FUNDAMENTOS

Diseñar: Es formular un plan para satisfacer un demanda humana.El diseño mecánico: Es el diseño de objetos y sistemas de naturaleza mecánica: máquinas, aparatos, estructuras, dispositivos e instrumentos.

FASES DEL DISEÑO

Reconocimiento de la necesidad

Definición del problema

Síntesis

Análisis y optimización

Evaluación

Presentación

CONSIDERACIONES DE DISEÑOA veces la resistencia de un elemento en un sistema es un asunto muy

importante para determinar la configuración geométrica y las dimensiones que tendrá dicho elemento. Generalmente se tienen que tomar en cuenta varios factores en un caso de diseño determinado. Algunos de los más importantes son los siguientes:

1. Resistencia. 13. Ruido.2. Confiabilidad. 14. Estilización.3. Propiedades térmicas. 15. Forma.4. Corrosión. 16. Tamaño.5. Desgaste. 17. Flexibilidad.6. Fricción o rozamiento. 18. Control.7. Procesamiento. 19. Rigidez.8. Utilidad. 20. Acabados superficiales.9. Costo. 21. Lubricación.10.Seguridad. 22. Mantenimiento.11.Peso. 23. Volumen.12.Duración. 24. Responsabilidad legal.

CODIGOS Y NORMASUna norma o estándar es un conjunto de especificaciones para piezas, materiales o procesos

establecidos, con el fin de lograr uniformidad, eficiencia y calidad especificadas. Uno de los objetos importantes de una norma es fijar un limite al numero de artículos en las especificaciones.

Un código es un conjunto de especificaciones para efectuar el análisis, el diseño, la fabricación y la construcción de un objeto o sistema.

Aluminum Association (AA) American Gear Manufacturers Association (AGMA) American Institute of Steel Constructon (AISC) American Iron and Steel Institute (AISI) American National Standards Institute (ANSI) American Society for Metals (ASM) American Society of Mechanical Engineers (ASME) American Society of Testing and Materials (ASTM) American Welding Society (AWS) Anti-Friccion Bearing Manufacturers Association (AFBMA) British Standards Institute (IFI) Institution of Mechanical Engineers (I. Mech. E.) International Bureau of Weights and Measures (BIPM) Interrnational Standards Organozation (ISO) National Bureau of Standards (NBS) Society of Automotive Engineers (SAE)

Nota: En 1966 la American Standards Association (ASA) cambio su nombre por el de United States of America Standards Institute (ASAS). Luego, en 1969, cambio de nuevo a Amerian National Standards Institute, como se señala y es el que tiene en la actualidad. Esto significa que pueden hallarse ocasionalmente normas ANSI designadas como normas ASA o USAS.

ESFUERZO Y RESISTENCIAEs una propiedad de un material o de un elemento mecánico. Depende de

la composición, el tratamiento y el procesado del material.El esfuerzo y la resistencia posee unidades de presión, por lo cual la

unidad puede ser:Pa, Mpa, Psi o Kpsi.Es así como podemos encontrar:

.__Re cortealsistenciaSs

.__Re fluenciadesistenciaS y ._Re ultimasistenciaSu

FACTOR DE SEGURIDAD

Según el código AISC determina las cargas o fuerzas que se utilizan para obtener los esfuerzos así:

Sumatoria de cargas muertas, Peso de la estructura, de materiales fijados a ellas y partes sostenidas por la estructura.

Sumatoria de cargas vivas estacionarias o estáticas, peso del equipo, de los ocupantes, de las instalaciones.

La fuerza o resultante de fuerzas debida a equipo que puede causar impacto o carga dinámica, se multiplica por un factor de servicio K.

Carga de viento sobre la estructura.

Efectos diversos como terremotos.

divwlld FFKFWWF

El diseñador elige la resistencia mínima, media, de fluencia, última, de fatiga, a la tensión y al corte.

s

dSS

Esfuerzosistencian

Re

CONFIABILIDAD

Media estadística de la probabilidad de que un elemento mecánico no falle cuando esté en servicio. Representada mediante R y expresada mediante un numero al que se le asigna el siguiente intervalo:

10 RUna confiabilidad de R= 0.90 significa que hay 90% de probabilidad de que la pieza funcione adecuadamente sin fallar. La falla de seis(6) piezas de 1000 manufacturadas puede considerarse un índice de falla aceptable para una cierta clase de productos. Esto representa una confiabilidad de R= 1- 6/1000 =0.994 o sea 99.4%.

FACTORES ECONOMICOS

USO DE TAMAÑOS ESTANDAR

USO DE TOLERANCIAS AMPLIAS

Para tener la seguridad de que se especifican tamaños estándares preferidos, la persona encargada debe tener conocimiento de las listas de existencia comerciales de los materiales o repuestos a emplear.

La selección de tolerancias muy estrechas, pueden necesitar pasos adicionales de procesamiento. El termino tolerancia abarca tanto la variación de las dimensiones y los limites para la rugosidad de las superficies, como la variación de las propiedades mecánicas impartidas por tratamientos térmicos u otras operaciones de procesado.

SISTEMA DE UNIDADESLa gran ventaja de las unidades SI es que hay una y solo una unidad para cada cantidad física; el metro para longitud, el kilogramo para masa, el newton para fuerza, el segundo para tiempo, etc.

Reglas 1. Cantidades con 4 o mas cifras, los dígitos se agrupan de tres en tres separados por espacio y no por

coma.2. Se usa el punto como marca decimal.3. El punto decimal debe ser precedido por un cero en el caso de números menores que la unidad.4. Usar prefijos de múltiplos y submúltiplos en periodos de 1 000.

PREFIJOS Y CONVERSION DE UNIDADES

Regla de tres compuesta

Convertir 150 Psf a MPa

MPaPsi

MPaPsfPsiPsf 8.3132704

006895.021600

006895.0*144*150

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Propiedades mecánicas: Son las que están relacionadas con el comportamiento del material cuando se somete a esfuerzos.

Resistencia mecánica: Un material tiene resistencia mecánica cuando soporta esfuerzos sin romperse.

o

of

LLL

Diagrama Esfuerzo Vs Deformación

EQUILIBRIO

La ley de movimiento indica que cualquier fuerza F ejercida sobre un cuerpo, producirá una aceleración.

F1 + F2 + F3 + … + Fi = ΣF = 0Sumatoria vectorial

Diagrama de cuerpo libre: Técnica analítica de la mecánica que consiste en aislaro liberar una porción de un sistema en nuestra imaginación, a fin de estudiar el comportamiento de uno de sus segmentos, ubicando sus fuerzas y momentos.Ejemplo:

M1 + M2 + M3 + … + Mi = ΣM = 0

PROPIEDADES DE LOS MATERIALESElasticidad: Un material es elástico cuando, al aplicarle una fuerza se estira, y al retirarla vuelve a su posición inicial.

Plasticidad: Un material es plástico cuando al retirarle la fuerza continua deformado.

Dureza: Un material es duro o blando dependiendo de si otros materiales puede rayarlo.

Tenacidad: Un material si aguanta los golpes sin romperse.

Fragilidad: Un material es frágil si cuando le damos un golpe se rompe.

OIGEN DE LAS DEFORMACIONES

FALLAS MECANICASCorrosión química: Un material se disuelve en un medio liquido corrosivo, se seguirá disolviendo, hasta que se haya consumido todo o se sature el liquido, genera grietas.

Corrosión grafítica: aparece en la fundición de hierro gris, cuando se disuelve en agua o tierra, causa fugas o fallas en tuberías enterradas.

Desgaste por adherencia: conocido como rayado raspado o agarre, ocurre cuando dos superficies sólidas se deslizan una sobre otra bajo presión, crea deformación superficial que genera soldadura, crea partículas abrasivas.

Erosión liquida: Originada por altas presiones asociadas con un liquido en movimiento (cavitación y pulverización con gotas de liquido).

Desgaste abrasivo: Cuando se elimina material de una superficie debido al contacto con partículas duras.

Fractura dúctil: Ocurre de manera transgranular en los metales con buena ductilidad y tenacidad, se observa gran deformación, causadas por sobrecargas.

Fractura frágil: Ocurre en materiales de alta resistencia mecánica o en materiales con baja ductilidad y tenacidad. Materiales dúctiles pueden fallar frágilmente a bajas temperaturas o por impacto en lugar de sobrecarga, no se presenta deformación plástica. Inicio en concentradores de esfuerzos.

Fractura por fatiga: Ocurre cuando se le aplica un esfuerzo alternante más elevado que el limite de resistencia a la fatiga, la nucleación se encuentra sobre o cerca de la superficie, se visualizan rayaduras o picaduras, esquinas agudas.

Termo fluencia: Ocurre a temperaturas elevadas que originan deformación plástica.

Diseño: Los componentes deben diseñarse para permitir que el material resista el esfuerzo máximo que se espera sea aplicado durante su servicio.

ORIGEN Y PREVENCION DE FALLAS

Selección de materiales: Se basa en su capacidad de servicio y sus estado de suministro.

Procesamiento de los materiales: Pueden ser introducidas las fallas por el tipo de proceso de fabricación (tratamiento térmico).

Condiciones de servicio: Según el tipo de sobrecarga, entorno y temperatura a la cual esta expuesto el conjunto (montajes y mantenimiento).

Defectos introducidos en un metal durante el procesamiento

Factores que modifican la resistencia a la fatiga

Factor de superficie: Dependen de la calidad del acabado o estado superficial, dirección de fibra en sentido de la aplicación de la carga.

Factor de tamaño: Dependen de la sección transversal o equivalencia en diferentes formas.

Factor de carga: Dependen de la carga aplicada en flexión, torsión, cortante o axial.

Factor de temperatura: Para temperaturas bajas genera fractura frágil.

Factor de efectos diversos: Como esfuerzos residuales por tensión, compresión, tratamiento térmico superficial, .

Factor de concentración de esfuerzos: Debido a la elaboración de agujeros, ranuras y escalones rectos.

Determinación de carga para resortes Determinación de carga para resortes helicoidales a compresiónhelicoidales a compresión

Material para resortesMaterial para resortesMATERIAL ASTM UNS AISI EXPONENT

E mINTERCEPCIÓN

A Kpsi A MpaAlambre para cuerda musical A228 G10850 1085 0,163 186 2060Alambre revenido en aceite A229 G10650 1065 0,193 146 1610Alambre estirado duro A227 G10660 1066 0,201 137 1510Al cromo vanadio A232 G61500 6150 0,155 173 1790Al cromo silicio A401 G92540 9254 0,091 218 1960

uty SS *45.0m

alambreut d

AS 2. Valor de esfuerzo de fluencia respecto a el esfuerzo ultimo a la tensión:

1. Valor de esfuerzo ultimo se calcula:

alambreexternomedio dDD alambre

medio

dDC

CCK s *2

1*2

ms

ycomp DK

dSF

**8** 3

3. Valor del diámetro medio:

4. Valor de índice de compresión:

5. Factor de corrección:

6. Carga aplicada:

NOTA: Los datos se deben trabajar en sistema Lb, inch.