DISEO MECNICODISEO PARA DIFERENTES TIPOS DE CARGA.Objetivos: Reconocer el tipo de carga aplicada en un sistema mecnico. Seleccionar el mtodo adecuado para analizar los esfuerzos producidos. Determinar la propiedad de resistencia del material adecuado para el tipo de carga y para la clase del material. Especificar el factor de diseo adecuado. Tipos de carga: Esttica. Repetida e invertida. Fluctuante. Tipos de carga y relacin de esfuerzos: Esfuerzo mximo max Esfuerzo mnimo min Esfuerzo medio (promedio) m Esfuerzo alternativo a

Carga Esttica: Se presenta en una pieza sometida a una carga aplicada lentamente, sin choque y que se mantiene a un valor constante; tambin se puede suponer cuando se aplica y quita lentamente o si la cantidad de aplicaciones de la carga es pequea. Carga repetida e invertida: Ocurre cuando un determinado elemento se somete a cierto valor de esfuerzo de tensin seguido por el mismo valor de esfuerzo de compresin. Si este ciclo se repite muchos miles de veces se considera repetido e invertido. Con frecuencia este tipo de carga se le llama carga por fatiga

DISEO MECNICOCarga fluctuante: Sucede cuando un elemento est sometido a un esfuerzo alternativo con promedio distinto de cero, un caso especial que se encuentra con frecuencia es el esfuerzo repetido en una direccin cuando se aplica una carga y se remueve varias veces.

Resistencia a la fatiga: Es la capacidad de un material para resistir cargas de fatiga. En general es el valor del esfuerzo que puede resistir un material durante una cantidad de ciclos de carga dada. Si la cantidad de ciclos es infinita el valor de esfuerzo se llama lmite de fatiga. 0.50 Resistencia a la fatiga real estimada: Si las caractersticas del material o las condiciones de operacin reales para una pieza de mquina son distintas de aquellas para las que se determin la resistencia a la fatiga, sta se debe reducir respecto al valor consultado, esto implica aplicar varios factores a la resistencia a la fatiga bsica para el material. 0.50

DISEO MECNICOResistencia a la fatiga Sn: Emplee la figura siguiente para estimarlo.

Fig. 1 Resistencia a la fatiga en funcin de la resistencia a la tensin para acero forjado con varias condiciones de superficie.

Factor de material Cm: Acero Forjado Acero Colado Acero Pulverizado Factor de tipo de esfuerzo Cst: Aplique un factor Cst=1.0 para esfuerzo flexionante y Cst=0.80 para esfuerzo axial. Cm=1.00 Cm=0.80 Cm=0.76 Hierro Colado Maleable Cm=0.80 Hierro Colado Gris Cm=0.70 Hierro Colado Dctil Cm=0.66

DISEO MECNICO

Factor de confiabilidad CR: Confiabilidad deseada 0.50 0.90 0.99 0.999 Factor de tamao Cs: Seccin circular no giratoria sometida a flexin repetida e inversa: 0.370 Seccin rectangular en flexin repetida e invertida: 0.808 CR 1.0 0.90 0.81 0.75 Fiabilidad Del 50%, lo que indica que la mitad de las pieza fallaran. Del 90% Del 99% Del 99.9%

Fig. 2 Factor por tamao en funcin del dimetro equivalente.

DISEO MECNICOFactores de diseo: N=1.25 a 2.0 N=2.0 a 2.5 N=2.5 a 4.0 El diseo de estructuras bajo cargas estticas, para las que haya un alto grado de confianza en todos los datos de diseo. Diseo de elementos de mquinas bajo cargas dinmicas con una confianza promedio en todos los datos de diseo. Valor promedio. Diseo de estructuras estticas o elementos de mquinas bajo cargas dinmicas con incertidumbre acerca de las cargas, propiedades de los materiales, anlisis de esfuerzos o el ambiente. Diseo de estructuras estticas o elementos de mquinas bajo cargas dinmicas con incertidumbre en cuanto a alguna combinacin de cargas, propiedades del material, anlisis de esfuerzos o el ambiente. El deseo de dar una seguridad adicional a componentes crticos puede justificar tambin el empleo de estos valores.

N=4.0 a ms

Mtodos de anlisis de diseos: La nomenclatura es: Su o Sut Suc Sy Ssy Sn Ssn Kt d Resistencia ltima de tensin (Materiales frgiles). Resistencia ltima de compresin Resistencia de fluencia o punto de fluencia (Materiales dctiles). Resistencia de fluencia en cortante. Resistencia de fatiga del material bajo condiciones reales. Resistencia de fatiga en cortante bajo condiciones reales. Factor de concentracin de esfuerzos. Esfuerzo de diseo o tambin llamado esfuerzo permisible.

1. Caso C: Materiales dctiles bajo cargas estticas: a) C1: Mtodo de resistencia de fluencia: Para esfuerzo de tensin: d = Syt / N Para esfuerzo de compresin: d = Syc / N b) C2: Mtodo de esfuerzo cortante mximo para esfuerzos cortante y combinados: d = 0.5 Sy / N 2. Caso D: Esfuerzo normal invertido y repetido. d = Sn / N 3. Caso E: Esfuerzo cortante invertido y repetido (Tambin aplica en esfuerzo combinado invertido): a) E1: Teora del esfuerzo cortante mximo: d = 0.5 Sn / N b) E2: Teora de la energa de distorsin: d = 0.577 Sn / N 4. Caso G: Esfuerzos normales fluctuantes: Mtodo de Goodman. 1

DISEO MECNICO5. Caso H: Esfuerzos cortantes fluctuantes: El desarrollo anterior del mtodo de Goodman tambin se puede aplicar para esfuerzos cortantes fluctuantes en lugar de esfuerzos normales. La ecuacin del factor de diseo es: 1

Si no se cuenta con datos de resistencia al cortante, maneje los estados estimados: Ssn= 0.577 Sn Ssu= 0.75 Su Nota: Si no existen cambios bruscos en las secciones transversales por analizar, el valor de Kt=1.