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Título: Estudo sobre a curva S-N e o gráfico de Weibull para análise de resistência à fadiga de contato de engrenagens
Autor(es): Makita, Francisco Kenji Maeda
Santa Maria, Victor Augusto Raboni
Orientador(es): Silva, Carlos Henrique da
Palavras-chave: Mecânica - Projetos
Engrenagens
Metais - Fadiga
Mechanics - Design
Gearing
Metals - Fatigue
Data do documento: 2-Dez-2011
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: MAKITA, Francisco Kenji Maeda; SANTA MARIA, Victor Augusto Raboni. Estudo sobre a curva S-N e o gráfico de Weibull para análise de resistência à fadiga de contato de engrenagens. 2011. 112 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2011.
Resumo: O estudo da fadiga possui grande importância na área de projetos de componentes mecânicos, pois se estima que seja responsável por aproximadamente 90% de todas as falhas metálicas. Na fadiga de contato de engrenagens, as tensões de Hertz contribuem para o desgaste superficial do dente, o que caracteriza os fenômenos conhecidos como crateração (pitting) e lascamento (spalling). Como principais ferramentas para este estudo, pode-se citar a curva S-N e a distribuição estatística de Weibull. A curva S-N proporciona uma estimativa da resistência à fadiga do material, ou seja, relaciona o valor da tensão do carregamento e a vida esperada (número de ciclos) até a ocorrência da falha. Já o gráfico de Weibull relaciona a probabilidade de falha de um componente e o número de ciclos a que ele estará submetido, podendo ser aplicado na estimativa de períodos de garantia contra falhas apresentadas por equipamentos mecânicos. Este trabalho tem como objetivo geral compreender os conceitos envolvidos na determinação de curvas S-N para fadiga de contato e na determinação do gráfico de Weibull, juntamente com a análise de pares de engrenagens de diferentes materiais, através da utilização de dados e realização de ensaios de fadiga de contato. Para a realização dos ensaios foi utilizada a máquina FZG, cujo funcionamento ocorre através do princípio de recirculação de potência. Foram ensaiados três diferentes materiais: aço ABNT 4140, ferro fundido nodular austemperado (FFNA) e ferro fundido nodular ferrítico/perlítico (FFNF). Foi constatado que o FFNF apresenta menor resistência à fadiga de contato e, consequentemente, menor vida característica. O aço ABNT 4140, para uma confiabilidade de 90%, foi o material que apresentou a maior vida característica e também a taxa de mortalidade de amostras mais acentuada, apresentando também maior resistência à fadiga de contato para probabilidades de falha de até aproximadamente 90%. Por fim, este trabalho procurou contribuir para a formação dos alunos do curso de Engenharia Industrial Mecânica e do Programa de Pós-Graduação de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Abstract: The study of the fatigue phenomenon has a relevant importance on mechanical components design, because it is estimated that it is responsible for approximately 90% of all metallic failures. On contact fatigue of gears, the Hertz stresses contribute to the tooth surface wear occurrence, what characterizes the phenomena known as pitting and spalling. As mainly existing tools for this study, the S-N curve and the Weibull statistical distribution can be applied. The S-N curve permits to estimate the fatigue resistance of the material. This curve relates the loading stress value with the expected fatigue life (number of cycles) until the failures occurrence. The Weibull curve relates the failure probability of a component with its expected fatigue life, therefore it can be used to estimate warranty periods. The purpose of this research work is to understand the existing concepts on determining the S-N curve and the Weibull curve for gears contact fatigue. Therefore, contact fatigue tests of gears were carried out with three types of materials: ABNT 4140 steel and two different austempered ductile irons (FFNA and FFNF). The tests were carried out using the FZG machine, which is based on the power recirculation principle. It was noticed that the FFNF showed the worst contact fatigue resistance and, consequently, the lowest scale parameter value. For a reliability of 90%, the ABNT 4140 steel showed the highest scale parameter value and also the most accentuated mortality rate among the studied materials, with best contact fatigue resistance for a failure probability of until 90%, approximately. Finally, this work intends to contribute to the graduation of the Mechanical Engineering students and postgraduate students of the Technological University of Parana.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6718
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