Evaluation of contact fatigue in gear materials using ball rolling on disk experiments.

Um dos possíveis modos de falha em engrenagens é relacionado com o carregamento cíclico e, por consequência, a ocorrência de fadiga. O início da falha por fadiga ocorre devido à intensificadores de tensão e é geralmente observado no pé do dente (fadiga de flexão) ou na região de contato na superfície do dente (fadiga de contato). Experimentos para avaliação da fadiga de contato em engrenagens são geralmente conduzidos em bancadas de teste e tem custos elevados. Um método alternativo de experimentação de fadiga de contato em engrenagens é avaliado neste trabalho, consistindo no rolamento de esferas sobre um plano (corpo de prova). Dois grupos de corpos de prova foram fabricados com características e propriedades superficiais semelhantes às da superfície do dente de engrenagens nas condições: a) sem shot-peening e b) com shot-peening. As diferentes características dos corpos de prova foram testadas utilizando um equipamento desenvolvido em trabalho anterior para avaliar a fadiga de contato de rolamento, que ocorre no diâmetro primitivo das engrenagens. Resultados indicaram a ocorrência de dois mecanismos de falha comumente encontrados em engrenagens: pitting e spalling, entretanto, o equipamento se mostrou incapaz de monitorar a ocorrência de pitting. Ademais, os corpos de prova com shot-peening apresentaram menor resistência à fadiga para as condições testadas, em desacordo com ensaios de bancada anteriores. Algumas hipóteses foram discutidas para prover justificativas relacionadas aos resultados obtidos.One of the possible mechanisms of gear failure is related to the cyclic loading and, consequently, the fatigue occurrence. The onset of fatigue failure occurs due to stress intensifiers and it is generally observed on the fillet (bending fatigue) or on the tooth surface contact region (contact fatigue). Gear fatigue evaluation is usually carried out by test rigs, which are expensive. An alternative method of contact fatigue test of gears is evaluated in this work, which consists of balls rolling on a plane (specimen). Two groups of specimens were manufactured to obtain surface characteristics and properties like gears tooth\'s surface: a) without shot-peening and b) with shot-peening. The different features of specimens were tested by using an in house developed equipment to evaluate the rolling contact fatigue, which occurs on gears on its diametral pitch. Results indicate the occurrence of two failure modes: pitting and spalling, however, the equipment showed to be unable to monitor the occurrence of pitting. Also, the shot-peened group specimens presented lower fatigue life resistance for the analyzed conditions, which are not in agreement with previous rig tests. Some hypotheses were discussed to provide justifications related to the obtained results