Fabricación de componentes del tren de transmisión de un helicóptero

Fabricación de componentes del tren de transmisión de un helicóptero

Ingeniería de fabricación de sistemas propulsivos  2016/2017

Índice

• Introducción

• Fallos en trenes de transmisión

• Materiales

• Fabricación

• Conclusión

Introducción

• Función: Transferir potencia del motor a las palas de la aeronave.

• Condiciones críticas: Vibraciones, altas presiones y altas temperaturas.

• Objetivo: Componentes que proporcionen confiabilidad y durabilidad en esas condiciones.

Introducción

• Material base: El principal material utilizado en estos componentes es el acero.

• Propiedades: Dureza a alta temperatura, Tenacidad a la fractura, entre otras.

Fallos en trenes de transmisión

• Condiciones de trabajo: máximas variaciones y torque y carga, alta velocidad de operación produciendo ciclos de fatiga en breves periodos de tiempo.

• Fallos:

• Flexión por fatiga: Para la fabricación, se exige que aguanten cargas de hasta el 140% de operaciones en condiciones normales

Fallos en trenes de transmisión

• Picaduras superficiales: Se deben a las continuas y exigentes condiciones  de fricción por contacto, que pueden llevar incluso a la pérdida de dientes en los engranajes.

Materiales

• Principal material:

• En los inicios, acero AISI 9310. Bajada de la resistencia a altas temperaturas. (indispensable en operación).

• En la actualidad. Se fabrican aleaciones con otros materiales.

• Permiten altas temperaturas (Entre 450 y 600 ºF).

• Ahorro de peso.

• Características nombradas anteriormente.

Materiales

• Materiales aleaciones:

• Fe (Material base).

• C (0.10 – 0.20 %).

• Si (0.10 – 0.20 %).

• Mn (0.30 – 0.60 %).

• Cr (1.10 – 5.00 %). (Proporciona características necesarias en las transmisiones de los helicópteros pero necesitan ser preoxidados. Se puede producir inclusión del carbono en el acero de manera no uniforme)

• Ni (2.00 – 3.00 %).

• Mo (1.00 – 4.50 %).

Fabricación

• Tratamiento térmico: El principal método es la “carburación” o “cementación”

• Propósito del tratamiento: Aumentar el contenido en carbono en la superficie de las piezas de acero, manteniendo todo el conjunto, durante un cierto tiempo a elevada temperatura (temperatura de austenización). Posteriormente, se lleva a cabo el templado y el revenido de las piezas.

Fabricación

• Resultados: Mayor concentración de carbono en la superficie. Como consecuencia, se genera aumento de dureza, que es mayor en la superficie y decrece hacia el interior. Así se genera una superficie dura y resistente al desgaste, conservando la tenacidad del interior de la pieza.

Conclusión

• Actualidad: Materiales para la fabricación de componentes del tren de transmisión para helicópteros que proporcionan muy buenas propiedades al componente.

• Futuro: Se siguen realizando mejoras en los materiales que nos permitan mejorar el comportamiento del material final ante las condiciones a las que se ven sometidos

Conclusión

• Líneas de estudio futuras: Tienden a la búsqueda por mejora del comportamiento en la operación de las piezas. Entre los estudios posibles a realizar:

• La dureza a alta temperatura: Las aleaciones mencionadas anteriormente tienden a tener menor ductilidad y tenacidad a la fractura que los aceros SAE 9310, por lo que se buscan aleaciones que mejoren estas propiedades

• Aumento de la resistencia a temperaturas elevadas de estos aceros, por ejemplo, la resistencia ante la pérdida de la película de aceite o la resistencia al calor debido a fricción cuando el sistema de lubricación falla.

Referencias

• [1] Materials for Helicopter Gears.

• [2] Isaiah Paul Janzen. Modeling of Heat Treating Processes for Transmission Gears.

• [R. R. Kazmar. Hypersonic propulsion at Pratt&Whitney

• [3] Joseph H. Mancini. An Overview of Advancements in / Helicopter Transmission Design.

• [4] G. Gasparini, U. Mariani, C. Gorla, M. Filippini and F. Rosa. Bending Fatigue Tests of Helicopter Case Carburized Gears: Influence of Material, Design and Manufacturing Parameters

Fin

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