos finitos, análise experimental da distribuição das tensões residuais nas engrenagens provocadas pelo processo de fabrico e/ou durante o serviço. O estudo numérico teve como objectivo determinar as regiões críticas da concentração de tensões. A partir destes dados procedeu-se à medição experimental das tensões residuais utilizando as técnicas do furo e o método do seccionamento. Em paralelo foi também realizado uma análise metalográfica no sentido de identificar eventuais defeitos microscópicos ou micro-fissuras causadoras da fractura dos dentes por fadiga. Os resultados comparativos entre as engrenagens antes e após serviços permitiram identificar um significativo aumento nos valores das tensões residuais. Estes devem-se provavelmente a solicitações muito superiores ao valor de projecto, as quais conduzem a esforços elevados na raiz dos dentes, originando a sua ruptura. The main objective of this report is to present the work performed on stage at the company "A. Brito Portuguese Industry Gears, S.A. " located in the city of OPorto. The core business of this company is related to the design and manufacture of gears and transmission elements for agricultural, been is a major enterprise customers “Herculano Alfaias Agrícolas S.A.”. In recent years, the company has focused on aspects of small-scale manufacturing and reconditioning of parts used in dams and hydroelectric power, consuming a large capacity of company resources. During this stage I had the opportunity to collaborate in the main sections and departments of this company. In this context, were developed several activities such as carrying out work in the areas of quality control, production parts, the development of new products, and development of proposals and provision of equipment for computer-aided design. During my work in the quality department, it was proposed to perform the analysis of defects found in one series of sprockets, used in agricultural industry. For the analysis of the probable causes of failure in gears was necessary to make a detailed study of its entire manufacturing process, as well as the techniques for the evaluation of residual stresses. The lack of laboratory equipment in the company, the study was carryout in the Polytechnic Institute of Bragança and involved the numerical simulations by finite element method, experimental analysis of the distribution of residual stresses in the gears caused by the manufacturing process and /or during service. The numerical study aimed to determine the critical regions of stress concentration. From these data we proceeded to the experimental measurement of residual stresses using the hole-drilling and sectioning methods. In parallel was also carried out a metallographic analysis to identify any microscopic defects or micro-cracks that could be the probable cause of tooth fracture caused by fatigue. The comparative results between the gears before and after services allow identifying a significant increase in the values of the residual stresses. These are probably resulting from forces higher than the design value, which leads to high stresses at the root of the teeth, causing its rupture.