Engranaje helicoidal Selección de materiales Es una decisión de emparejamiento, no una decisión de componentes.

El desgaste rápido en una instalación correctamente especificada en papel generalmente indica uno de tres problemas. Primero, violación del diferencial de dureza: verifique la dureza del eje con un probador Rockwell portátil en lugar de confiar solo en el certificado del material. Un eje enviado como 40Cr pero no tratado térmicamente de manera adecuada puede tener 35–42 HRC en lugar de 50–56 HRC, lo que lo coloca en o por debajo del mínimo para un diferencial adecuado con bronce de estaño. Segundo, problema con el lubricante: aceite de engranajes con aditivo EP atacando la rueda de bronce. Tercero, contaminación: partículas abrasivas en el lubricante; incluso si se identifica y elimina la fuente, las partículas abrasivas que ya están en el aceite continúan abrasando hasta que se cambia el aceite.

Este es el error de emparejamiento descrito en la regla de diferencia de dureza. Si su eje sin fin es C45 endurecido por inducción (50–55 HRC) o 40Cr endurecido en toda su masa (50–56 HRC), no puede simplemente sustituirlo por ZCuAl10Fe3 sin verificar que la dureza del eje sea la adecuada. Con 40Cr frente a ZCuAl10Fe3, la diferencia de dureza es suficiente. Con C45 frente a ZCuAl10Fe3, el margen es más ajustado y debe verificarse con un cálculo de riesgo de desgaste a su velocidad de deslizamiento operativa. Si su eje es C45 y desea una rueda de bronce de aluminio-hierro, actualice a un eje carburizado SCM415 al mismo tiempo; el eje necesita la mayor dureza para funcionar correctamente con la aleación de rueda más dura.

El ZCuSn12 tiene un contenido de estaño aproximadamente un 201% mayor que el ZCuSn10Pb1, lo que proporciona una resistencia a la tracción ligeramente superior (~250 MPa frente a ~220 MPa) y una dureza mayor (~90–110 HB frente a ~65–90 HB). El rendimiento antidesgaste de la fase de plomo es similar en ambos grados. Vale la pena especificar el ZCuSn12 cuando se necesita mayor capacidad que la que puede proporcionar el ZCuSn10Pb1 en el mismo módulo, pero la aplicación no presenta la carga de impacto que justificaría el cambio al ZCuAl10Fe3.

Para el eje del tornillo sin fin, sí; si la carcasa no está completamente sellada y el eje está expuesto a la atmósfera costera, el acero inoxidable SS316 es la especificación correcta. Un eje de acero al carbono cincado comenzará a corroerse en un plazo de 12 a 18 meses en una atmósfera marina, y un eje de acero inoxidable SS304 en un plazo de 6 a 24 meses debido a la corrosión por cloruros. Para la rueda helicoidal, si la rueda está dentro de una carcasa sellada, el bronce de estaño ZCuSn10Pb1 sigue siendo aceptable, ya que el bronce resiste bien la corrosión atmosférica marina. Si se expone directamente a la niebla salina, el bronce de aluminio-hierro ZCuAl10Fe3 es más resistente a la bioincrustación marina y a la corrosión intergranular que se desarrolla en el bronce de estaño bajo ciclos repetidos de humectación y secado.

La sustitución de materiales en la cadena de suministro es más común de lo que esperan los ingenieros, especialmente en el caso de ejes adquiridos a través de distribuidores intermediarios. Un eje C45 y uno de 40Cr tienen un aspecto idéntico antes del tratamiento térmico. Una prueba de dureza confirma la dureza alcanzada, pero no la aleación: es posible someter el C45 a un tratamiento térmico de 50 HRC mediante endurecimiento por inducción, mientras que la ficha técnica especifica un 40Cr endurecido en toda su masa a 52 HRC. La diferencia se manifiesta en la profundidad de la capa endurecida y la vida útil a la fatiga. Un certificado de material con el número de colada de la fábrica demuestra la composición de la aleación, no solo el resultado de la prueba de dureza.

Sí, y es significativo en módulos de mayor tamaño. El bronce de estaño ZCuSn10Pb1 es una aleación de cobre relativamente cara; en el módulo M6 y superiores, la rueda puede representar un componente importante del costo del conjunto de engranajes. De menor a mayor costo: POM/PA66 < latón al manganeso < ZCuAl10Fe3 < ZCuSn10Pb1 < SS316. Cabe destacar que el costo del material es una fracción del costo total de instalación; especificar el material incorrecto y reemplazar el engranaje cada 6 meses resulta mucho más costoso que especificarlo correctamente una sola vez.

La diferencia en la vida útil suele ser de 10:1 o superior. Un juego correctamente especificado presenta un desgaste gradual y controlado de los flancos de los dientes de la rueda durante miles de horas, medible mediante el recuento de partículas en el análisis de aceite, con suficiente antelación antes de que se superen los límites dimensionales. Un juego incorrectamente especificado —con una diferencia de dureza errónea, un lubricante inadecuado o contaminación— suele fallar por rozamiento o desgaste abrasivo rápido en un plazo de 200 a 500 horas.

El uso poco frecuente aumenta la probabilidad de fallo por lubricación límite, no la disminuye. Cada vez que el accionamiento arranca desde el reposo, la malla funciona con lubricación límite (sin película hidrodinámica) durante los primeros segundos o minutos, hasta que la temperatura de funcionamiento y la velocidad de deslizamiento generan dicha película. Un accionamiento que arranca y se detiene con frecuencia experimenta proporcionalmente más lubricación límite en relación con su tiempo total de funcionamiento. La propiedad de lubricación límite de fase de plomo de la rueda de bronce de estaño es especialmente valiosa en aplicaciones intermitentes. Nunca se debe concluir que una aplicación de uso poco frecuente puede tolerar una especificación de material inferior.