Este documento presenta los resultados del análisis de falla de un eje inferior de una caja de engranajes de dos velocidades en una planta de laminación de acero en Tailandia. El análisis mostró que el eje falló por fatiga después de aproximadamente 15,000 horas de servicio. Las marcas de playa en la superficie de fractura indicaron que las grietas se iniciaron en las esquinas del wobbler del eje debido a altas concentraciones de esfuerzo, lo que eventualmente condujo a la fractura final. Se con

1. UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁN
2022 - II

4. Los ejes se utilizan ampliamente en máquinas
y numerosos componentes de ingeniería,
incluidas las cajas de engranajes. Las fallas de
los ejes no solo generan costos de reemplazo,
sino también tiempo de inactividad del
proceso. Esto podría tener un efecto drástico
en la productividad y, lo que es más
importante, en la entrega tardía.
Las fallas del eje pueden deberse a muchas
causa, incluidos diseños defectuosos,
aplicaciones incorrectas o errores de
fabricación.
Los errores de diseño incluyen cosas tales
como geometría de engranaje inadecuada,
materiales incorrectos, mala calidad de los
materiales, sistema de lubricación inadecuado
y varios otros.

5. Los rodillos y los dos ejes altos de la
caja de engranajes estaban
conectados por husillos de acero,
los acoplamientos de hierro fundido
y los bloques de madera impedían el
desplazamiento del acoplamiento
en las ranuras oscilantes del husillo
El eje averiado que se
estaba investigando era
un eje inferior utilizado
en dos cajas de
engranajes altas en un
laminador continuo de
barras de acero para
laminación en caliente en
Tailandia.

6. Cálculo de carga usando los datos
de las condiciones reales de
operación, la potencia eléctrica
(Wp):
El par transmitido
(T):
Las cargas tangenciales y radiales
en el paso:

7. 4.1.- Exámenes visuales
El eje averiado se extrajo de las dos cajas de cambios altas y se examinó visualmente. La
fractura se produjo en Wobbler del eje inferior. La apariencia general del eje fallado es como
se muestra en la Fig. 3a. La superficie oscilante en el sitio de trabajo del eje estaba muy
desgastada solo en algunas áreas, como se muestra en la Fig. 3b, indicaba una carga de
impacto y una pequeña área de contacto entre el oscilador y el acoplamiento. Y la superficie
de la característica de superposición de soldadura en el wobbler se puede ver como se
muestra en la Fig. 3b
a) el punto de fractura del eje b) el lugar de trabajo del eje
B) rodamientos de rodillos

8. 4.2.- Examen de la superficie de fractura
Las superficies de fractura estaban ligeramente curvadas; es decir, uno convexo y el otro cóncavo. La
superficie de fractura tiene dos porciones distintas, ambas bastante planas, como se muestra en la Fig. 4.
La fractura final es característica de un ciclo alto fatiga. El área de la superficie de fractura final es
pequeña, aproximadamente el 10 % de la superficie de fractura total, como se muestra en la figura 4.
indicando que el material del eje era adecuado para los bajos esfuerzos aplicados. Las marcas de playa
son claramente visibles en la superficie de fractura como se muestra en la Fig. 5, las características de
fatiga y la propagación desde el sitio de iniciación y la ubicación de la fractura final. La fisura por fatiga
iniciada en las esquinas de la Wobbler como se muestra en la Fig. 5b
A) B) a) sitios de iniciación de grietas. b) marcas de playa en la superficie de fractura.

9. 4.3.- Mediciones de dureza
Hay dos valores de micro dureza medidos a varias distancias de la región de grieta inicial (comienzo desde
el punto A) y medido en varios desde el exterior (comenzar desde B) hacia el eje. Se encontró que los
valores de dureza ser máximo 290 HV y mínimo 210 HV. Los valores de dureza medidos a varias
distancias desde el exterior (comenzado desde B) hacia el eje son como se muestra en la Fig. 6. Se
encontró que los valores de dureza estaban entre 210 y 240 HV que estaba dentro de los límites
especificados de los aceros para maquinaria comercial [10]. Las lecturas de dureza indicaron una dureza
relativamente alta en la ZAT en el eje. La medición de la micro dureza (a partir de la superficie A) reveló
una superficie dura que se vuelve progresivamente más suave hacia el núcleo como se muestra en la Fig. 6.
A) prueba de dureza de la muestra b) distancia desde la superficie del eje fallado (mm)

10. 4.4.- Análisis de composición química
Los valores promedio de la composición química del material del eje se muestran en la Tabla 1. Los
rangos para el La composición del acero AISI 1045 también se incluye en la Tabla 1. Las composiciones
del material del eje lo revelaron ser acero de baja aleación y medio carbono según la norma AISI 1045
[14]. El AISI 1045 pertenece a una clase de alta resistencia aceros AISI 1045 es un acero de baja
aleación adecuado para la mayoría de los componentes de ingeniería y maquinaria.
Tabla 1 Composición química del eje fallado y AISI 1045 (% peso)

11. Acero Grado Ingeniería
Aceros al Carbono

13. Características
Acero de medio carbono, posee baja soldabilidad y buena maquinabilidad,
responde al tratamiento térmico y al endurecimiento por llama o inducción.
Por su dureza y tenacidad es utilizado para la fabricación de componentes
de maquinaria.
Por sus características de temple, se tiene una amplia gama de aplicaciones
automotrices y de maquinaria en general de resistencia media, tales como:
ejes, cigüeñales, engranajes, piñones, cuñas, tornillos, pernos, pasadores,
partes de maquinaria y herramientas agrícolas.
Usos:

14. 4.5.-Examen de microestructura
La microestructura del eje fallido en el origen de la fisura, la región no afectada por la soldadura y la región del
núcleo que no fueron revenidas, se muestran en la Fig. 7. La microestructura del núcleo era una mezcla de
perlita y ferrita como se muestra en la Fig. 7(a). La estructura del núcleo es una estructura típica para acero de
carbono medio de baja aleación [14]. También se observaron microfisuras en especímenes obtenidos del eje
fallido de regiones cercanas a la fisura inicial, como se muestra en la Fig. 7(b).

15. 4.6.-Fractografía
Los espectros EDS de la inclusión y la matriz se
muestran, respectivamente, en la Figura 8. El
espectro de inclusión contiene un pico P mientras que
no existe tal pico en el espectro de la matriz. Esto
significa que hay mayor contenido de P en la
inclusión que en la matriz. El escaneo de líneas y el
mapeo elemental de P revelaron que el contenido de P
es más alto en 4.6 Fractografía el área alrededor de la
inclusión oscura como se muestra en la Figura 8.
Otros elementos en el espectro de inclusión son Fe y
C.

16. 4.7.-Análisis de tensión

17. 4.8.-Resistencia a la fatiga del material

20. ¿QUÉ ES EL
DISEÑO?
Combina
Maquina
Mecanismo
s
Energía
Transmitir o emplear
Carga
Movimiento

21. ANÁLISIS DE FALLA DE UN EJE DE CAJA
CAMBIOS DE DOS VELOCIDADES
Este documento informa los resultados del análisis de fallas de un
eje de caja de engranajes de dos alturas de una caja de engranajes
en un laminador de acero caliente en Tailandia que falla
prematuramente después de aproximadamente 15 000 horas de
servicio.
En esta investigación se emplearon procedimientos estándar
para el análisis de fallas. Los resultados mostraron que el eje
falló por fractura por fatiga.
 Las marcas de playa en la superficie de la
fractura eran claramente visibles. Se
iniciaron grietas por fatiga en las esquinas
del wobbler.
 El área de fractura final relativamente
pequeña de la superficie de fractura indicó
que el eje estaba bajo una tensión baja en el
momento de la falla.
 Se concluye que el eje falló
por fractura por fatiga y que
se produjo una falla
prematura debido a la alta
concentración de esfuerzos
en las esquinas de la
oscilación del eje que
eventualmente condujo al
inicio de grietas por fatiga,
crecimiento de grietas y
fractura final.

22. MEJORAS SOBRE EL
DISEÑO DEL EJE
CONSIDERANDO POR
SU TIPO DE
GEOMETRÍA Y
MATERIAL A CAMBIAR
• UN EJE DE CAJA DE
CAMBIOS DE DOS
VELOCIDADES
• CAJA DE CAMBIO
• CLASIFICACIÓN
SEGÚN EJES
VALOR DE
DUREZA MEDIDO
• ETAPA DE PROPAGACIÓN
ESTABLE
TIPO DE
GEOMETRÍA
• SINCRONIZADOR