Manual De Mantenimiento De Martillo Hidraulico

DISEÑO MECANICO I

UNIDAD III

IV EJES

4.1. Análisis por resistencia.

4.1.1. Bajo cargas estáticas.

4.1.2. Bajo cargas dinámicas.

4.2. Restricciones geométricas

4.3. Ejes huecos

4.4. Análisis por rigidez.

4.5. Velocidad crítica.

4.6. Materiales para ejes

4.7. Flechas flexibles

4.8. Cigüeñales.

4.8.1. Análisis por resistencia

4.1. Análisis por resistencia.

La resistencia de materiales clásica es una disciplina de la ingeniería mecánica y la ingeniería estructural que estudia los sólidos deformables mediante modelos simplificados. La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo. Un modelo de resistencia de materiales establece una relación entre las fuerzas aplicadas, también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas.

Generalmente las simplificaciones geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicación de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular. Para el diseño mecánico de elementos con geometrías complicadas la resistencia de materiales suele ser insuficiente y es necesario usar técnicas basadas en la teoría de la elasticidad o la mecánica de sólidos deformables más generales.

Esos problemas planteados en términos de tensiones y deformaciones pueden entonces ser resueltos de forma muy aproximada con métodos numéricos como el análisis por elementos finitos. Cálculo de esfuerzos, se plantean las ecuaciones de equilibrio y ecuaciones de compatibilidad que sean necesarias para encontrar los esfuerzos internos en función de las fuerzas aplicadas.

Análisis resistente, se calculan las tensiones a partir de los esfuerzos internos.

La relación entre tensiones y deformaciones depende del tipo de solicitación y de la hipótesis cinemática asociada: flexión de Bernouilli, flexión de Timoshenko, flexión enviada, tracción, pandeo, torsión de Coulomb, teoría de Collignon para tensiones cortantes, etc. Análisis de rigidez, se calculan los desplazamientos máximos a partir de las fuerzas aplicadas o los esfuerzos internos. Para ello puede recurrirse directamente a la forma de la hipótesis cinemática o bien a la ecuación de la curva elástica, las fórmulas vectoriales de Navier-Bresse o los teoremas de Castigliano.

Bajo cargas estáticas.

Idealmente, al diseñar cualquier elemento de máquina el ingeniero debe tener a su disposición los resultados de una gran cantidad de pruebas de resistencia al material elegido. Estos ensayos se deben realizar en probetas que tengan el mismo tratamiento térmico, acabado superficial y tamaño que el elemento que el diseñador se propone diseñar; además, las pruebas se deben conducir exactamente bajo las mismas condiciones de carga a que se someterá la parte en servicio.

Esto significa que si la parte se va a someter a carga flexionante, se debe ensayar con una carga flexionante. Si se va a someter a flexión y torsión combinadas, se debe ensayar bajo flexión y torsión combinadas. Si se hace de acero tratado AISI 1040 estirado a 500oC con un acabado esmerilado, las probetas que se ensayen deben ser del mismo material preparado de la misma manera. Esos ensayos proporcionarán información muy útil y precisa. Cuando esos datos están disponibles para propósitos de diseño, el ingeniero puede estar seguro de que está haciendo el mejor trabajo de ingeniería.

El costo de reunir esa gran cantidad de datos antes del diseño se justifica si la falla de la parte puede poner en peligro la vida humana, o si la parte se fabrica en cantidades suficientemente grandes. Ejes para la transmisión de potencia y aparatos electrodomésticos, por ejemplo, tienen grados de confiabilidad muy altos porque las partes se hacen en grandes cantidades, de manera que se pueden ensayar por completo antes de su manufactura. El costo de realización de estos ensayos es muy bajo cuando se divide entre el número total de partes fabricadas. Ahora se pueden apreciar las cuatro categorías de diseño siguientes:

1. La falla de la parte pondrá en peligro la vida humana, o la parte se hace en cantidades extremadamente grandes; en consecuencia, se justifica un elaborado programa de ensayos durante el diseño.

2. La parte se hace en cantidades muy grandes, que es posible una serie moderada de ensayos.

3. La parte se hace en cantidades tan pequeñas que los ensayos no se justifican de ninguna manera, o el diseño se debe complementar tan rápido que no hay tiempo para los ensayos.

4. La parte ya se ha diseñado, fabricado y ensayado, y se ha determinado que es insatisfactoria. Se requiere un análisis para entender porqué la parte es satisfactoria y lo que se debe hacer para mejorarla.

Con mucha frecuencia no es necesario diseñar empleando sólo valores publicados de la resistencia de fluencia, de la resistencia última, del porcentaje de reducción del área y del porcentaje de elongación.

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