Temario Diseño E Elementos

UNIDAD 1

RESISTENCIA A LA FATIGA

1.1 Diagrama de esfuerzo - número de ciclos.

La curva usual Esfuerzo - Deformación (llamada también convencional, tecnológica, de ingeniería o nominal), expresa tanto el esfuerzo como la deformación en términos de las dimensiones originales de la probeta, un procedimiento muy útil cuando se está interesado en determinar los datos de resistencia y ductilidad para propósito de diseño en ingeniería.

Para conocer las propiedades de los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Estos ensayos se clasifican en destructivos y no destructivos. Dentro de los ensayos destructivos, el más importante es el ensayo de tracción.

La curva Esfuerzo real - Deformación real (denominada frecuentemente, curva de fluencia, ya que proporciona el esfuerzo necesario para que el metal fluya plásticamente hacia cualquier deformación dada), muestra realmente lo que sucede en el material. Por ejemplo en el caso de un material dúctil sometido a tensión este se hace inestable y sufre estricción localizada durante la última fase del ensayo y la carga requerida para la deformación disminuye debido a la disminución del área transversal, además la tensión media basada en la sección inicial disminuye también produciéndose como consecuencia un descenso de la curva Esfuerzo - Deformación después del punto de carga máxima. Pero lo que sucede en realidad es que el material continúa endureciéndose por deformación hasta producirse la fractura, de modo que la tensión requerida debería aumentar para producir mayor deformación. A este efecto se opone la disminución gradual del área de la sección transversal de la probeta mientras se produce el alargamiento. La estricción comienza al alcanzarse la carga máxima.

Diagrama esfuerzo-deformación obtenido a partir del ensayo normal a la tensión de una manera dúctil. El punto P indica el límite de proporcionalidad; E, el límite elástico Y, la resistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento paralelo (offset) según la deformación seleccionada OA; U; la resistencia última o máxima, y F, el esfuerzo de fractura o ruptura.

El punto P recibe el nombre de límite de proporcionalidad (o límite elástico proporcional). Éste es el punto en que la curva comienza primero a desviarse de una línea recta. El punto E se denomina límite de elasticidad (o límite elástico verdadero). No se presentará ninguna deformación permanente en la probeta si la carga se suprime en este punto. Entre P y E el diagrama no tiene la forma de una recta perfecta aunque el material sea elástico. Por lo tanto, la ley de Hooke, que expresa que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación, se aplica sólo hasta el límite elástico de proporcionalidad.

1.2 Factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga.

Eje móvil

Un eje móvil o flecha es un componente rotativo, normalmente de sección transversal circular, usado para transmitir potencia y movimiento. Es importante establecer la diferencia entre un eje móvil y un eje fijo, en su caso el eje fijo es un elemento no rotativo, no transmite potencia y su función es solo dar soporte a componentes rotativos como poleas, engranes y ruedas.

Materiales

Una condición de diseño fundamental en una flecha es su deflexión, la cual es directamente proporcional a su rigidez y a la geometría de su diseño.

La mayoría de flechas son fabricadas de acero de bajo carbón como por ejemplo acero ANSI 1020 al ANSI 1050. La fatiga es uno de los principales parámetros de diseño, por lo que algunas veces se eligen aceros aleados que al ser tratados térmicamente incrementan su resistencia a la fatiga mas que los aceros de bajo carbón. Algunas aleaciones que se utilizan son ANSI 1340-50, 3140-50, 4140, 4340, 5140 y 8650.

Definición geométrica

Lo primero que se debe definir en una flecha son los componentes y las cargas que recibirá, de esta manera se podrán hacer diagramas de fuerza cortante y momento flexionante. La geometría de una flecha normalmente es un cilindro con diferentes diámetros. Normalmente se usan dos rodamientos, aunque en flechas largas se podrían usar más de dos para evitar deflexiones excesivas, aunque se deben tener precauciones para el alineamiento de rodamientos. La distancia entre los componentes de una flecha debe mantenerse tan corta como sea posible para minimizar la deflexión, aunque el espacio entre componentes facilitará el paso de lubricante y operaciones de ensamble y desensamble.

Transmisión de Torque

Una flecha está sometida a torque, lo que hace necesario el uso de elementos mecánicos como cuñas (chavetas), opresores de fijación y pasadores.

Diseño al esfuerzo

No es necesario evaluar el esfuerzo en cada punto de una flecha, es suficiente calcular los esfuerzos en ciertas posiciones críticas, Que normalmente estarán en la superficie y que estarán sometidos a momento flexionante alto, al torque y donde existe concentración de esfuerzos.

Diseño al esfuerzo

Momento flexionante y cortante:

Se producirá en engranes, poleas o soportes de rodamiento principalmente Fuerza axial:

Se producirá en engranes helicoidales o rodamientos axiales principalmente. Normalmente esta fuerza es pequeña en donde dominan el momento flexionante y la fuerza cortante y se puede despreciar para cuestiones de diseño. Los diagramas de fuerza cortante, momento flexionante fuerza axial permitirán identificar las posiciones críticas.

Esfuerzos en flechas

Para realizar un análisis se deben combinar los esfuerzos. Los esfuerzos fluctuantes debidos a flexión y torsión en: Sección transversal cualquiera: Sección transversal circular:

Esfuerzos en flechas

Una vez determinados los esfuerzos de von Mises, se pueden determinar los factores de seguridad y diámetros de flecha de acuerdo a diferentes criterios basados en la teoría de energía de distorsión: ED-Goodman Goodman ED-Gerber ED-ASME elíptica ED-Soderberg

Engrane

El engrane surge de la necesidad de transferir movimiento rotatorio de un eje a otro por medio de rozamiento de cilindros Engrane Esta transmisión por cilindros está claramente limitada en par de torsión a transmitir y presenta alta probabilidad de deslizamiento Para sortear estos problemas se adhieren dientes de acoplamiento a los cilindros, convirtiéndose en engranes Al conjunto de dos engranes (o más) se les llama engranajes El de menor diámetro se llama piñón y el de mayor diámetro simplemente engrane o corona.

Ley Fundamental de los Engranes

La razón de velocidad angular entre los engranes

...