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Susferrin diseno elementos_maquinas

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DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS

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Susferrin diseno elementos_maquinas

  1. 1. DISEKQODE ELEMENTOS A DE MAQUINAS Cuarta edicién Robert L. Mott, P. E. University of Dayion TRADUCCION Virgilio Gonzalez y Poza REVISION TECNICA SEPQIO Saldafia Sénchez ESIME Culhuacén . Ins Elmo Pafitécnlbo Nadonal ‘Nigel Hernéndez Feméndez ESIME Calnuacén Inslilula Polirécnioa Nacional Jaime Villanueva Séndlez Inslilula Tacnoldgico de Chihuahua um - ‘ ‘in’. 1DKIlV1u Méxim -Ax-gaxlina ~ nmx - Cokambi: - Cnsu Rim - cm]: - Enndnr Etpzlh - Guatemala - Panzmi ~ Pen’: - Puma Rmo - Uruguzv ~V: nc1nda
  2. 2. Duns dc calalogacl n b MOTLKOIIEITF L. Diserio dc dunenloa dc miqnlnns PEA RSON EDUCACION, Méxioo, 2006 ISBN: V70-Z6-0512-0 Area: ingnnima Fonmln:20 X 5.5 cm Aulhorlmfl Iranslaiion rrurn lb: Engiun language = diLion. cnrilled Machirr: unmu by Robcrl L. Mon pubusnen by Parson Education, lnc. . publishing as PRENTICE HALL, INC. Copynghl 9 2004. All righu rmervcd. ISBN 0130618853 Tradmxion nurnnuda de in rxiicrén en rd1onIarnyEs, Mathr'n: (Izrunl: per Ruben L. Mon. publlcada por Pearson Huizflnnq Inc. publimda mum PRENTICEHALL ]. NC. . Cnpyrighl @ 2004. Tadns los devcchor rcsavados Esu eaicnsn en espaflol es 1. unicu aulonzarh. Edicién en cspaiml Edrlor panic Miguel Guerrero Runs e-mail‘ pnblo. gIIerI: m@p&amolIed. com ennui dc d: sano| lo: Bernardiuo M. ounérm I-rurnuiusa, Supcniscrde produocibn: Iosé D Htmlndez Cvardufio Edirién en irugus Editor In Chic! lcphcn Helm Execulivt Edllo Dabble Yamell Editor-rl] Anillznlr Jonathan Tenrholf Pmduclion Editor: Lnnise N. sun maucrian Supervlslon: Carlisle hrbllshers Scrvicrs Daign conniinninn Diane Emsberger Cover Dsiyler: Juan Mow: Pmducflan Manager. Bnan Fox Marketing Mnnagerz rinnny Slzphcns CUARTA EDICION, zoos rm 9 mos pnr Parson Education .2: Mexico. SA. dc c. v. Aflacxnnuloo soo-so. piw lnduslrial more 53519 Naumlpan dc mm Eda. dc Méxioo E mail; :d. iloriaI. univcrsidadu@pr: rmnrA. o0m Cfinwra Nlcinvul dz In Imirulriz aiiinriu Mexicali Rzg. Nfim. I031 Prentice Hall 5 um rnufi regislnda dc Pumn Eduucién dz Mbuw, S. A. dz c. v. msmanns lodos los derechos. Ni in xnulrdzd ui pun: d: an publrmcxén puedul repmducirse. regisnne n nnnsmitilsc. par un sismnn dc recuperxcion dcIrxf1nlnClOn. :n mngulu ronnu ni par nrngau Inedio, :4:aele: n6nia1. Inednico, foi. oquln| ico, m2gn£licn o cleclmépliee, pnr lrxowpiz. ynimieu 0 : uaIqui: roIm. sin pennisn nmru por ascnln del ediwr. El presurno, .aiquuer 0 cunlqxlieroln furma dc cesién de use d: :51: ejemplar iequzriré umbién La numriucian del mum n d: nu rqzrucnlanles. ISBN 970-26081240 lmvrtso In Méxicu. Pnnud in Marina. l234567E90—09080‘70G Prefacio El objcuvo dc esle Libro as pr: scmar lus conceplos, procedrnuenios, dares y récnlcas dc analisis dc dccisiunes neoesarlos para diseflar los elemenzos dc méquinas que se encuenrrau con fr: cuen— cia en lo: disposirivos y sisrernas mecarucos. Los alumnus que lzrmincrr rm curso y usen esie li— bro deben poder rcalinr disefios originales dc clemenlos de méquinas e inregrarlos en un sislema mas complejo. Para csle proceso se requiem Icner en cuenla los requisiros dc funcionamienro dc un com- ponenre individual, y las relacionns enrxe los divcrsos Componenles, cuzndo I1-abnjanjunros lor» mando un sislema. For ejemplo. se debc diseriar un engnne para uansmilir dcrcrminada polencia a delerminadx velocidad. E1 discfio debt apecificar la canlidad dc dicnlcs, su paso, su forma, el ancho de su cam, su diémelxo de pasci, el maLerraJ y el mélodn dc Eralamienlo Kérmjco Pcro lam- blén ese disefio dc engrnne afecla y se vc afeclado por el engmnc vwino, el eje qua sosziene al engrane y el eulomo en que debe runcionaru Adams, :1 eye deb: esuu soporudo por cujirreres, los cuales, a su ve1,Lleben eslar encermdus en una caya. For Ianw, el disefiador debe Iener en meme zodo cl sislema a] aisenar cada uno de lo: elemcnios; cnfoque con el qua se abordan I05 105 problemas de di fro en esle Iexlo. El Libm eslfi dirlgido a quienes SE inlerescn en el drsefio mecanico précLico. S: subraya el uso de malerlales y procesas fécilmenle uscquibles, y mérodos de disefio adecuados pan oblcner un disefiu segum y eficienre, Asumimos quc la persona que leeré esle Libra sm el disefiador: as to es, el responsable dc dererminar la coufiguracién dc una méquina, o pane de ella. Siempre qua sea practice se especlflcarfin rodas In ecuaciones, dalos y pmcedimienms nccesarlos pan elabomr cl discfro. Espernmos que los alumnus que consulleu esle libro lengan conocirninnms basicos sobre esuilica, resistencia de malerixles, élgcbra y uiganamelfla dc ruvel bachilleralo. Serfa iilil, aun— quc no es un mqllisilo, terrer wnocirnjenlas dc cinemauca, mecanismos induslrlales, Llinémica, ciencia dc mareriales y procesos dc manufa£n. rra_ Enue las cualjdadm que sobresalen en csle lrbm emu lassiguienles: 1. Esta pensado para que pueda oonsulrarsc en un primer curso Ll: diseflo de maquinas, a nivel liccncialura. 2. La amplia rsla dc leruas pamrilc que el insrrucrar eucueuue opcioucs pm disehar su curse; el fomraio es adecuado para una secuencia dc dos curses, y como referencia pa— ra curses dc proyecros dc discfia mecanico. 3. Que los alumnus aumenlm sus capacidzdes al desamllar Lamas que no se cubrcn en las aulas, con la venlaja de que us explicaciones de los principles sun direclas. y se in- cluyen ruuchos prublernas modelo. 4. La presenracrén pnicnca del mutcnal conduce u decisiones dc diseflo viables y que pueden uulimrsc en la prficrim 5. El libro propicia cl manejo de hoyas dc calculo (y la deruuesrra con su clnpleo) en ca« sus donde se prcseman problems cuya solucrén cs larga y laburlosa. Con el uso de las hojas de calculo, el diseilador puedc unnur dccisiones y modificar dams en varies punlos dcl problema, mieulms la courpuvnduru rca1izalodosIoscalcu| os. Vea el capr- rule 6, acerca dc las columnas: el 9. sobrc cngmnes reclos; el [2, referent: 2 lo: cjes; :1 I3. solxe ayustes encogid/ as, y el I9, rvfercule a1 diseflo de resanes. Tamblén se puedzn emplear arms progmxnas de czilculo par cumpuladora.
  3. 3. MDES| GN- PROGRA| l_IlA DE D| _SENO MECANICO QUE SE INCLUYE EN ESTE LIBRO ES| GN P relaclo 6. Relerenclas a olros llbros. nermas y arliculos Iécnlcos, los males ayudarl (ml pmfcsar) a presenlar méledes opclenales. o en la profundldad del Iralamlenle de los Iemus 7. l. lSl2S de SIUOS en Irllemcl. relrlclorlados con los Iemas Cle esle lrbro, al final de la ma- yor pane de los capilulns. Muy ullles para consegulr lnforrnaclon 0 dates adlCl0l"l3l8S acerca de Ies produclos comerclales. K. Ademés del énfasis en el dlsefio onginal de elemenlos de mzlqulnas. gran pane de la descripclon se refiere zl elemenles de m,5qLll. Xl3S que se conslguen cemerclalrnenle, ya qua an muches pruyeclos de dlserio se raquiara una ronrnrnacian aprunn de pnrras nua- vas. de dlserlo exclusive, 0 de cemponenres cempmdes. 9. En algunos Iemns, se anloca la alencion an la uyucla al dlsefiador para que saleccrona componenles dlsponlbles an al comercia, coma los redamlenlos, aaoplarniau s flexi- bles, l0rniUOS de bolas, moleres elécmcos. uansroislones per bzlndas, dispos cndena. emoragues y frenes. 10. En los czlculos. y para resolver los pmblemas planreados, se rnaneyan lanro el Sislema Inlemzclonal dc Unidades (SI) Como el sislema lnglés (pulgacl:1—libr2—segIlndoi. Casi an la rnlsma pruperclén La referencia uasica para mnnajnr unidades del 51 se an- cuenlra en la norma lEEFJASTM—Sl-l0 Smmiardfar Use o/ ‘rile ll-uenuzlioruzlSyslem of UIHI5 {SI}: The Modern Metric Syslem, que susriruye las nonnas ASTM E380 y ANSI] IEEE 268-1992. 11. Exlensos apéndices y lablas delallrldus en muches capilulos, para ayudar al laalor a que tome declsiones reales de cllseio, consulrando solo esle Ilbre. El dlsefio cle elemenles de mé/ quinas irnplica, en ferma lnlserenle, procesos exlensos, calculus com- plelos y mucllas decisiones de disefi y deben enconuarse data: an numerosas lablas _- graf- Cas. Ademés, en el caso lipico, el disefio es Iterative y requiem que el dlsefiador pmebe con varias epclenes para delerminaclo alemenzo, y repila los calcules con dares nuevos 0 declslenes nuevas de diseno Esle es especmlmeuie vélido para los cllsposilivos mecérlicos cempleles. los cuales poseen vanes cemponenres cuando se ncnen en cuerlla Ias relaciones enlre ellos Con lrecuencla, los cambios a un componenre roquleren medlficaciones a los elenlenles que enLran an conlacle con al. El usn de programas de compuro para disefio nuaarnian faciJ. lla al pruaasu de dlsefio ya que eyecula muchas de las (areas y deju las principales decislones a la ereauvldad y al juicio del diseriador odel rnganraro. Subrayamos qua los usuarios da programas de cernpulu deben comprender biau los principles del disarm. haciendo lnincapié an al analisis para asegurar qua las decisiolles sa basen an cimianrns finbles. Recomendlunos qua 5610 sa empleen los programas después da dominar delerrninada melodologa del disefio, y de haber esmdiadoy aplicadu DOD cuidarlo las Iécnicas manuala. El libro irlcluye un CD con al progruna de disefie mecarucu MDESIGN. creado por TE- DATA Company Esta Iel-nado del prugarna MDESIGN mac, pruducidu para el mercado : ul'o— pea; la verslon para Blades Umdos emplea namlas y mélodes de dlsefie que se usan de marlera general an Aménca del Nerle. Mucllas de las ayudas Iexruales y procedlmrenlos de disefio se onglnamn en esle libro Los lemas para lo: que se puede emplear el prugnama MDFSIGN come suplemenln lie esle llbre, cemprenden Anéllsls cle esfuerws Deflexiones de vlgas Circule ua Mollr Colurrlnas en vrgas Trasrnlsiones pol’ bundus Transrnlslones per cadeuas Engrnnas reclas Enyarlcs hcliceldales Ejes Cufias l-luslllos Resemzs Roclamienlos Collneles de supcrficie Unlones arorrulludua Tornilles (luus) Embragues Frenns Prslalgio CARACTEFllS- TICAS DE LA CUARTA EDICION lcollos especlales. aornu el de MDESIGN de la pégina anlerior. apareccn al margen, an lugares de esre l. lbro donde se consldera adecundo amplaar al progr uma. (El Manual de solutio- ues, en inglés y solo disponible paru les prolesores que usen esle llbre en clases programadas, couLiene una gula para usar el programu. ) Para Iener acoeso a los apoyos didécnoos de esla obra, conracle a su represenlarlre local rte Pearson Educacicln. En eslz ediclon se conserva y perfeceiona el mélodo préellco para dlsefizlr elemenros da méqui- nas en el conrexle de les disenos mecénlcos compleles. 52 ha acruallzado el lexro con la Inclu- slen de nuevas lologrzfias de componenles de maquinas dispenibles en el comercio, nuevos dares de dlseno pnra algunos elemenros, rI0l'l1'l4’| S recienles o corregldns, nuevas referencras al FI- nal de cada capfrulo, llslas de siuos de Lnzemel y alguuos clemenlos loralnlenre irlécliros La sl- guienle lists resume lns prrinclpales caruclerislicas y acmallmciones 1. Se ha cons/ ervzldo la estruclum del libm, an rres panes, Inrmducida en la Iercera adiclén. - Pana I (capirulos 1-6) 5: enenla a rapasar y aclualllar la cornpransron de las file- soffas dcl dlsefio, per pane del leclor. nsi come los priu pios de la reslslencla de malcriales, las propledades de los maleriales en el dlsefio. los esfuerws combina- des, el dlsefio para djversos rlpos de carga y el anélisls y cliseno de oolumnas - Pane II (capilulos 7-13); am orgarlizado an lomo al concapru del dlsefio de un sis- rema complelo de ll ansmlslen de polencia, y cubre algunos de les elemenles pnncI— pales de méquirlas, como uansrrusronas por barldas, lransrrusiones per cadenas, ejes, cufias, acoplamienros, sellos y rodaznienros Esos Iemas se vmculan encre si pnra subrayar ranlo sus rnlerrelaciones Como sus canacrarlslicas llnlcas. El capinllo IS, Terminacien del djsefin de una Iralnruislen de porlencia, es una guia para la lolm: de decisiones en un disefio delallado, cemo la dlsuibucién general. 105 dllJu- jos de detxlle. las Ioleruncias y los ajusres. - Pana lll (capitules 1522): presenla méloclos de anéllsis y disefio de varies elemen- Ies de maqulna unporranles que no se vleren en el drsefio de una Lransmjsién de po- rencla Eslos cupinrlos se pueden cubrir en cualqurer orden. o bien se pueden uullzar come I1-Ialerial de referencla para proyecros generales de dlseno Aqui se descl-lben engranes rcclea, elemenles de movlrnlenlo lineal. rernillos o suyeladores. rasunas, armawnes cle maqulnas, uuiones alormlladas. uniones soldzldas, molores eléclncos, conuoles. elnbragues y frenes. 2. L15 secciones Panorama, Usled as a disanaaor y Objelivus, inuoducldas an las an. - clones anleriorex, se aqnaman y parraaaianan. Fue muy favorable la oplnlérl enruslasla de lo: leclores, lanlo alumnos coma pmfesores, acerca de eslas caraclerisocas. Ayudan Al lecrer a eslablecer relaclones con base en su prepla expenencla, y a apreclar los co- noclrmenlos qua aqqun-iran al esludiar cad: caplrulo Esle mélodo eslé respaldado por las rannas censu-ucuvislas del apranclrzaja. 3. Algunos de los Iernzs aenuzlizados, en los capfrulos individuales. so msumen como sigue: - En el capilulo 1, se perfeccioné la descripcién del proceso de dlsefio rnaaaniao y sa agregaron lelografias recienles. Se inclnyan sluos dc Inlemet para diseno mccérli- co, miles an capirulos posLerieres. Algunos se rcfleren a organiuclones normalivas. pregramas de anallsis de esfuenns y bases de dalos de censulla sobre una arnplia varledad de produclos y servicles récnrces. I El caplrulu Z, Mater-iules en el disefm mecénico, fue mejorade en torn-la nolab Se Is ugregé informacion sobre fluencia (delorulaclén gradual), hlcrm dliclil aus- Iemplade (lemplado desde bainila, ADL dc ausrempered nucllle mm), lenacldad, energia de Impacle y algunas consideraciones especlales para seleccionar pléslicos. Ademas, se incorporé una secclon relalmenze nueva sobre la selection de male- I-lales. La exlensa Ilsla dc silios de Inlerner perrnile a los lecreres el accese a dares
  4. 4. Prelacin indnslriales snhre, vinunlmenlc. todu upo de material desrrriw an ei capilulu. donfle algunos nspectos se vinculnn a nuevos problemas ptécficos. I E1 capltulo 3, Anfilisis de amen»: y delonnaciones, tiene un agregado donde se tvpasa el anélisis de fuerlas, y se depurnn los ooncepws de los elementos del es- fuerzo, Ios esfnenos nonnales combinados y Ias vigas Cvn momentos de flexion coucentradns. I El capltulo S, Disei'1o pan (listintos Ilpos de urga, se acrualizo y mejaro en for- mal susuncial en los temas de resislcncia a la fatiga. lilosofia de disuio, iactores de dlseiio. prediociones de fallas. Perspective de los enfoques cstxdlslicos en el dise- no. duracion finita y acumulacién de dtulo. Se cambio el mélodc reoomendado de disefio pan fangn: del Criteria de Sodzrberg al Miroda dz Gaodman. Se agrego el Métada dc Mohr modi/ icadv pm miembros lahricados con ninteriales frigiles. I En el capitulo 7 se agregamn Ins trensmisiones por bandas sincronas, y se incluye- ron nuevos dams de potencias nominales por cadenas. I El capilnlo 9, Disefio de tngnnes reclos. se mejoro con la incorporacion de nuevns fotogxaflas de rtnquinaria pan ulludo de engmnes, rectentes nortnas de la AGMA pan calidzd de engmnes, detailndas descripciones de la medicion funcional de la calidad del enynne. minuciosa descripcion del factor I para resistencia a la picadu- ra, mi: infonmcion sobre lubricacion de engmnes y una seccion anmenuada sobre engmnes de plésticos. I E} Clplllllo 1 1, tnueslra inforntacidn actuallzada sobre cubos sin cufias, en las unio- nes de los dpos tuugreaer° y poligonal pm eje. asicomo some lajuulx universal Camay"‘u La exlensa lista de sitios de Intemet pmporciona acceso a dams pm cu- nas. acoplamientos, juntas universales y sellos. I Al capluilo 12. Diseilo de ejm. se Ie aitadio informacifin sobre la: velocidndes cn’- ucas, otras considcraciones dinamicls y ejes HCXIHCS. I Al capitulo 16, Cojineles dz superfide planz, se le agrego una seccion totahuen te nuevx ‘Tribologia: Friccion. lubrication y desgaste". Se pmporcionan més daros sabre fatlares pV pan cojinetes lubncados en oonlomo. I Se ha conservndo el caplmlo l7, Elunenlos can mvvimienlo lineal, el cual com- prende uspecws sobre los husillos (tomillos matrices), lomillos de bolas y acruado- res linules. I Enne las mejons 11 capimlo 18. Slueladures, esmn la resistencia de las roscas al conante, lvs componentfi del par torsional aplicado a un tomillo y los metodos de apriete de wrnillos. Recanoclmlentos Exliendo mi aprecio a quienes me hicieron Iitiles sugerencins para mejom este lihm. Agndaco al personal ediloriztl dc Prentice Hall Publishing Company. a quienes proporcionamn las ilustn- clones y a los muchos leclones del libm, unto pmfesares coma alumnos, con quiettes he letiido inlercamhio dc ideas. Mi aprecio especial a mis pares de la Universidad de Dayton, prulesores David Mys7.ka. Iames Pennxl, Joseph Untener. Philip Doepker y Robert Wolff. También agre- dezco a quicnes hicieron las exhaustive: revisiones de la ediclon anterior: Marian Ennseh, del Hudson Valley Community College; Ismail Fidan, de la Tennessee Tech University‘, Paul UnangsL de la Milwaukee School of Engineering; Richard Alexander, de In Texas A & M Uni- versity y a Gary Qi, de The University of Memphis. Agmdezco en especial a mis alumnus. an- teriotes y actuales. pot sn entnsiesmo y renoalimemaeion positiva sabre este libto. Robert 1. Matt Contenido PAHTE I Principles de disefia y anélisis de esluarzos 1 1 La naluraleza del disefio mecénico 2 Panorama 3 Usted es el diseiiadur 9 1-1 Objelivos de este capitulo 9 1-2 El process del dtseiio mccéniro 9 1-3 Conocimienlos necesarios en el diseflo mecénico ll 1-4 Fttnciones. requisites de diseito y ctitenos de evaluacién 1 1 1-5 Ejemplo de 12 rntegxacton de Ios elementos de méquina en uu diseno rnndnico 14 1-6 Ayudns de compute en este ljbro 17 1-7 Célculos de disetio 17 1-8 Tnnianos bfisicos prefer-idos, roscas de lomillos y perfiles estandar 18 1-9 Sistemas dc unidldcs 24 1-10 Diferencia entre peso, fuenny masa 26 Rerertmrias 27 Sirius de Internet 27 Pmhlemas 18 2 Maleriales en el disefio mecénioo 29 Panurama 30 Usted 6 el dbefiador 31 2-1 Objetivos de :51: capitulo 32 2-2 Prnpiodades de lns maleriales 32 2-3 Clasificacidn de mevales y aleaciones 44 2-4 Variabtlidad de los dmos sabre propiedades de los mnteriales 45 L5 Acero al carbon y aleado 46 L6 Condiciones pm aoems y tralamtenlo ténnico 49 2-7 Aceros inoxidables 5] 2-8 Acem eslmcmral 54 2-9 2-10 1-11 2-11 2-13 2-14 2-15 2-16 1-17 2-18 2-19 Aoeros pan hermmienlas S4 Hierro colado 54 Metales pulverizadors 56 Alllimnio 57 Aleacinnes dc zinc 59 Titanic 60 Cobre, lalon y bmnce so Aleaciones 2 base de niquel 61 Plosliuos 61 Maleriales cornpuestos 65 Selection dc matenales 77 Relerencias 78 Sirius de Internet 79 Pmhlemu 80 3 Anélisis da esluerzos y delormaciones 83 Panorama B4 Usled es el disefizdor 85 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3-12 3-13 3-14 Objetivos de esle caplmlo 39 Filosofia de un discito seguro 89 Representxcion dc esfuerws en un elemento de csfucnos 89 Esfuerzos diteclos: tension y compresion 90 Defonuacion bajo unx carga axial direcla 92 Esfueno conante dime to 9'2 Reluion entre par de torsion. potencia y velocidad de giro 94 Esfuerw oorlmlclolsiolul 95 Delormacionpormrsion 97 Torsion en miembros con scccion tmnsversal no circular 98 Torsion en tubos cemdos de pared delgada I00 Tubes nbicrlos y cumparaciou con los rubos cenados 100 Esrueno conanie vertical 102 Formulas especizles de eslueno corunte I04 vii
  5. 5. 3-15 3-16 3-17 3-18 3-19 3-20 3-21 3-22 Esfueno debtdo a Tlexton 105 Centre de flexton para vtgas I07 Deflexloues en vigas 103 Ecuzclones para la furma de la vlga flextonada I10 Vlgas con inomcntos de flexion concenrrados 112 Esfnerms normals: comblnados pnnclpln de superposition 117 Cuncenuaciones de cslueizos 119 Sensibilidad a 13 muesczt y factor dc reduccién dc rnstslencta 1'22 Referencias 123 Sinus de Internet 123 Pmblemas 123 4 Esluerzos combinados y el circulo de Mom 135 Panorama 136 Usledueldisefiador 136 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 Ohyeuvos de este capitulo 138 Casu general de esruerzus combtnados 138 E1 circulo dc Mohr 145 Problems: practices para e1 circulo de Mohr 151 Un caso cuando amhos esfuenos pnncipales ttenen cl mtsmo stgno 155 121 circulu dc Muhr para conunciones especiales dz esfuenos 158 Anfiltsts de condtciones complejas dc carga 161 Referencias 162 Sitins de Internet 162 Problems: 162 5 Dtsefio para distinios Ilpos de carga 163 Panorama 164 Usledeseldisefiadnr 166 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 otneuves de csle capitulo 166 ‘mm dc carga y relacién ate esfuerzos 166 Restsleuciaz la fatiga 172 Restslenctn :1 1:1 fariga real escimada, 3,’, 173 Prulvlcmas ejcmplo para esnmer Ia resislencia 2 la fattga real 181 Filosofia de discfio 132 C0l’Il8FI1d0 5-7 Faclorcs de disefio 185 5-8 Predicciones de falla 186 5-9 Mérodos dc anfllists de disefios 193 5-10 Procedimienlo general de dtseno 197 5-11 Ejemplos de ctiseno 200 5-12 Métodos estadisncos para el diseno 213 5-13 Vida firula y mérodo de acumulacion de dishes 214 Relerencias 218 Pmblemns 219 6 Columnas 229 Panorama 230 Usted es el diseilador 231 6-1 Objelivus de este capirulu 231 6-2 Propiadades de 12 seccion Lransvcrsal de una columna 232 6-3 rrjectonaeunexuemuytongiruuerecuve 232 5-4 Relaciéndeesbcllez 234 $5 Relaciondeesbellezdelzansiciétt 234 so A11Ala5isdecolumr1aslargas‘1aforrnu1:tdeEu1cr :15 6-7 Anéltsts de columnas cones 12 formula del E Johnson 239 6-8 Hoja dc colculo para anéltsts de columns 241 6-9 Formas efictentes de seccton lransvcrsal de columnas 244 6-10 Disefio decolumnas 245 6-11 Columnaslorcidas 250 6-12 Culumnas concarga excénrrica 251 Reierencias Z57 Pmhlcmas 257 PARTE II Disefio de una transmisién mecénica 261 7 Transmisiones por bandas y por cadenas 264 Panorama Z65 Usled PS el dixefiador 267 7-1 Obyerivos de esle capirulo 267 7.2 Tipos dc transrrusiones poi bandas 268 7-3 Trensuustoue: poi betndas eu v 259 Conlentdo 7-4 7-5 7-6 Dtsefio de cransnustones per bandas en V 272 Tratnsrrustunes por cadenas 283 Drsefio de 1nnsmts1ones de cadenas 235 Relerencias 296 Sitios de Internet 298 Prohlernas 298 B Cinemética de los engranes 300 Panorama 301 Uslecleseldiseftndor 305 8-1 8-2 8-3 8-4 8-5 8-6 8-7 8-8 8-9 3-11] 8-11 3-12 8-13 Objenvos de esle capltulo 306 Estilosdeengranesreclos 306 Gcomeuria dc Ius engranes rectos (orma involuta del diente 307 Nomeuclalurd y ptoptedades del diente de engrancs recios 308 Interferencta enrre dtentes de engranes rectos 320 Relactén de velocidades y Lrenesde engmnes 322 Ge-umetria dc I05 engranes helicoidales 379 G: ometn’a de Ios engranes conicos 333 Tlpos de engranes de tomillo sinfin 339 Geumema del tomillo y engrane sinfin 341 Geumcrna Lipicz de los C0l1_]lln10$ de sinfin y corona 344 Valor de treu para trenes de elIgTan2jeS complains 347 Propastcton de uenes de engranajes 350 Relerenciss 357 Sltios de Internet 357 Pmhlemas 358 79 Disefio de engranes rectos 363 Panorama 364 Usted es el disefiador 365 9-1 9-2 9-3 9-4 9-5 9-6 9-7 9-8 9-9 ODJCUVOS de este capinnlo 365 Conccplos de los capirulos anleriores 366 Fuenas. par torsional y potencia en engnnes 367 . /lanulactura de engranes 370 Caltdad de engranes 372 Ntimems de esfueno adrntsiblu 378 Malenales de los engrancs memttcos 379 Esfuenris en los dicnles de engranes 385 Selection del matenal del engrane con base en :1 esfuei-Lo flexionanle 394 ix 9-10 Resislcncia a la picadum dc lus dtenles de engranes 399 9-11 Selcccién del malaria] del engrane Con base en el esfueno de contacto 402 9-12 Disefio de engranes rectos 407 9-13 Dis no dc cngranes Con el sislcmu dc modulo mé cu 413 9-14 Diseno y analtsis de engranes recto: asisudo por compumdorz 415 9-15 Uso de la non dc calculo para :1 cuseuo de engranes reclos 419 9.15 Capacidad de transmision de potencia 422 9-17 Consideraciunes prrnnun para cngralies y su interiase con otms elementos 430 9.13 Engranes dc pléslico 434 Relerencias 442 Slfiosrlelnlernel 443 Problemas 444 710 Engranes helicoidales, conicos y de tornillo sinfin y corona 449 Panorama 450 Usted es el disefiador 452 10-1 Objetivos de esxe capilulo 452 102 Fuirus sobre Ins dianlrs de enmnm heliwtdalas 452 10-3 Esfueans en lm dtenus dz cnyanes helicoidales 455 10-4 Resistencia 2 la ptcadura de los dienlcs dc engranes helicoidales 459 10-5 Diszfio de engranas helicotdales 460 111-5 Fuenas en los eugr. -Jnes conicos reclos 4e3 111-7 Cargas sobre los cojtneles dc eyes en engranes conicos 455 10-8 Momcntos flexionantes en ejn dc cngnines Cénicos 470 lfl-9 Esluerzos en Ins dientes de engmnes cénjcus rectos 470 10-10 Disefio dc engmnes conicos por resislencia . -1 la picadura 473 10-11 Fuer£as.1nccion y eficlencta en conjunlos de tnm111u sirLfI'n y corona 475 10-12 Esfuerws en los dienles de lormllos sinfines y corona: 481 10-13 Durabiltdzd de la superficie en Lransrnisiunes dc tnmillo stnlin y corona 482 Referencias 488 Sitios de lnlemel 489 Problernns 489
  6. 6. X J11 Panorama 492 Usted sel disefindor 493 11-1 Objerivos dc esle Capflula 493 11-2 Cufias 494 11-3 Maleriales [JIII las cuias 498 11-4 Anéhsis dc esfuerzos para delen-mnax la longnud de las cuflas 499 11-5 EsIn'as 503 1145 ouos mélados pan fijar elemenlos en los zjes 508 11-7 Acaplamielllos 513 11-8 Junta; universales 516 11-9 A1-1i| los dc mention y 01:05 mélodas dc localizanidn axial 518 11-10 '1'1pos de 521105 521 11-11 Malennles dc Ias 55110: 525 Referendas 526 Sitius de Internet 527 Problemas 528 Cufias. acoplamienlos y s"e| Ios 491 1 G12 Disefio de ejes 530 Panonunx 531 Usted es :1 diseiador 532 12-1 Objelivus dc cs1: cap1'1ulo 532 12,2 Procedixlnenlo pm disefiar ejes 532 12-3 Fuerus que ejercen lo: elemznlos dc mfiqumas some los ejcs 535 12-4 Co11oenu'ac1o11es dc esfuerws en Ios ejes 540 12-5 Esfnexzos dc dxscfio paxa cjes 543 12-6 Ejes 5610 somelidos I flzxién y a torsién 546 12-7 Ejemplo dc diseflo dc un ej: 548 12-8 Tamzflos bésicos recomendados para 105 cjes 552 12.9 Ejamplus adicionales dc diseflo 553 12-10 Hoja dc célculo auxjliax en el dmfio dc cjes 561 12-11 Rigjdn del eje y cons1dera4:ione5 dinA. m.icas 562 1212 Ejcs flexibles S63 Relerencias 564 Sirius de lnlemel 564 Pmhlemas 565 13 Contenido . Tolerancias y ajusles S75 Pannranm 576 Ustndseldisefiador 577 13-1 13-2 134! 134 13-5 13-6 13-7 13-8 13.9 13-10 Ohjenvos dc esw capflulo 577 Facmrts que afccum las role: -anc1as y los ajnsles 578 Tole1-ancimprrxxsos dc pmducrridn y 005105 575 Tnmniuos bésicos preferidos 581 Ajusles dc holgun 581 Ajusles dc ‘1n1erl‘er1cncia 585 Ajusles dc 11-ansicién 586 Esfuerws en ajusles farzados 537 Mélodos generals: pm zsignax xolerancias 591 Diseno dc pmduclo mbusm 59'}: Referencins 594 Sitios de Internet 594 Problemm 595 14 Cojinetes con oonvacto de rodadura 597 Panorama 598 Usted es el disefindor 599 14-1 14-2 14-3 14-4 14-5 14-6 14-7 14-8 14-9 14-10 14-11 14-12 14-13 14-14 14-15 Objerivos de :51: capimlo 600 ‘rpm dc cojineuas 1:011 conlaclo dc rodadura 600 Rodan11e111os dz empuje 604 Rudnnuenlos momados 604 Malzriales de los rodamienlos 606 Relacién enrna carga y dumcién 606 Dams de los fabricanles dc mdamienlos 606 Dumcién dc discfio 611 Seleocilm de rodamienlos' sélo caxgas mdiales 613 Seleccién dc rodamienms: cargas mdiales y de empuje. combinadas 614 Mon1ajedelosmdan1ien1os 616 Rodamienms de mdillos cénicos 618 Consideraciones practice: en la aplicacién de los mdamienlos 621 lmpanancia del espcsor de la pelicula de sun: en los rodamiemos 624 Célculo :1: 1a duracién bajo cargas variables 625 Rerenencias 627 Silios A1: Internet 627 Pmhlellus 628 Contenido 15 Terminacién del disefio de una lransmisién de potencia 630 Pnnurama 631 15-1 Objedvos de esle capflulo 631 15-2 Descripcién de la transmisién dc pmencia 11 disefial 631 15-3 Allemativns de discfio y seleccién del mélodo dc dlsefm 633 154 Opcioncsdediscfiopamelleducllxdcerlgancs 635 15-5 1>mpos1c15u general y deulles dc disefio del reduclor 635 15-6 Delalles finalcs dc d1se1'1o para los zjes 652 15-7 Dibujo 11:1 conjumo 655 Relenncias 657 Silios do lnhernel 657 PARTE III Detalles de dlsefio y otros elementos de méqulnas 659 16 Cojinetes de superficie plana 660 Pnnonma 661 Usted s :1 dkeiador 663 16-1 Ohjerivos dc :51: cap(n1lo 663 16-1 La (area de discfiax 1111 cojinue 663 115-: El paxirnecro pn/ p del cojinete 665 164 Mnleriales para co1'n1e1es 666 16-5 Diseno dc cojmues con lubn'c2u: ‘16n 668 16-6 Cojineles eon lubricacién hidrodinfinmm dc pelicula complcla 574 16-7 Disefio :1; cofineles 1:011 lubricacién hidrodinérmca do pelfcnla complela 575 16-8 Consideraciones p1-mica: para los cojineles dc supcrficie plan: 682 159 Cojxneleshidxoslmicos 683 16-10 TribologfazF1-ioci611.lub1'icac161:1yv.1e5gas1e 637 Rflerencins 691 Sitiasdelmerrlet 692 Pmhlemu 693 17 Elementos con movimienlo lineal 694 Panoramu 695 Usled 5 I1 dkeiadnr 693 17-1 Ohjczjvos de :51: capflulo 698 17-2 Tomillos dc polencia 699 17-3 Tomillos dc bolas 704 17-4 Consldemciunns dc aplicacion para tomillos dc po1encia y Iomillos dc bolas 707 Referencias 709 Silios de lnlemel 709 Pmblemns 709 18 Sujeladores 711 Panornnm 712 Usted es el diseiindor 713 18-1 Objeuvos de :51: capimlo 714 18-2 Malenales para pcmos y sus nsiszencias 714 18-3 Designacxouas dc mscas y ima dc esfucrw 717 111-4 Caxga 11¢ sujccién y apriclc de 15.; uuiones a1om1l1anas 719 18-5 F| lE1'l. «I aplicadn cx1e11wnen1: sobre una umbn alomiuada 722 13-6 Resislencia al manque dc rosca 723 18-7 Otros lipos dc sujmadorts y nccesorios 724 12141 Ouos mélodos dc sujociéu y 1mi611 725 Referencias 727 Silios de Inlenlcl 727 Problems 728 19 Resones 729 Panorama 731) Uslad sel diseiiador 731 19-1 Objefivos dc es1e capilulo 732 19-2 Tipos dc resonas 732 19-3 Rescues Ilehcoidales da complcsién 735 19-4 E&f. IcFl0S y deflexiones en resones llelicoidxles dc compresién 744 19-5 Anfilisis de las caxaclerisncas de los rewms 746 19-6 Disefio dc 1-csoms helimidalcs dc mmpresién 749 19-7 Rescues do exwnsxén 757 19-8 Resones helicoidales dc mrsién 762 19-9 Pcrfeocionamienm dz los msones medianle remachado pox munjcion 769 19-10 Fahricaciéu de lcsorles 770 Rderencias 770 Silimdelnlzrncl 770 Problelnas 771
  7. 7. xii 20 Bastidores de méquma, conex1or1es alornilladas y uniones sohdadas 773 Panorama 774 Usted es el disefiador 775 211-1 Objeuvos de esre capilulo 77: 20.2 Baslidores y mrucmra; de méqurnas 775 20.3 1un1as aromilladas y con cargas cxcénrricas 780 20-4 Umones soldadns 783 Referencizs 792 Silios rle Internet 792 Pmblelnas 793 21 Motores eléctricos y comroles 795 Panorama 796 Usledeseldisefiadur 797 21.1 Objc1ivo5dees1ecap1‘1111o 797 21.2 Facwrcs de seleccién de morores 7911 21-3 Encrgia de cor-rienlc al1ema e infonrmcrén gcneral sabre matures dc CA 799 21.4 Pnncipios dc operacrfin 116 I135 momres dc ir1ducc1611 para CA 300 21-5 Fu11c1onam1en1o del r11o1or de CA 302 21-6 Mo1ores1r1fésicos dc 1nducc1on, deJau1.-1 de ardrlla 803 21-7 Mororesmonofésicos 806 21-8 mas de armazones y cajas para morores deCA 303 21-9 Conlroles para melon’: dc CA 8|l 21-1|] Cmrienre d1r: c1a 820 21-11 Molores dc currienle directs 821 21-12 Comrul dc motmes dc curricula d'1rcc1a 824 21.13 011175 Lipos de motores 824 Referencias 826 Sirius dc Lnlernet 827 Problemas S27 22 Embraguesyfrenos 830 Panorama 831 Usledeszldiseiuador 333 22.1 ()hje1ivosdees1ccap1'm1o 833 22.2 Descnpcinnesdelosembraguesylosfxenos 333 22-3 22-4 22-5 22-6 22-7 22-8 21-9 E10 22-11 22-12 22-13 22-14 22-15 22-16 Contenido T1pos de embragues y frenos de Enccién 1135 ‘ Pflrémelros dc funciunamieulo 840 T1e1npo necesaric pan acelernr una carga 841 lnercia de un srsremn cn fimcién de la vdocidad del eje del cmbrague 344 lncrcia clecnva dc cuerpos en movimienm lines] 845 Absorcion 11¢ ene1gia: necesidades dc disipac ion :1: calm 846 ’l'1empo dc 1esp11es1.': 1147 Maleriales de friocién y coeficienlm de fnacidn 849 Embraguc 0 frenn de placa 851 Frcnos de disco cnhbrador E54 Emhrague n freno de cnno 854 Frenos de 1ambor 855 Frenos de banda E60 01xc1s11pos dc embmgues y frenos 862 Referencias S64 Siliosdelnlernel 864 Problemas 865 23 Proyectos de disefio 867 23-1 Objeuvos de este capitulo 158 23.2 Proycclos de disefio 353 Apéndices A-1 Apéndice I Propiedadcs de las {areas A-1 Apéndice 2 Tamafios y roscas bésicos prcfendos de tom1|los A-3 Apéndice 3 Pmpiedades de disefro para los accros a] carbon y alcados A-6 Apéndice 4 Pmpiedadcs de 1175 nceros con rraramienro tén-mcu A-8 Apéndice 5 Propiedades de los atems cemenlados A-11 Apéndice 6 Pmpiedades de los aceros inoxidables A-12 Apéndice 7 Propicdades dc Ins acercs esrructumles A- 13 Apéndice 8 Proplcdades de drsefio para cl hierro colado A-14 Apéndice 9 Propiedades Iipxcas del aluminio A-15 Apéndice 10 Propiedades Lipicas dz las aleaciones dc z1r1c colado A-16 Cunlenido Apéndice 11 Apéndice 12 Apéndice 13 Apéndice 14 Apéndice 15 Apéndice 16 Propmdades dc ias aleacmnes de Lrranio A-16 Pmpwdades de los bronces A-17 Propmdades Lfpicas de algunos plésncosseleccionados A-17 F6m1u1as pm deflexién de vigas A-1s Facrores dc cunCen1:rac16n de esfucnos A-27 Perfiles eslructuraln dc accro A-3| xiii Apéndice 17 Ferfilcs estructurales dc alurn1n1o A-37 Apé11d. ice18 Faclores de con-xersufin A-39 Apéndice 19 Tabla de conversron de durczas A-10 Apéndice 20 Factor de geomexria Ipara picadura en engranes recto A-41 Flespuestas a problemas seleccionados F1-44 indice I-1
  8. 8. OBJETIVOS Y CONTENIDO DE LA PARTE I RARTEI Principios de disefio y anélisis de esfuerzos Cuando tennine de esludiar los seis primems capitulos de me lihm cnmptendefl las filo snfias dz disefio y aplicaré los principios dc tesistencia de matexiaks, ciencia de materia» les y pmcesns de mannfaclura. que ya habfa aprendido antes. Ia desrreza ndquirida an ac: capftulns le seri Iitil an Iodu el lihro. y en proyectos dc diseflo geucnl dc mfiquinas u ale pnxluctos. Capitulo 1: L1 nntnnleu del disefio mednlm le ayudn 1 comptendcx cl gran pn— nnnma del pmccsu dc diseflo mecénioc. Se presentan varies ejemplos dc distlntos salons do In industria: productos al consumidon sistcmas de mannfacmll flqhipo deumstnxaidn. equips agxtoola, equipo d. e tmnsponc, barcos y sislcnus cspncilles, Se duaibat lns resporr sabilidades de los disefiadmes, junln con un ejemplo de la namnleu itaativndel pwccsnde diseflc. El capfitulo so completa con unidndes y conversions. Cnpitulo 2: Mm: -ides en el disefio mciuico snlnyan In pt-opicdmdcs dz: disefiode los materlxles. Es probable que gran pane de estc caplmlc sea un Irpaso pan usted. pen) 5: presents par: subrayur la imponancia dc seleocionar los matzriales en el pmcem dc dlsefio. y paxa explicar los datos dc maleriales ptcsenudns en IDS apéndices. Capltulo 3: Anillsls de sfuerzos y defnnnadonu involncn un Iepaso :1: lo: pn'n— cipios bésicns del anélisis do esfuerms y deformaciones. I-3 esencial que ustnd oomprenda lo: cunceptos bisicos que aqui se xessunen antes de continua: con el siguientn Inalerinl. S: mpasut Ios esfuerzos de lensidn y complesifin directos. y los csfuenus oonanncs. esfuazos dc flexién y esfnerzos dc oorlanle par torsién. Cnpitulo 4: Esfuerws cnmlxinndos y el circulo dc Mahr. cs impoflanlz pmqu: mtlclms pmblemas genemles de disefio y el disefic dc elxmnntos dc méqnum, que 5: expli- Carin en capimlos postetinm, implican esluerws comhinados. Pucdc set que el lectrx luyn aprendido ems lemas an Iln ctlno dc resistencin dc materinlex Capfiulo 5: Disefm pan dislilnos dpos dz urga: es una descripciovt pmftmd: de los fnctnm de disefio. Ia fatiga y muchos de los delnllcs del anflisis de esfucrws. ul sumo 3: nmnejan en es: libuo. Capltulo 6: Columns describe los miembnx largns, esbeltns. con carga axial. que lienden mix. a (nun: par pandeo que por nebasar los eshxenos de fltiencia. fllfimo o comma del material. Aqut se ncpasan métodos cspecinles dc diszilo y nnélisis.
  9. 9. Panorama Usted es el dtsefiador 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9 1-10 Objeuvos dc esl: capitulo El process del disefto tnecénioo Cortoctmtentos necesanns en :1 tiisefiu mecénicn Fttnciones, requisites de dtsefic y crttenos de evaluacién Eyemplo de la tnlegmcién d: Ins elcmzlllos d: mrqutua en un dtsetio mecatucu Ayudas d: cémpulo en ute Libra Célculos dc disefio Tamafios béstcus ptefetidos, ruscas de tomillos y perfiles est-tindar Ststemas d: unidades Diferencia entre peso, lu: t-La y mnsa Panorama La naturaleza del disefio mecénico Mapa de dlscusiért Cl Para disefiar oamponantes y Descubrl aparalos mecér-icoi el Iector Ahora pisn'se en Ios mutttptes aampos dunde puede debe sercompetartte en et _, ,,y, -C, ,5yd, -59,-,0 mesa-, ,,-m. disefto de los elamentos indwtduales que ton-nan at sistema. ¢'Cua'/ es son algtmos de tos pmduclas de esos Campos’! 501.15’ class de maleriates se usart en Ios promotes" 4'Cua'Ies son a/ gunas de la: prapisdades tinicas de Ios D Pam también debs podar p, odw, o5? integmr vanes componantes y , ' I com ? l Bqmpos 9" W smema gcdrno se Iabncarun as panerttes 4C6mo se ensarnblarart Ias ptezas de /05 produL1a57 ooordinado y mbusto qua sausfagg .35 necestdades 49 Imagine que se Irala de pmductas at consumidor, aqutpo Sr, ¢| .e, .t. ,_ as mnstruoeion, maquinzria agr/ oala, sistemas de manursctuta y stslema de transpartes an lterra, ave, en 9/ — espacfa y bajo el agua. En ssle libto, ertconttata‘ Ins mélodos de aprendizaje bésioo de Disefia de elemenlos do maquinas. El disefio de elementos de mfiquinas es part: trttegnl del mas extenso y geuetal cnmpo del disefio fieaénico. Los disefiadores y Ins ingeniems de discfia crean aparatos 0 sistemas que sntisfagan ttscestumes especfficas. En :1 cast) tipico, los Ipmlos mecénicos comprenden plans moviles que transtttlten potettcia y ejecttun pautas especificas d: movimiento, has ststemas mecénicos esléu formados por varios apamtcs mecanicos. For lo antenor, para djseftar contpcnentes y apzratos flI$§fliCOS‘ :1 lector deb: ser com- potent: en el dlscfio d: los elemenlos tndtvtduales qu: ccmponen e1 ststema. Pet-c uambién de- be poder mlegrar varies cutnponentes y equipos en un sisterna coordinado y que sansfztga las necesidades de su client: De est: logic: viene : l numbre d: est: llbro, Diufia dc uententos d: mfiquinas. . Imagine los nutnerosos Campos en los que 5: piled: uszr el discfln mecfinico. Platiqtt: so- he ellos con su pmfes/ or y con sus oompaftcros cl: estudtos lulercambi: oplnlones con pclsonas que trabajen con dtseitos mecénicos en las trtduslrias cercanas, St es pdslble. intent: visitar sus empresas c retinas: con disefisdores e mgettleros dc disefio en eventos d: socicdades prolestrr nales. Consider: los stguientes campus dottde 5: disefian y labrican los pruductus mecanicos. l‘. Pmductas nl can. mmt'dar: Elecu-odomésticus (abtelatas, procesadores d: allmentos, licuadoras, tostadotes, asptradoras, lavadorns de ropa). podadoras d: pasta, stems d: cadena, herramienms motoriudas, zbrepuertns de cochera, sistemas dc ncondtci0na- rnienm d: aire y mttchos orros mfis. Vex las figutas l-l y l-2 con algunos ejemplos de los pmdttclos que 9: constguen en el cumetctu l‘. Sislggdz manufncnun: Apmzos de manejo de tnaleriales, n-ansportadoras, gnias. aparatos darinsfemncia. robots indttstriales, méqttinns-hen-ztt-nt': ntas, sistemas auto- maticas d: ettsamutado, sistemas d: procesamienlo especiales, Carlos esttbadcres y equipo d: empaque. Vea las figuras I-3, 1-4 y 1-5 I‘. egutpo pgtgjq canstrucciéns Tmclores con cargador [rental 0 con escanador. guns moviles. volteadoras d: tierra. tenaplsnadoms, camiunes de volteo, asfaltadoras, mez- clndoras de concrete, martillos motori1ados, comptesoms y mttchos més, Vea Ins figu- rus l-5 y 1-6‘
  10. 10. 4 Capitulo 1 I La natutaleza del disefto meoanioo La naturaleza del dissfic mecéniou 5 FIGURA l-l Stern de banda accionada I. con llll taladro [Cortesla de Black a Decker - (U s ) Inc 1 > Ll) Siem dz bllldfi dt band‘ can B'°q""° _ -7 -. J‘_-. -34 Turmnnelgjzdlerlsufigztllzs «J lttsulactatt del tmtsporudnrd: metre dnttrte se ntttestn : | ststerm ct: auciou-miento yelrzmpc delas rostsmrurtue “"‘ "‘3”°"' 1‘ °'“°"‘ ¢¢ Iztliu nut :14 ntyutes l‘)P'Ie1.Ii dz llll l. ahd. m Itunual FIGURA 1-2 Sierra de cadetta (Copynght tvtcotttoctr Corporation. Los Angeles, CA) I7) Sistemu dz cadet}: y mute. I) uemte an sistettu de Iociunlmienlo soportzdos sutre una vigil y su zsuuctttn FIGURA 1-3 Ststema de rransportador d: cadena (Rtcltards-Wtlcox, lnc. , Aurora. IL)
  11. 11. Capitulo 1 I La rtatutaleza del disefto mecértico 0) Mflqutna de rrtsrimhte Iutontittcc con tabla drvism bi Momntsmn do acctoitlriucnln del divisor FIGURA 1-4 Maqutnana para ensambiadn automattco de componentes automotrices (Industrial Motion Control. LLC. Wheeling, IL) FIGURA 1-5 Gnia industrial (Air Technical Industries, Mentor. OH) FIGURA 1-6 Tractor can cargador frontal (Case IH, Racine. WI) a La naluraleza del disefio mecénico 7 FIGURA 1-7 Tractor 11.rrasLrando un implemento (Car: 111, Racine. WI) : —:: :—_ FIGURA 1-8 Cort: de un tractor (Case U-l, Racine. WI) 1 ‘ I Equipa Agricola: Tractorm, cosechadoras (de mai'1, trigo, tornates, algodott, fmtas y mttchos onus cultivos), mstrtttrrs, empacadoras. arndos. amdos de disco. culfivadoms y mtnsporladoies. Vea las figums 1.5, 1.7 y is - Equipa dz rrtmsparre: .2) Atilon-téviles, camiones y nnobuses, ensamblados can cirru- tos de aparatos mecanicos, como componentes de suspension (resortes. amort. iguado- res y pastes): cetraduras de puertss y ventanus, limpiadores dc parabt-isas, sis1emas de dir= ccio'iI, seguros y bisagras dc cofre y czjne1a- islemas de embragu: y de frenos, transmisiones; ejes de impulsion; ajusladores de astento y muchos onus componetttes de los sistemas de motor. b) Aviones. qu: tienen tren de aletriujc ren-. Sct: t1.accionami: n- tos dc alcroncs y iimon. dispositivos de manejo de carga. rnecantsmos de reclinacion dc asienlos, docenas de tnucttes. compnnenles estructuraies y cerraduras d: pucrlas. Vea las figuras 19 y 1.11). I Barres: Montacargas para izar : l ancla. gnins para carga. antenas gtratonas de radar. Lien del limdn de diiecciéii, engraucs y ejes del tren de impulsion. y los numerosos sen- sores y controles para operar los sistemas a bordo I Sikirntiu espacinles: Sistemas satelitales. cl uansbordaiior espacial. la estacion aspa- cial y sistemas do lanumiento; todos ellos contjenen nutnerosos sistemas mecanicos. como aparatos para dcsplegar antenas, irabas, sistemns de almque, brazos roboncos. disposi '05 de control de vibra1:i6n. disposiuvos para asegum la carga. postcionadores pan instruntentos, actuadures pan los impulsoies y ststetnas dc propulsion. LCIIEJIIOS ejetnplos dc aparatos y sistemas mectiuicos se pueden agregar a esta Iista‘? gcufiles son algunas de Ins operaciones exclusivas de los productos en estos campos? ; Qu6 clase de mecanismos cotnprenden? ; Qu: clise de materiaizs se usnn en los prodtictos? , ;C6nio se fabricaron los componentes? , ;C6mo se annamn las pious para format los pmductos ierinit1ados7 En est: libro encontrari los medias para aprendcr los pr-inctpros rte Dtxefto dc elements: dz nuiqui'rm. r. En la itttroduocion de cada capitulo se presenta un breve esoenario llamado Uried es el dimrador. El propésilo de esos esceiiarios es esltmttlar su razonamiento acerca del mate- rial que se presente er. e1 capittilo, y mostrrircjemplos dc casos reales dond: lo puede aplicar.
  12. 12. 3 Capftmo 1 I La naturaleza dai disefin mecénicu a) Fomznfia del m¢wU'S"‘° "'3'-'1““° bl Mecanixrrm xrnpulsar de 1. puuu de la rabma FIGURA 1-9 Mecanismo impulsorde cenaduxa de un avién (The Boeing company. Sean1e, WA) FIGURA l-10 Conjumo del Hell de aremuje de un avién (The Boeing Company, Seattle. WA) Seccion 1-2 I El process del dwsefin mecénico Usted es el disefiador Ahora considers que usled es el disefiador responsame de un produmo nuevo a re venla, coma Va sierra de cinla para un lafler en el rrogar, tat como se mueslra en la fi— gura 1-1. Loue tjpo de preparacion lécnica necesrtaria para campletar sl disefin? ;Qué pasos segurrla’? ¢Oue‘ irflormacién necesilan'a’* ¢Cdrnu demoslrarla, con calcu- los. que el disefio es seguro y que el produclo efecutaré Ia luncidn que se espera’7 Las respuestas generates a eslas pregunlas se pre- senlaran en esle capitulo. Cuando [ermine de estudiar esra Irbro, aprenderé muchas técnicas de disefio que Ie ayudarén a disefiar una gran variedad de elemenlos de rnaquina, y al incarporarlos en urn svslema mecénrcu, pa- ra considerar las relacmnes entre los elemenlos. 1-1 AI lcrminar esre capirulo, el leclor podra. OBJETIVOS DE ESTE CAPiTULO 1. Rscauocer ejemplos dc sislernas mecsuicos, donde se describe la nccesidad dc aplxcar los pxincipios descrilos an we libm para Icmdnar cl disefio. Enlistar los conocinuentos dc djseho que se requiem: para cfecluar un disefio mecé» niocr Compcrenle Describnrla imporrancrz dc inzegrar los clememos dc méqmnas indmdualcs en un 5157 lema mecaruico rnés complejo. 4. Dcscribir los elemenlos principals del pmcem do rcuhmcicfrr del producra. 5. Escnbrr Io: enunciadus de lasfurrcinnex y los requmm: .1: demo para disposirivos mecénicos. Esrableoer un canjunm de crirerios pm evaluar los disefios proputslos. Trabajar can 133 unidadcs adecuadas en célculos de diseflo mbcénico, ya sca en 51 $15- rema inglés u an cl sistema mélrico SI, Disnnguir enuefuma y mam, y expresarlas en forma corrccla cn ambos sislemas de unidades Prcsenmr los c3lcu| os de disarm en [arms profesrena1,pulcra y ardenada, pan: que pue- dan ser comprendidos y evaluadas pm otms persnnas que conozcan cl cnmpo del dise— fie dc méquinas. ' . 1-2 El abjelivo final de un disefio mecinico es obtener un producro mu que sarisfaga Ias nccesidar EL PROCE§0 des de un c| ienlc, y adamés sea segum, eficiente. coufiable, econémiccr y de manufacmra pm’ DEL DLSENO lica. Piense al oonleslar: LQuién es :1 client: del pmducm o sislema que disarm? Cnnsidcre los MECANICO sxguientcs escenanas' El Itclrir distill rm abrzlalas para :1 rrlzrcudo doméslica. El chem: final es la perso- na que campmrfi cl ahrelalas y lo usara en la cocina de su hogar Entre Ios demés clicn» | es podran ester :1 djsefiador del empaquc del zbridor, cl sqmpo dc fabricacién que debe producirlo en ronna econémica y el personal dc semcia que repararé la unidad. El lzcwr diseria unapiemde rrraqur'narr'a dz praducciafn, pm una pram mu/ um. rem. Entre los cljenles esun :1 ingemem de manufacmra, rcsponsable de la aperscion dc produce" a; :1 npemdm dz la maqum :1 personal que la va a inslalar y :1 personal de manrcnimicnw que debe darle serviciu para mamenerla en buenas condiciones El leclor diwra urr sinmur rnemn para abrir una plrena grand: en rm avidn dc pamjems. Entre los clicnles csun la persona que deb: Operar la puena en semcio normal o en emergencxas, las personas que dcben pasar pm’ la puma cuandn se use, cl
  13. 13. 10 Capitulo 1 I La nallttalela del disefio mecénlco persona] que fabncara lzl cenanura, los tnslaladores, los disefiadores que deben tucfim Ias cargas que produce Ia cerradura dumnle el vttelo y dllfanlc su fitncionarmenlo, los técmccs de servicio que danin manmumienlo a] slslema y los disefiadores dc mleno- res, que dtehen praleget la chapa cuando se use y al tuismo Iiempo perrnmr el acceso pm stt tnstalacion y manteuimtento. Es esencial que el lector conozca los deseos y expectanvas de todos los cltenles. antes dc Comm- zar el dtseno del pmducto. Los profestonalzs dz veulas se ocupan. conlficcuencia, an conocer la dafitticlfrn de la: expectalivas dal cliente; para es probable que los dlS£fl2dD| ’BS Irabayen Junta con ellos Como pane de un equtpo de desarmllo del produclo. I > Para detcrminar que desea un clients, existen muchos métodos Con Erecttencta se apltca uno conocido Como dzspliegue de la fimcidn talidztd (QFD. par quality jurrcnmt deployment) y busca I) ldenlificar lodas las prapiedades y los factntes d: funcionarmento que desean los clientes y 2) evaluar la imponancia relauva de um: facrorex, El resttltado del proceso QFD es un cnnjttnlo delallado de funciunes y requisites dc drsetio para el produclo (vea la referencia 8) También es tmponant: constdemr cémo se ZJLISKE : l proceso de diseno 2 lodas las funcio- nes que deben cumplirse para que se enrregttc un products saltslaclorio para el cliente, y para dar servtcio 31 products durante su ciclo de Vida De nacho. es importante considerar céma se desecharé cl producto dupués d: habet llegadoa su Vida Iiril El total de esas funciotta que afec— ran al produclo se llama pmcerp dc rzaltztztitin del pmduc/ o 0 FR)’ (vea las rtzferenctas 3, 10). Algunos dc los facloras comprcndidos en el PRP son: I Fuacioncs de mercudalecnta para cvaluar los requerimienlos dcl cllente I lnvestigacién para detenninnr la tecnologla dtspomble que pucde ltsarse an forma ra— zcnable en el produclo - Dtsponibilidnd dc matcriales y components que pueden incarporatse at prodnclu - Discfio y desarrollo del pmduclo I Prucba de functonamienlc I Documcnlacién del discfto - Relacioncs dc vendedores y funciones de compradores - Cottstderztcién dcsnnunistro global dc matenales y dc ventas giobales I Conocinztientcxs de la fuerza dc lrabajo I Planta c lnstaiactones fisicas disponiblcs I C apacidad dc los sistemas dc manufactura - Sislcmzs dc ptaneaclon de la prodllccién y conlml de la produccion I Sislemas dc apoyo a la produccidn y personal I Requisttos de los sistemas dc calidad I Operactén y mantenimienlo de la planta fisica I Ststernas dc dtstrtbucion para que los productos lleguen al clicnlc I Operaciones y programs: :12 ventas I Ohyelivos dc costu y dcmas asuntos de compelencia I Requisitos del scrvicio al cllentc I Prnblemas nmblentales dutattte la fabricacibn, funcionarnicnlo y disposicién del pmduclo I Requtsttos legales I Disponibtlidad de capllal financtero made el lectcr agregar alga mas a 3513 lista’! seocién 1-11 I Funciones, requisites as disefio y criterios de svaluacién 11 11-3 CONOCIMIENTOS NECESARIQS EN EL Dtst-: No MECANICO ‘1-4 FUNCIONES. REOU| SlT_0S DE DISENO v CFIITEFIIQS us EVALUACION Debe el lector visualizar que :1 discno de un producto 5610 es una pane de un ptoceso de— lallado. En este libro se enfomrfi con mas ctiidado al mtsmo pmceso dc disefio. pem siempre deb: :1 lector considerar la facilidad da production de sus disefios. Esta consideracién simullénea del diseflo del pmducto y el prooeso dc manufacture se llama ingentzria actual Observe que cstc proceso es un sttbconjunto de la larga lista anterior del proccso de reaiimcién del produclo. Otros libms principales dondc S: describen los mélodus genemles del diseiio mccéuico Se Citatt como referencias 5, 7 y 12 a te. Lo: tngenieros de producla y los disefladoms mecanicos usan una amplia variedad de capacida- des y conoctmientos en sus tareas dianas, tnc1usive1as sigttientcs: L Tmado, dihujo Lécnico y diseno asislido par computadora 2. Propiedades dc los matenalcs, pmcesamienw dc materials y procesos dc manufacrura 3. Apltcaciones de la quimica, coma protcccton contra la cot-msién, galvancplaslia y ptntura 4. Eslfilica, diltamrca, resislencia dc maleriales, cinemfilica y mscattismos 5. Comunicacién oral, atcncion. redaccién tecnica y Lrabajo en uguipo 6. Mecantca dc flutdos. termodinémica y tunsfercncia dc calor . Méquinas ltidréuiicas. los fundamcnlns de los fenétttenos ciécu-icos y contmles utdustnales 21 Diseio dc expenmentos y pntebxs dc funcionarniantn dc mater-iales y sistemas mccénicos I E" Crcativtdad. soluctén dc probletnas y getencia dc proycctos 10‘ Analtsis dc csfucrzos ll. Conocimienlns especlalizados del comportamjenlo de elemenros dc maquinas. corno enyaues, transtmsioncs de bandas, uansrcustoncs de cadcnas, ejes. cojirtetes, cutias, acanaladuras, acoplamienlos, scllomesorles. untones (aromilladas, rcmachndas, sal- dadas, adhcsivas). momtes cléctncos. dtsposirivos dc movimiento lincal, cmbragues y ft-enos. Sc espeta que el loclor haya adqutrido uu alto nivel dc compelencta en los punlos 1 a 5 de 3513 llsta, antes de comenz. -ar a esludiar est: Libra. La: campclcncias en los punws 6 a 8 suelen ad- quirirse en otros cursos, ya sea antes, al rnismo dempo 0 después dc esntdiar cl diseno dc ale» menlos dc rnéqttinas. El pump 9 representa desrrezas que se desarmllan en fortna continua dunnle los esludios académicos y a Ltavés de ta experiencla, E1 esludic de esle libro le ayudara a adqltirir conocimienlos y destiezas importanlcs para los lemas de los pttnlos 10 y ll. En la seccién t-2 Sc subriyé ta imponancia de rdcndficar con cutdndo las necesidades y tas ex- pcctarivas del clicnle, antes de comenzar a disefinr un aparato mrmnico. Puede cl [actor formu- larlas :1 producir definiciones clans y complelas d:1asftm: t'z7rtz. r. los Izqutxiwx dc direfio y los criltnox dz zvaluattért: I Lasftmciorm indican lo que debe hacer cl disposirivo. mediante sfirrnacmnes gene» rules no cuamilativas, donde se usen frnses dc zccllsn tales coma rapanar una mga, subir una mja, trtznrttritir pamtcia o murtltner untdox do: mimtbmr zstrtttturales. I L05 partintelros dc dixefuo son dcclaracioncs detaliadas. en general cuantitativas, dc los wzlam esperadox dzfunctanunuento, candictom ambintlaln a. la: que deb: tm— bajar 21 dupamiwz, las timnacmm dz espacio apera o ntaterinler y comptmenles any partiblzr que pueden u. mm. I Lo: criut-t‘as dc evaluacifin yon tleclaracioues dc cumcterfsticar cualimtivas dum- bier en un tiiseflmquta ayudan a que el dlscfiador decida qué opcién de disefio es la bp- Lima; esto es, el diseflo que maxituice Ins ventajzts y mluimice [as desvenlajas.
  14. 14. 12 Cnpilulo 1 I LB naturaleza del dlsefio mecénioo Identificar los requisites del cliente Definlr Ins fltnciones del dispnsittvo Defintrespecificaciottes Indimr los rbq as de disefin Definil los cntenos de evaluactort {L Pmponer varies tzonoepws de disefio altemativos S Crear los conceptos Evaluar cad: altemattva propttesta dc diwic _; __ Valjdar cad: altemattva dc actlctdo ‘ eon coda criteria do cvaluacién Selecciunnr el oonoeplo Ema dc decisiones dc disetio Gpzitno Dise'o detallado Completar cl diseno detaltado del conoeplo seleccionnttlo FIGURA 1-ll Pasos en el proceso de disefio Juntos, cstos elementos puaden llatnarse erpzci/ icncianzx pan cl disefio. La mayor parte de los disenos pasan por un ciclo de actividades. tal como se muestra en la figura l-l 1. En el caso tipico, el Iector dehe proponor mas de un concepto de diseno posible como altemariva. Es alu‘ donde se plantea la creatividad para producir diseios verdaderamente novedows. Cada conceplo debe satisfaoer lns fttttciones y los requisites del diseito. Debe hacer- se una evaluacidn crttica compteta de las ptopiodades deseaoles, lzs vemajas y las desventatas de cada ooncepto de disefio, para decidir que cortceplo de disefio es el éplimo y. en C0usectIen— cin, viable para pmdttcir. El cuadro final del diagram: de llujo del disello es el disedo detallado, y el enfoqlle prin- cipal de este libm se dirige hncia es: pane del proceso general de diserto Es lmponante tnconocer que hay una cantidad considerable de nctividades que precede al diseno detnllado. Eiemplo de funclones, requisltos do disefto y crilerios do evaluacién lmagine que el Ieclor es el disedador de un Inductor de velocidad, el cttzl es pane de la | Iansmi- sién de Illl nactor pequerto. El motor del Inclor funcionat a una velocidatd bastante alta. tnienu-as que el accionamiento de los nledas debe ginrcott mas lentitud y n-ansmitir un par de torsion ma- yor que el que eats disponible n In satltlt del motor. Pam iniciar el proccso de disefio. se ettlistan lasfimciantr del reductor de velocidad. ,', Qtté se supone que ltagail Algttnas tespuestas a esta pregunta son las siguientes: Seocion 14 I Furlciones. requisites do diseitoy criterios do evalttactott 13 Funcinns I. Rceibir potencia del motor del tmclor a tzaves de no eje gintotio. 2. Trnnsmitir lapotencta medinnte los eletnentos de maquina que reducen la Velocidnd de giro hasta | llI valor ztdecttado. 3. Ennegar la potencia. con velocidndmenor. a un eje que la reciha y que en flltimo ter- mino aocione lls ruedzs del tractor. Attora se deben estahlecer los requistlos del diufia. La siguiente ttsta es hipotétlca. pero si se estuviera en el equipo de dlserto del tractor, podria identificar esos rcquisitos pot experienv cizt propia. oort irtgenio y oortsultando a disefiadores, personal de ventas, ingenieros dc manufac- ntt-n, potsonat tle servicio, proveedores y a los cllenles. El pmceso de tealizacton del producto neoesitn la colaboracién del personal con todas esas fuoclottes desde lzs pri meras etapas del diseno. Requisitns dc disefio 1. El reductor tlebe transmitir I5.0 hp. 2. La enttada es de um motor de gasollna de dos cilindros. con una veloctdad de gl. l’0 de 2000 rpm. 3. La sallda entrega la poletlcin a una velocidad de giro en el intervalo de 290 a 295 rpm. 4. Es conveniente tener una eliciencia mecinica mayor de 95%. 5. En el retlttctor, la capacidad mlninta dc par de torsion a la salida tlebe set 3050 li|7ras— pulgada (lh~ plllg). 6. Ln salida del rndttctor se conecu al eje de impulsién de las medas de un tractor agricu- la. Halzré choques moderatdos. 7. hos ejes de entrada y salida debett estzr alineados. 9° El reductor debe asegurnrse al armazon rfgido. de acem, en el tractor. 9. Es preferible que el tamarto sea pqpteflo. El teductor tlebe entmr en Iln espacio no ma- yor a 2 X 20 pulg, con una altura trtrixima de 24 pulg. 10. Se espem que el tractor funcione t horas (ll) diarlzs. 5 dlzs por semana, con una Vldl t'tI: il de l0 aflos. 11. Deoe prategerse al redttctor contra la intemperle. y éste deoe ser capaz de funciottaren cualquier lttgar de Estados Unidos. n temperaturas que van de 0 a 130 “F. 12. En los eyes dc entrada y salida se usaran acoplnmientos flexillles, para evitar que se tmnstnitan cargas axiales y de flexién al reductor. 13. El volumen de pmducclon seré de lo 000 uttidatles por lilo. 14. Es tnuy important: que el costo sea moderado. pan tener ventas tmettas, 15. Deben ollservarse todas las normas de seguridzd gubemamentales y de la industria. Una proparaoton cuidadosa de descripciones do fttncién y de requisites de disefia asegu- raza que las acnvidades del disefto se enfoquen hnet: los resultados deseados. Puede despctdi- ciarse tnucho tiempo y dinero en disefios que. aunque sean técnicatnente sanos, no rellejan los reqttisitos tie tlisetio. Entre los requisltos de dlsefto debe lncluirse todo lo que se necesite, pero rt mismo tiernpo oeoett ofrecer amplias oportuoltlaooa para la innovacién.
  15. 15. 14 1-5 EJEMPLO DE l. A INTEGRACION us Los ELEMENTOS DE 1v1Aou1nA EN UN DIISENO MECANICO Capitulo 1 I La natutaleza deldisefio mecénico Los cri/ eri0.r dc evaluation deben ser preparados por todos los mielllbmsda un equipo dida- sanullo dc producto, pan ascgumrque sc incluyan los rntercscs de todas 1:: parts 1mpl1caAas. Con rrecuencra se asignari factores de ponderacion a los cntzrios, pan refiejar su Lrnporuncia relative. El cmcrio principal debe scr stempre la seguridad. Los distintos conceptos dc discfio puedcn lcner vados grados de seguridad inherentes, ademés de cumplir con los requisites dc segundad que aparecen en la lista de requisitos dc disefio. Disefiadores e ingenieros son responsab1es,1e- galmente, s1 una persona so lesion: a causz de un error dc discfio. El Iector debs t: onsid¢rarcual- quier use previsible del disposinvo. y garantizar J2 seguridad dc quicnes 1o operen o puedan acercarse aél. Ademas, es pnoridad alcanzar un alto dcsempcrio general C1ertos conceptos do dtseno puedcn tener propiedades ducables que was no {:11 gan. Los demas r: n'1e1-ios deben IEUEJSI’ las necesidades espocialas do 1111 detenninado proyecto La siguiente lista descnhe cyemplos do critenos posibles para la evaluacién del pequefio tractor. Criterins de evalnacifin . Seguridad (12 seguridad mlanva inherent: autos que todo requisito mencionado) Dcsempefio (cl grado donde c1 concapto dc disefio supcra los raquisiios) Faciltdad dc mannfactum Facilidad de servicio a de mernplazo dc compoucntes Facilidad dr. aperactén Bajo costo inicinl Bzrjcs costos do operscron y maxnenrmicnto Fequefio tamnfio y peso ligero. Silenciaso y con poca vibmcton; funcionamlento sunv: Usar mnlcnales y componenlu do Iacil compra Uso pmdcnte dc panes de diser'1a iiruco y do componentcs disponiblcs en :1 mcrcado Apanencia arrcriva y adacuzda a la aplicacron F: ‘=.5:a. ==>-. =~. v-. as-1-- E1 disefio mecarrido es e1 process 11: discfio o seleccrorr do componcnlcs mecémcos para conjun- tarlos y lograr una funcion dcseada. Naruralmenie, los elernentos dc rnéquinas deban scr com- paribles, acopllrsc bicn entre 51' y funcronar en Ionna segura y cficicntc. E1 discriador no solo debt: considcrar cl desempefio del clemcnlo disefiado, slno también ios elcmentos can que deb: interacruar. Pam Ilustrax Como deb: inreg; -arse cl discfio de los clcmenlos de méquina con un diseflo mocénico mayor, observe e1 d1sei1o de un reducror de velocidad para e1 pequefio tractor descri- to en la seccrorr 1-4 Suponga que, para lograr 1: reauccion de vclocidad, decide discfiar un tren dc dob]: reduccion con cngranes rectos. Entonces se espccifican cuarro engranes, tres ejes, seis cojinctes y una caja, para contcner los elemenios individuales en relacién munta adccuada, co- mo se ve err la figurzr 1-12. Los elemcntos pnncipales del rcductor dc vclocidad err la figuru 1-12 sorr- 1. E1 cje do enLrada(e1e 1) dehe coneclaxse con 1: menu: dc potencia. que es un motor dc gasolina cuyo etc do salida gira a2000 rpm. Deb: usarse un acoplamiento flexible pa- ra mlmrniznr 125 diflcullades de almeacién. 2. El primer par dc engranes, A y E. provoca una reduecion de la velocidad en el eye in- Iermedio [eje 2), pmporc1orra1 21:1 re1ac1on de1 rrnmero dc dienles en los engranes. se monla los engranes B y C sohre :1 eye 2 y giran a la misma velocidad. 3. Para conecmr cl who de cada engnnc y el eje sobre el cual esla montado, se usa una cuna para rransmittr cl par de torsion entre cngmne y cjc Seocidn 1-5 I Ejemplo me In lntegracrdn as los alemerttos de maqutna en un disefio mecénico 15 1=, ..gm1eA Engrune 11 Vista frontal del par de engrarres 1 Eigrantzs A y B Cuira Rodamiento dc bolas Englane D we de Eje dc salidx 3 enlnd-I 1 / h ' setto 11e1 eje KU Difinrelro exterior J‘ ' Drarngu-o : , Ejel de paso . V1515 frontal c1e1 par de engmncs 2. c y 1: Corle del mducior dc vuocidad del lipo doble rcduccién FIGURA 1-ll Disefio conceptual de un ruluctor de velocidad 4- El Segundo par dt’-e_|1g1'ancs. C y D, reduce mas 11. velocidad 11:1 engrane 11 y del eje do saL1da(e1: 3), 1: un mtcrvalo do 290 a 295 rpm. 5. El eje dc ralida debe taner una catarina (que no so muestra). La u-ansnusron do cadena sc conecra, en u1t1mutérrmno. a1as rue-das dc impulso del tractor 6. Dos rodamienlos do bolas soponan :1 cada una de los rm qes. para que sean es| r‘1|1Ca_ mente detcrrrunndos, y con ello pcnnitir cl anilisis dc fucrus y esfucmx mcdiantc los princrpior pormales dc la mecanica. 7. Los rodaniicntos so contienen en una caja lijada al armazou delLrt1ctor.0bservc1s ma- nem de Slljelaf cada mdamiento, dc ta] mancn: que cl anillc intemo gire con el eye, n-uentras que e1 anillo cxtcmo se manticne cslacionario. 8. S: rnuesrran sellos sabre los ejes dc enuada y salida. pm evimr que los contaminan- ru penetreu a la caja. - 9. 01:25 piezas de la caja sc muestran on forms esquemética. En esta etapa del proceso dc disefio, solo se sugiaren los detallcs dc como 5: van a insralar. lubricar y alinear los elementos acdvos, para demoslrlr la fzcribliidad. Un proceso Viable dc arrnado sen’: e1 sigrrrerrre: I Se inicia a1 colocar los engranes, cunas, sepamc1ores y rodarruentos en sus cjes res- pecnvos. I A conurruacién se | nl.1'0d1JCE cl cjc 1 en el asienlo dc rodamjento, en el lado izquier- do de la caja, I Se insena cl utnemo izquierdo del cje 2 en su asienio do rodamiento. mientras so engunan n1 rmsmo ttempo los diems de los cngnmes A y B. I So instala cl soporre ccnn-al del rodamiento. para npoyar al rodanuenio del lado dc- recho del ere 1. - I S: insula cl cje 3. colocanrio su rodan-uento izquierdo en :1 asiento del soporre cen- Hal de rodamicnlo. miennas se engmnan los engmres C y D. I Se insrala la Lapa del lado derecho de la caja, mantras so colocan los dos rodanu'en- tos finales en sus asientos I S: asegura con culdndn el alineamieuto de los ejes. I S: pone lubricant: pan cngranes en la pane inlcriorde 1: caya
  16. 16. 16 Capitulo 1 I La naturaleza del disefto macanlco Las figura: 9-34 :1 9-36 del clpitulo 9 muestran tres ejetrtplos rte Iransrrtisionu rte dome reduction comerciales, dondc podra ver zslos dclalles E1 arreglo de los engrartes, la coloczcién de los roclamientos en ambos lados de los engra- nes y la configttmcién genenl de la caja Iambién son decisions; dc disefto. E1 proceso dc dise- no no puede conunuar on form: racionnl haste que se tornen esas decisiotres. Observe que en el uquemil de la ftgum 1-12 se contienza con la integmcion de los elenterttos en un todo. Cuando se concepruallza e1 disefto general, puede pmccder ya e1 diseilo de los elentenros dc maqulna individuals: an cl redllcwr de velocidad. Cuando Se describe cada eleruento, se repasan breve- mnnte los capltulos relevantes en el libro. La pane II de aste libro. que incluye los capimlos 7 al 13, conlictte detalles de los elemenlos del reductor. Debe rveconocer que ya se ltan tomado va- rias decisiona dc disefto, a1 nazar un esquema como éstos. Prirnero, e1 lector escogio ertgn1rI£.1‘ rztlor y no helico11:1ales, de gusano y sinfin 0 conicos De lteclto, hay on-as clases de rerluctores —de bandas. de cadenas o muchos oIros— que pueden ser ttdecuados. Engtanes Pam los pares do engrrtnes. cl lector deb: especiftcar cl ntitnero dc dientes en cad: engmne. el peso (urrrtano) de los tlientes. los dtametros de paso, e1 anclto del diente y :1 matenal y su nata- ruiertto tértrtico. Estas especificaciones dependen dc consideraciom dc resistencia y desgaste de los dientcs del engmne y de los requtsttos del movimiento(c1nemét1ca). Tambtén se clebe con- strterrtr que los engmnes debell rnoruatse sabre eyes en forrna correcta, ya que 1.-1 capacidad rte tmnsruision dc par de torsion de los engranes a €_]€L§ (por ejemplo, a Lravés dc cufias) sea ade<; ua- da y que el tliserto del eje sea seguro. E| es Una vez disefiados los pares rte engrarrr. s,pasars'1 a considerar e1 dtsefto deleje(cap1'ru1o 121.131 eje esté cargado a flexion y a torsion, por las ftterr/ as que acttlart en los cltentes de los engranes. Por consiguiente. en el diseflo se dcben considenr la reststencta y ngtdez, y deb: pemtitrr cl montaje de los ertgranes y los rudantientos. Pueden usarse ejes de «al'l0S diatrtetros, para poder (ormnr escalortes contra los cualcs asentar los engranes y los rodamientos. E1 eje podra rener curtcros (capilulo I I) conados en $1. Los ejes de entmda y salida SA: prolongarfin 11135 .3115 de la cztja, para perrnlttr ncoplarlos con e1 motor y el eje rte tmpulso. nebe constderarse et tipo tte aco- plamiento, porque podria lener un electo 111-rtmatico sobre el anélists de esfuct-ms en el eje (ca- pitttlo 1 1) Los sellos en los ejes do entrada y tie saljda protegen a los componentcs tnremos (capltulo 11). Cojineres sigue e1 rtrseno rte tos cojlnetes (capitulo 14) S1 se van rt usar rte contacts por rodillo, es probable que el lector seleccione rvdamicnlos dispourbles en el comercto, con el catalogo de un l'ahrican- te, en vez de disefiur tttro so1o. Prlmero se debe detemttnar la ntagrtitud de las cargas sobte cada rodamjenlo, con el anallsis del eje y los disefros dc engranes. Tarnbién so deben considerar la ve, loctdad dc giro y una duration razonable de los rodatrtientws, asf como su compattbilidad con el eje donde 5: van a lnontar. Por cjemplo, con base en el znélists del eye, cl Iector podrlzt apecifr at :1 dlatnetro mfntnto ztdmisiblc en cada asienlo de montaje del rodarniento. para gatamizar valom segttros tie eSfi. lc| "IOS. El rodantiento selcccionado para sosrener determinada pane del eje debe. entonoes, tener un dltitrtetro irtterior no menor que el dtametm segum del eje. Natural- menle, :5: rodamicnto no del): set mucllo mls gnnde que lo neccsario Cunndo Sc selections un mdatrtiento espcclftco. deben espccificatse e1 diémetm del eje en su npoyo y las Iolerancias adtnisihles. do acuerdo con las recomeudaciones del labncante, para obreuer un funcionamiem to y una expectanva de dttracion adecuztdos. l seocton 1-7 I Ci-ilculos de dtserto 17 1-5 Avuptts DE COMPUTO an ESTE LIBRO , 1-7 CALCULQS as DISENO C ‘rug ~~ r ‘~ a eunas Ah ed - - . _ [m‘: ‘“: :| lads C11-raspy los cufieros tcztntrulo 11). E1 rtrarnetro del :12 en la cur‘tade- ‘7 9 3 “mm? (M6110 y alto). El par de torsion que debe tr-artsferirse :1: use err los cal 1 a - - - . disefiados 105:: artiste»: -H» pm 951397-5081 la longtmd y et rn. -nerral rte la cuna. Una vez p n as ac vos, se puede comenzar con el dtseno de la caja. Caja E1 promo dc rtrseuo rte la caja debc ser crearivo y practice. ;Qué se debe prever para nnmrar conexactirutllosrodanti ' ' entos y lrlmsmlur con segundnd Ias cargas rte los rodarruentos por 13 ca. ta. y 1: la esrructura donde se tnstala el roductor dc velocidatf! Lcomo se armat-an los divetsos elerrrentosen la t: a'a7 vcc - - “sang en la “Jar? JDd1;e 1:10 -5: lubntpagénéos engranes y los l'od: tmlenlos'? LQIIG malznal deb: L Cara serco a a, econslmccion soldadtt o un co ' d ' . qumadaiw njunlo e ptezas ma El proccso dc dtsefio descrito equt’ tmplrca que el disnfio se puede elabom en {or-ma Se cuencial: dc los cn ' ' . ' V gt-anes 1: los eras, a los rodatruentos. rt ias cur1as, a los acoplamrentos y. por 1'1]. EH30. It lad C121]-a. SlI1L€°Vllbal’g0, scria inusunl reporter est: camino légico solo una nu en e ermtna o sefto ' - . V V I usual es que el dtsenador tenga que regrasar muchas veces para aiustar cl drseno dc ctertos componentes. ttfoctudos por cat-nbios en otros componentes Esta pr so 11a1rtadoiIerc'ci o Li ' - ~ . , ' . °” ' W 11 1 rt, C n pllua hasta llcgara un tltseno Detteral aeeprable. Con frecuencra se wus- yen y pmebart protottpos dutante la tteractort. El capltulo 15 muesrra Ia to ~ um umdadl rma en que todos los elementos dc la maqutna se tmegran en A 53 d 1 ' - miC; |:0s dfidliislrleeficotsldaud-l|01'maid-C elecntar vanas ttertrc1ones, y ya que muchos de los procedt- _ “*1 W" 641011105 largo: y C0"‘171€l0s. con frccuettcia es urn conlar con ho- Jas rte calcuto, progmmas de analisis matem£Lir: o, programs: do conrpuro o catcntadms programablr5.pamt1zsatrrol| arcl anrtisrs del diseflo [.45 none rte calculo 0 pro amas lntcrac tivos le permlten a1 lector tomar dectslones durante el prooeso de dtsetio De estagiorma uad - r - ‘ 1“ ‘“ ‘°, e:; ‘:“° '“": l:‘; ‘ ? *¢‘'“ £0110 nem_1>o. y P"°d°“ lmsngarse los etectos del camblo rte d1- Como evefiliml d . d-n est: 1 ro se usamn con frceuencta ttojas dc célculo dc Microsoft Excel, 1 mp as e tseno y calculos de analtsts astsndos por computadorn. $! s:: °"d]: ’ *5“ ]‘b'°v 3’ 31 Pmgresar en su carrem de disertador, deberfi httcer VC| Xl0G calculos dc . 1m ca‘ a om c6r1:: )flaa[: lc8°al'p>dlaar los cflculos en {onm pulcra, completa y ordenada_ Dem; expu. e 1setto, qué dtttos uso y que lupotests yjlllclos planreé. Algunas veoes alguten mas revtsarft su lrabajfl cuando ya no esté usted para comentarlo o contestar pregunuas T 1: 6 , ' ' ‘ - . . . biI: I;; e:S:0dr: S:r: :uen: ta es ulpl tenet un regrstro exaclo de sus calculus de dtseno, :1 es proba- _ ‘enna cam los. En todos estos cases se 1: vs a pedtr que comuruque Sn arse. no aorros. pot escnto y con ftgura; _ Para preparer un regtstro dc diseiro cutdadoso, on general deberé Iotnar en cuenta lo si- gutentr 1. ldentificar cl elccnenlodz rrtéquina que 5:11 dtsniado y la nanrralaa delcjlgulo de di5a‘|0 2. 'iraz.1r un esquema de1elemento, que ntuesne todas las pmptedades que afecten cl fun- ctonatruenlo o cl anéllsts dc esfuenos. 3. . en un esqtrema la: ruerras que acnftan sobre el elet-nento(e1 tlragaroa de mer- po ltbm) y taut otms (IIDUJOS pm aclarar cl caso (15100 real.
  17. 17. 18 _1-a TAn_nANos BASICOS PFIEFEFIIDOS, noscAs DE TORNILLOS v PEBFILES ESTANDAR Capllulo 1 I La naxuraleza del disefio menémco 4. Idcnrificar el u'po dc analisis a efectuar, ral como cl esfueno por flexién. deflexfin de una viga_ pandeo de una columna, cnue onros. 5. Enlusrar Iodos los dams y las hipélesis. 6. Escribir [as f(3rBI| .l| &S a usar en forma de simbolos, e mdicar con claridad los vzlores y‘ las unidadcs de [as variables que inluviencn Si una formula polencial no so Conoce bien, en su n-abajo, cue la fucnre. La persona podra cousultarla para evaluar lo adecua— do de la férlnula. 7. Resolvercada férmula para la variable deseada. 8. Insenar dams, compmbar unidades y desarmllar los calculus. 9. Juzgar lo adecuado del rcsullado. 10. Si cl resulbado no es razonable, cambiar lzs dacisiones del disefio y reperir el célculo. Quiza sea mas adecuada una geametria 0 un malarial distinlos 11. Cuando se ha llegado a un resullado razonable y sarisfactorio, espccifique I05 valares dcfinicivos de rodos los parfimerros imporzames en cl disefio. usando ramafios norma- hzados, d1mensicnes cémodas, marcrislcs que se consugan can facilidad, cntre ovros. LA figura 1-I3 rnucstra un qemplo dc uu cxflculo de disefio. Deb: disefiarse una viga pa— ra salvar un pozo de 60 pulg y sopomr un engrane gm-rd: dc 2.050 hbras (lb). En el discfic se supone que va 2 nsarse una viga con scccrén uansversal rectangular Puedcn ulilizarse ouas for mas przicucas. El objerivo es calculur Ias dimensiones necesarias para la seccién tninsversal, consnderando umro esfuemzs como deflexiones. También sc ha scleccionado un material para la wga Consuue cl capirulo 3, que conuene un repasc de los esfuenos dcbidos a la ncxuon Una dc his responsabllidades de un drsefiadores especxficar las dimensions: finales dz los ele- menros que soponan cargns Después dc complemr Ins anélxsis dc esfuenn y deformacién, el du- sefiador mnocera los moms rnlnirnos aceplables da Ias drmensiones, los cualcs ascgurarén que el elcmcnw cu mpla con los requisitos del funcionamicnlo. Emonces, de forma usual :1 dis: fm~ dor cspecrfica quc Jas dimensloncs finale: scan umfonnadas. o Iengan valorcs adecuados que fa— cililen Ia compra dc rnatenalu y la manufacrum de [as pizzas. En esla seccnén se prcsenran algunas guias para ayudar en csas decmones y cspccificaciones. Tamafias bésicos preferidos La labia A2-1 presema los lamafios bésicos prefcndos cn fracciones dc pulgada, decimales de pulgada y mén-icos. ‘ En la pane final de su dvsefio, e| lecmr elige uno de esos lamafios preferi» dos. En [a figure [<13 sc ve un ejcmp1o, al final del célculo. Naturalmeme, cl lccror podrfi espe cificar oLro lamaim 5| hay alguna razdn flmcional viable. Floscas de tarnillos estadounidenses normalizadas Los Lomillos y los elememos de méquina con uuiones roscadas sc fabrican ruediam: dimcnsim nes nonnahzadas para asegurar que las pizzas scan inmcambiahles. y para pcrmuir una fabri- caciéu coruoda. con méquinas y nerramenul nonna1iLadcs. La tabla A14 muesxn las dimensions: de las Roscas Unificadas Estadomudenses Esuindar. A los zamafios menores que [/4 de pulgm ‘ En tsrc ubm_. s1gwus r2|': r:ncras 2 ublas y flgurns Iiencn | al:1nA jllllm can sus mimuvs: esas ubm y figum am. en los apeumoes. :n la pan: paueriordel him. For c]¢fI| p|fi, lal1lN2l12'l es la primer raw: del J. -w-. s 1. V: figuru A I 54 as In cuarla ngm dcl apsnuvce :5. En: lahlls y figums se idcnlificnn conclu-idad ran his leycndzs d: In: ape’-ram. Seucnéon 1-8 I Tamafios Désvoos preleridos. roscas de lormllos y perfiles esléndar 19 R L MOTT s a manic oz um mm mm scram»: un EN UN F020 us zzmow . .a. j LA BARRA use: TENER 60 rum DE Lonerruv ENTRE APOVOE SARRA PESO DEL ENGRANE 2050 L5 L05 carawoars osazu ESTAR ssr/ «macs 24 maaoas V j 2 LA man 25 um VIGAA FLEXION +G+-4-— 24 —><- 15?“ EN 6) 0 = W5 ‘ GRANE as 2:750 La SUFONGA UNA FORMA RECTANGULAR P& PULG - w s : Ménuw DE szcclén 5 = «we c/ use/ as an r. a an _ _ va :4 I8 smancss 5 = s [. ’v2)1I5 : 9.; /e c I f 5 =15 :9 was LB 1025 [5 ® KEQUERKDO L = ’) 5/ 1.5 comnrs 1025 wanes: can um BAERADEACERD M5! I040 ma (LB) 5y: 42000 75: uazsnsrsucm us cznzucw 0 4025 w ~02 LB 1025 LB 5EAa: ad=5y/ N:E5FUERZO as uleefio W50 N = FACTOR as mazflo MOMENT! ) an N = 2 (CAKGA MUERTA) as FLEXl6N : : ex, zooo/2 = 21000 rs: (Lame) 0 ENTDNCE5, DE (D = = M/ ad 5 mfivuw as seccnou REOUERIDO 5: ‘ 319 2100:; LE PUL62 0 mm’ DE ACUEKDO can I = “. /511.5 = 3/0.575 rum; /:1. : 0.557 mu; ENTONEES n = 5: = 337,537) : 2.51 PM L6 EL PROVEEDOK ram: an ausrmcu 1:. x 25/‘ pa : 25/175 = 3.67 mum} cormzoaaaéu 5 = min; = (0.75 FULG) (2.75 PUL5)1/E = .555 rue! ) 0.537 PLILG3 mrmnc Q: M: 54-50 ua- PULG/0.946 vursa = I 5 = 5,/ a = 420011 Psmseoa P51: Q53 corrnclo Mrs L’. 4:: (3‘2"") (mmuaroz MAGUINARAA ) 26' : ma6N. M5. 235, Q50 A COMPROEAR DEFLEXION EN EL CENTKO: 00%) ('5) [3(fi0)‘ 4(l5J’] 2» (30 x :06) (1 0.137 FULG min: = (0.75) (2.15)! ’ ACEFTABLE .2 3° “M” ESPECIFIGUE: EARRA KECIANGULAR as ACERO DE 3/4 x2 3/. rum. AISI mo rm FIGURA 1-13 Ejemplo dc célculos dc discfio da 5: [es asignan mimems dc 0 2 I2. mienrras que los ramafios en Iraccionea dc pulgada 5: es- pecifican para los lnmafios dc 1/4 y mayores. Aparecen dos series: UNC (Uni/72:1 Narionnl Coar- 5:) para las rows zmesas. y UNF (Unified Narional Fme) para las roscas (mas Lag idenrificaciones esrandnrizadas son: ' 6-32 UNC (numem dc tamafio 6. 32 hilos por pulgada. rosca grucsa) 1248 UNF(m‘1mero dc tamafio 12, 2x nuos por pulgada, rosca finn) 1 i-13 U'NC(I. amafiofraccronar1'o. 1/2 pulg. I3 hi| os por pulgma, loses gruesa) l . . . , . 1:42 UN'F(lam: mo fmccmnanc. 1% pulg, 12 mos por pulgada, msca fina)
  18. 18. 20 12> Esiuma dc tansldn, area para muss Capitulo 1 I La naturalaza del diseflo mecértioo En la: Lablas aparecen cl dlametro basicu mayor (D). cl mimero dc hilos 0 mscas po°r pul— gada (rt) y el am del csfuenn dc tension mp. calculada con 0.9743}, A, = 0.7354 {D — 7! (1-1) Cuando un elementu roscado csra sujeto at lansién dirocta, el area del csfucrm de tension es la que se usa para calcular el esfueno promedio a la tension. Se hasa en un area circular calculada con el prornadio del diémclm dc paso y el diametro manor del elements roscado. Roscas de tomlllos métricas La tabla A2—3 muastra dimensmnes similar-as para la: mscas dc inrmllos métricas. l. .a designa- cion estandarizada de la: mscas méu-icas Lielte 12 tom; M10 x l.5 dondc M reprcscnta métrica El niimem que sign: es el diamelm mayor basics D, en mm El tiltimo nihzteto es el paso P, entn-. mscas adyaccnlcs, on m El area dc esflleflo dc imsioii pm In mscas métricas se calcula con la sigltiente ecuactoii, y se balsa en un diametm poco difcrentc (vea la tefercncia 11). A, = 0.7854 (D - 0.9382P)1 (1-2) Asf, la especificacidn anterior indtcaria una rosca métrica con un diarnetro basico mayor 0 : 10.0 mm y | Jn pfiso de 9 : .5 mm. Observe que paso =1/n. El. ’irea del esfiterw dc ten— sion dc CSM msca as 53.0 mmi. Perliles estructurales de acero Los fztbricantes dc acem suministran un gran oonjunto de pcrfiles estrucluralcs estandarlzados, eficienm en el use del material y Iacilcs dc cspecificar e instalaren estruclnras de consnruccion 0 dc art-nazom-4 de maquinaria. Compnanden, como se mueslra en la tabla L1, [as angulos es- iandar (perfiles L), cattales (perfilcs C). vigas de patin anctio (pcrftlcs w), Vlgas esiandar csta— dounidenses (perfiics S). tubo mructural y luberia. Observe que los perfiles W y S se nolnhran con frccuencia en las convcrsacinnes gencrales como “Vigas I", potquc la fonna del cone trans- versal sc parece a la I tnaytisacula. El apéndtcn 16 presents las pmpiedades geométricas dc zlguttos pctfiles cstntctutales de anem, que abarcan una gran variadad dc tamafios. Note qua hay mucltus tamafms disponibles, como los de la teferetlcia 2. Las Iablas de| ztpéndtcc I6 proportional: dates del éma de la sec- ciau Lransvcrsal (A). el peso pvt pic dc toiigitud, la ubicacion del centroids de la seccioii Inns- versal, su momenta dc inercia (I), su médulo de secctén (S) y su radio dc giro (r). [as valoras do 1 y dz 5 son ilnporlantes para Ertfllllaf y disciiar vigas. Pam cl analists dc tits columnas so ne- casiuln Iy r ‘ Los materiales uulizados en los pctfilcs estructumles 5: cottoceu como UCEIUJ e. rtrucm— Iain‘, y sus ca. -icm-isticas y propiedadcs se dcscrlbell can mix detalle en el capitulo 2. Consul- la los datos tipicos dc rcslsleucia en el ipeiidice 7. Los pe-rfiles W iammados se consiguen con mayor facilidad en accros ASTM A992, A577. Grade 50 0 A36. Los pcrfiles S y C sc haccn en seociott 1-8 I Tamarios bésicos praietidos, toscas de tornilios y periiles estandar TABLA 1-1 Dcstgnaciones de los pcrfiles dc auto y de aluminio 21 V’ No-"bra del perfit Perfil Simbclo Ejcmplo d: duignacién y tabla del apéndicc Angutn I L L4 x 3 x i — Tabla A164 Cm] *' C Tcbllj X 5: a a Al 2 Vlgfi dc paiin zllcbo I w W14 X 43 Tabla Atss Vlga csianctai estadotrmdettse 1~ 5 510 X 35 TablaAl6-4 mo aslrucmral — Niclallguifll + 4 >< 4 ><i Tabla A16-5 i i 6 x 4 xi iitbo cstrucmral — cuadrado * Tabla M6_5 4 pin]; pest: tstandar M0 <@ 4 pulg cédula 40 Tilblfl Al6—6 caiizit asociacléu del zluminto - + — c C‘ X ‘-733 Tabla Al7—| Viga I asociaciéit del aluminio 1 1*‘ X 5- '51 Tabla AI7-2
  19. 19. 22 Capilulo I I La naturaleza del dlseflo rnecérllco lormzl tipica con ASTM A572 Grade 50 0 A36. Se debe upecllicar ASTM A36 para angtflos y planes de acero Los perliles estructurales huecus (HSS) se conslguen con mayor facilidad en ASTM A 500. Angulos de acero(per1iIes L) La labl-1 A16-1 muaslra esquemas de los perliles tlpicas dc flngulos dc accm con lados lgualu o deslguales Sc llaman ptrjfilex L por la apariencia de la seocién lransversalz con frecuencla los angulos se usan como elemenlos a In lcrlsléll en armaduras y lorres, miembros de cantomo p2— ra estrucluras de mflquinas, dinleles sobre ventanas y puerlas en construcclén, refuenos para placas grandes en cajas y vigzls. ménsulas y sopones de upo comisa para equlpo Algunas refe- rencias llaman n estos perfiles "hierro a'ngulo". La especiflcacidn normalluda tlene la stgulen— re Forma. para un lamario dc ejemplo L4><3x% donde L indica cl perfil angular L 4 es la longirud del lada mayor Ses la longimd del lado manor '3 es el cspuor de los lztdas Estas dunensiones esla’n en pulgadas Canales estadounidenses esléndar (perfiles C) . En la tabla A16-2 se ven la apariencia y las propiedades geomélricas de los canales. Esos cana- les se usan en aplicaciones pal-ccidas A la: de los éugulos. El alma plana y los dos pzunes for man un perfil generalmenle mas rigidly que el de los flngulos. _ _ El esqueu-la que aparece zlrrlba de la tabla muestra que los canales tienen paunes inclina- dus y aln-ms con espesor constants La pendiente del palin es apmyjmadamente dos pulgadas en I’? pulvadas y eso dificulln la filaclén de otros rntembros a los patines. Existen mldanas l1ICl| - » a v , ., . uadas especiales dispoulbles pm facllltar ls lijacién Observe la d€$Igl‘lflCIOIl de los eles x y y en el esqllema, que se definen con el alma del canal vertical. con lo que se obliene el perfil cal-ac— teristioo C Esz nomcnclarun: es muy lmpomnle cuando los canales se lnilizan como v1 gas a co— lumnas El eje r se localila en cl ale horlzonlal de simelrlz, rnienlras que la dimension ,1, que aparece en la tabla, llbica al eje y en relaclén con la apalda del alma. El centrmde esté en la ln— tersecclon de los cjes X y y. L: designscién estandar pam los canales es Cl5 X 50 donde C lndlca que es un perfil esténdar C 15 es el peralte nominal (y real), en pulgadas. con el alma vertical so es el peso par unldad dc Iungilud. en lb/ pl: Perfiles de patin ancho (perfiles W) Vea Ia tabla A163, que llusua el perfil de uso més comlin en Ias vigas. Los perfiles W rienen almas relnnvamente dclgadas y pahnes planes algo mas gruesos, con espesor consume. La ma- yor pane del area de la seccidn transversal eslé en los paunes, lo mas alelmzlx del ale oentroldal seocién 1-8 I Tamaflos bésicos prelerldos, rascas de tornlllos y perllles esléndar 23 Itonmnlal (eye x), con lo cual cl momenta de lnercla es muy yande para delerminadzi czlntidzld de material. Observe que las propledmm del memento de lnercla y de médulo de seccién son mucho mayores con respeclo al ejex que con respects al eje y. Por conslgulente, los perfiles W se usan princlpalmente en la orientacibn que mltestra cl esqliema de la tabla A16-3. Tambien. ewe pelfiles son mejores cuando se usan en flexion pura, Sln torclmiento, porque son bastante flexible: a la lorsién. ‘ La designaclén slandztr para los perfiles W sumlrllstra mucha inforrnacién. Ve. -imas el sl- glliente ejemplo: W14 X 43 donde w indlca que es un perfil w 14 es el peralle nominal, en pulgadas 4: es el peso por unldad de longitud, en lb/ plc. El lérmino peralre es la desigllacion estandar y se usa para lndicar Ia altura vertical del cone tmnsversal, CU: ll'ld0 se coloca en la orienlacién mostrada en la tabla A16-3. Note que, de acuer» do con los datos en la labia, con frecuencia el peraltc real es distinto del pemlte nominal. Para la WI4 x 4:, el pemltc real as 13.66 pulg. Vigas estadounidenses esla? ndar(per1iles S) La tabla Alé-4 presenm las propipdades de los pcrfilzs 5. Gran pane de la descripcién de los pcrfiles W se apllca tnmbién a los perfiles 5. Observe que. de nltcvo. se incluyc el peso por pie dc longirud en la dastgrlacién, porejemplo SID x 35. el cual pcsa 35 lb/ pie En la mayor pane. atmque an en todos los perfiles 5, el peralte real as igual al pemlle nominal. Los patines de los perfiles 5 son tnclinados, con una pendienle apmxirrmda de 2 pttlgadas en l2 pulgndns, p: Lreci— da a los de los perrlles C Los e_les xy y se definen como se indiczl, con el alma yenical Con rrecuerrcra se preftere los perfiles de palm uncho (perfiles w) 2 has perfiles s, polque sus palines Son rclativamenmaltchos, porque nerrerr espesor conslante err sus palidcs y porque las propiedades de las secciones son. an general, mejores para deterrnlnado peso y peralre. Perfiles eslructurales huecos (HSS, cuadrados y reclangulares) Vea la tabla A-l6r5. con el aspecto y las propledades de los perfiles estructurales huecos (HSS, dc lwllaw rrrucmml S, mp: )4 Esos perfiles suelen conformarse a partir de lamina plana y solda~ da longimdinalmcnle. Las propiedzsdes de las secciones considersn los radios de las esquinasl Observe los esqucnlzs que mur. su1n los ejes x y y. La desigrraclon estandarlzada es 6x4x} donde 6 es el peralte del lado mayor. en pulgadas 4 es el ancho del lado menor. en pulgsdas % es el espesar de pared. en pulgadas. Los tllbos laminado, cuadrado y rectangular, son muy lirilcs en las esuructuras de maqui naria porque denen buenas propiedadu uanst-elsales para elemenlos cargados a la flexién como vigas, y para la carga dc Iorsi , porque la seccién transversal es cerrada. Los lados planes fa- cilltan con frecuencia la unién de los miembros entre si, 0 la fijacién del equipo a ellos. A| gu- nos marcos se sueldan y farmart una urtldad que funciona como marco espacial rigido. El lubo cuadmdo propomlona una secclétt eficientc para las columnls.
  20. 20. 1 -9 SISTEMAS DE UNI DADES Capitulo 1 I La natutaleza del disefio mecanico 1 Tuba Los perfiles Cilclllams hu: oos(tuba: )sor1 muy eficientes cuando se | lSl| ] como vigas. elemen- tns a torsidn y columnas. La distribucidn uniform: dcl material. aleyado del ccntro, aumetlta el momenta do inercia para determillada canlidad dc material, y proporciona propiedades unifomtes al tubo, con respects a todos los cjcs que pasan por el centre de la seccién trans- vcrsal. Su seccién tnnsversal cermda pmporciorla alla resistenclz y rigidez a la torsion y a la flcxlon. La tabla A16-6 contiene las prcpiedndes del tuba dc acero soldadc y sin costura, de acc- m lnguado cédula 40, Eslandar Estudounidens: Nacional. Esta clase dc rubo se usa oon fre- cuencia para corlducir agua y 01:11: fluidos. p: rc tarubién funciona bien : n aplicaciones estrucrurales. Observe que los diémctms extcnor : intcrior reales sou algo discintos al tamaiio nominal, :xcapto en los tamarios muy grandcs. Al mbo para conslruocioll s: I: llama con fre- cuencla tuba pewdu zrtzindm; y liene las mt'sl: nas lilmeltsiones que el ntbo dc cédula 40 para larnanos d: 112 a lo pulgadas. Hay otras “cédulas y pesos" dc tubo dispbriibles con esp: sotcs dc pared mayorcs y tneltores. Existen ademas otms seccioncs circulates que se cansiguen con frecucncia. conoctdas tambien como tubzrbz. Esta: secciones se consiguen en acem at carbon, acero nleado, acero ino- xidable. aluminio. cobra, latén, titanic y onus matcriales. Vea las nelcrcrlcias I. 2, 5 y 9. para una variedad do llpoa y tamafios ct: tubes y tub: n'as. Canales y vias I esténdar de la Asoclaclén de Alumlnio La: tablas A17-l y Al7—2 muestran las dimtusiones y las prupiodades dc las scccion: s dc cana- les y vtgas I. desarmlladas por laAsoc1aci6n dc| Alum1r1ia (véase la refcrerlcia 1). Son pcrfiles extruidos con espesclres unilormes dc almas y patines, con geltemsos ladios :11 sus rincones. Las pmpurcionles dc csos perfiles son tllgo dif: tcntes dc las dc aoero laminado descrita antes. In for- ma extntida as convenient: para tcucr l| l| uso eficiente dc] material y en la unjén dc los elemen- tos. En est: lihm sc man: jarfiu las siguicntcs formns para dasignar los pct-files de aluminio: C4 X 1.738 0 18 X 6.18! dmlde c 0 1 indica la tot-ma basicz d: l perfil 4 u 8 indican el pcralte del per1’ll, cuando su orientacién es la que se mueatn L735 1) 6.l8littdic1ut cl peso pot unidad dc longitud. ell lb/ pie En este libro se efecntarin los calculus mediante cl sistema inglés (pulgada-libra-segundo) 0 en el Slstema lltlcmacional (SI). En la Labia I-2 se muesu-an las uttidadcs tlplcns I ttsar an :1 estu- dio dcl diserio dc maqutnas. SI. Bb1'EViIl'I. Il'u de “Sistetna lntcmacionnl dc Uttidades", es la nor- ma pan las unldadcs métncas cu Iodo cl murldo (vea la refcnncia 4). Por convenicncia, sc usara cl término unkiadz: SI cu lugar dc unidadz: ntétricru. Los prefijos 5: aplicart a las ttnidadas basicas para indtcar cl ordcn dc magnitud Sélo debcn manejarse ell calculos técnicos los prclijos dc la tabla 1-3. que dlfieren entre si por un factor de 1 000. El resultado final dc una cantidad deb: preseutarsc como un nlinaaro ent-re 0.1 y 10 000. mnltiplicadn por algtirt mtiltiplo d: 1000. A 0ot1t: i.nuaci6n, scd: l:e especificar : l rtumbrc dc la unidald con el prcfijo adecuado. La tabla l-4 corlricne ejeznplos de nntaclén 00|'l'eC! B :11 SI. Algunas voces el lector debe oonvcrtir una unldnd de un sistema a otro. El apéndio: l8 pmporciotla tablas dc factarcs canversién dc unidadcs. También, cl loctor dab: lamiliarizarse- con : l tipico orden dc tnagnitud de la canridad eucoutrada an cl discilo dc maquiuas. la] que puc- da comprender la ntzén dc los célculos dcl disefio (véase la tabla 1-5). swcian 1-9 I Sistemas do unidadas 25 TABLA 1-2 Urlidades tipicas que 5: ttsan en el diseflo dc ruéqulnas Cantidad Ultidadcs inglesas Ungdades 51 Langilud o dislancia pals“, (Wig) mm (m) 1116 (Pie) 1-nittnietro (mm) Km Pulgadz Culdmdfl tpntg‘) mum cu1tdlado(m’. D nullmuro cuadrido (min? ) Fuu'l. a llht1(lb) . ,,w. .,, , (N, |u'12(K)(1000lh) (lN=11<g-in/ s3) Mm slug (1b>s’/ pie) lulogramo (kg) Tlempo Segundo (5) segltndo (5) M81110 sndn C‘) iaaitn (ml) .5 grade (1') T= mP°"“'f3 ya-105 Fahrenheit (‘F1 graldns Celsius (°c) Par dc torsion o momenta LlbI'3—pLt]g (1|, .p. ,1g) 0 nmmrmem (Nvm) lb-pi: (lb-pie) Enuaiz 0 tnbuin libra-pulgadu (lb-pulg) jcllle (1) _ (1 1 : 1 N'll) l’°‘°"°" “b=110(hl: ) watt (W) o kllowalt (kW) (1 hp= sso lbpiexty (. w = U), = . NW5) Esfiterw. ptesnsn o libras por pulgada Cualdrdda pascal 0:. ) (. p, : , Wmz) "“5‘*“‘° “E °‘“"““‘d (lb/ Puts’ 0 psi) kilopascal (KP! ) (1 ltra = 1o‘l>a) kills 1»: Pulgfidx cuacliatla megapascal (MFA) (1 MP: = 10° Pa) _ (K/121111;’ 0 ksi) gjgapascal (arm) (1 GPa : 10‘ pa) M°d“‘° 4° W06“ P“‘2“d35 31 cl-be (1:-ls’) metms al who (in’) n mil1'r1'l: tros at who (nun! ) Mamenlo dc incrcis pulgzdas a la cuam potancia means a la cnana polencta (m1) 0 rlzulg‘) mIl. lt. 'lte| 't'cs a la cltana poltntli (nnn‘) Velocidid dc giro revoluciones por inininb (rpm) iatlianes por segunao (rad/ s) TABLA 1-3 Prefigos que Se ttsau con unidades Si TABLA l-4 Catttidades expresadas ell urtidades SI Pretiio slmbolo st Factor Resultado calculado Resuludo ittforlnado ll 10'‘ = 0.000 001 0.00165 In 1.55 x 1o"in, a1,5s mm m 10" =00o1 3254011 3zs4x lo’N. o32.s4ltN k 10’ = 1000 1.5s3x l| )’W lS8.3>< 10’w, bl5s31(w; M 10‘ =100000o oo.15s3x1o°w; o0.t5s3Mw G W = l0o0000ooo 2.0’7><l0"Pa 2t17xt0“Pa. o2o7cl>a TABLA 1-5 Ordcnes de magttitud tipiws pan: las cantidades que se encuentran can frecucncia Cattlidad Dimerlsiones norlttaliudas pan madam 2 x 4 sistenin inglés 1.50 pnlg x 3.50 pulg Uttldad SI 38mtIl)<89m. m Memento tleineiela de un 2 x 4 (la/ do vcmcal dc 3.511 pulg) 5.35 pulg‘ 21, X [06 mm-‘ 0 213 X 10-5.“: Module dc seccion de un 2 x 4 (lado venictl d: 3.50 pulg) 3_o(<, Wig: Sm X m« M; 0 5m X loam; FIIEIIH requerida paia levanlar 1.0 gal 11: gasnlinn 6.01 lb 215 7 N ' Dfillsldxd del agua L94 slussllzles’ 1000 kg/ in’. o 1 o Myinl cotnpresion del niie comprifllido an una flbrica loo pg] (90 “>3 Pltlllo dc flucncia dc acct! ) Atst 11140 latnirlado en caliettle -12 000 psi 0 42 ksi 290 Mm Médulo dc eluticidad del acem 30 000 000 psi, o 207 an 30 x 10*‘ psi

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