DISEÑO BAJO CONSIDERACIONES DE CARGA VARIABLE

METODO MECANICO DE LA

FRACTURA LINEAL-ELASTICA

METODO ESFUERZO-VIDA

METODO DEFORMACION-

VIDA

Se basa sólo en niveles de esfuerzo, es el enfoque menos exacto, especialmente para aplicaciones de bajo ciclaje

Implica un análisis más detallado de la deformación plástica en regiones localizadas donde se considera a los esfuerzos y deformaciones para la estimación de la vida

1.- Bueno para aplicaciones de bajo ciclado.

Caracteristicas

1.- Más fácil de implementar para una amplia variedad de aplicaciones de diseño.

2.- Gran cantidad de datos de soporte

3.- Representa de manera adecuada las aplicaciones de alto ciclaje

2.- Existen ciertas incertidumbres en el resultado

1.- Asume que una grieta ya está presente y se ha detectado

2.- Predice el crecimiento de la grieta con respecto a la intensidad del estrés.

3.- El más practico cuando se aplica a grandes estructuras junto con códigos informáticos y un plan de inspección periódica.

Las aleaciones de aluminio no presentan límite de fatiga

Como el aluminio no tiene un límite de resistencia, normalmente la resistencia a la fatiga Sf representa a un número específico de ciclos

Gráfica log-log donde se muestra cómo se relaciona lavida a la fatiga con la amplitud de la deformación real en el caso del acero SAE 1020, laminado en caliente

FACTORES QUE MODIFICAN EL LÍMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA

FACTOR DE TAMAÑO kb

FACTOR DE MODIFICACION DE LA CARGA kc

FACTOR DE SUPERFICIE kaEl factor de

modificación depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y de la resistencia a la tensión

Donde Sut es la resistencia mínima a la tensión y los valores de a y b se encuentran en la siguiente tabla

Sin embargo para cargas axiales no hay efecto de tamaño, por lo que el factor de tamaño kb seria 1.

FACTOR DE MODIFICACION

DE LA TEMPERATURA kd

La temperatura modifica las propiedades mecánicas de los materiales, además de las resistencias a fluencia, fatiga y última.

La obtención del Kd resulta muy complicada, se recomienda la realización de pruebas en el laboratorio para su obtención. A continuación se presentan algunas correlaciones válidas para su cálculo.

FACTOR DE CONFIABILIDAD

ke

Utilizando ecuaciones estadísticas correspondientes a la campana de Gauss (distribución normal) se obtiene la siguiente tabla

FACTOR DE EFECTOS VARIOS

kF

Corrosión

Recubrimiento Electrolítico

Metalizado por aspersión

Frecuencia Cíclica

Corrosión por frotamiento

LÍMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA

Se resuelve con:

Sut es la resistencia a la tensión mínima. El símbolo de prima en S´e en estas ecuaciones se refiere a la propia muestra de viga rotativa.

Ecuación de Marín

CRITERIO DE FALLA POR FATIGA ANTE ESFUERZOS VARIABLES

Loa esfuerzos asociados a los esfuerzo fluctuante, esfuerzo medio y su amplitud, o componente alternante, de la resistencia a la fatiga de partes sometidas a esos esfuerzos.

Cuando el esfuerzo medio es de compresión, la falla ocurre cuando σa = Se

o cuando σm￡x = Syc,

COMBINACIONES DE MODOS DE CARGA

Un esfuerzo sencillo completamente reversible que se maneja con el diagrama S-N.

Puede resultar útil pensar en los problemas de fatiga en tres categorías:

Cargas simples completamente reversibles Cargas simples fluctuantes Combinaciones de modos de carga

ESFUERZOS VARIABLES Y FLUCTUANTES; DAÑO POR FATIGA ACUMULADA

Un esfuerzo completamente reversible σ1 durante n1 ciclos, σ2 durante n2 ciclos, , o Una recta de tiempo oscilatoria de esfuerzo que presenta muchos y diferentes picos y valles

Número de picos. Todos los máximos Los máximos globales Todos los cruces de pendiente positiva Una modificación del método Cada variación máx-mín local. La técnica de conteo de rain-flow.

Un solo esfuerzo completamente reversible compuesto de n ciclos, suponga que una parte de una máquina, en una ubicación crítica, se somete.

VELOCIDADES CRÍTICAS, COMPONENTES, LÍMITES Y AJUSTES

Cuando la geometría es simple, como la de un eje de diámetro uniforme, simplemente apoyado, puede expresarse como

Velocidades críticas de ejes

Límites y ajustesComponentes diversos de los

ejes

A ciertas velocidades el eje es inestable

Las deflexiones se incrementan sin un límite superior

La forma de la deflexión dinámica se desconoce

El eje debido a su propia masa, tiene una velocidad crítica.

Mediante una curva de deflexión estática se obtiene una estimación excelente de la velocidad crítica.

Momento y deflexión cero en ambos cojinetes

Tornillos de fijaciónLos tornillos de fijación se basan en la compresión

Cuñas y pasadoresLas cuñas y los pasadores se utilizan sobre ejes para fijar elementos rotatorios, como engranes, poleas o ruedas.

Anillos de retenciónSe emplea un anillo de retención, en lugar de un hombro de eje o un manguito, para posicionar axialmente un componente sobre un eje o en un agujero de alojamiento.

El diseñador tiene libertad para adoptar cualquier configuración geométrica de ajuste para ejes y agujeros que garantice la función propuesta.

NORMAS Y DEFINICIONES DE ROSCAS

El paso es la distancia entre dos cuerdas adyacentes, medida en forma paralela al eje de la rosca. El paso en unidades inglesas es el recíproco del número de cuerdas por pulgada N.

El avance l, que no se muestra, es la distancia que se desplaza una tuerca en forma paralela

El diámetro mayor d es el diámetro más grande de una rosca de tornillo.

El diámetro de paso dp es un diámetro teórico entre los diámetros mayor y menor.

El diámetro menor (o raíz) dr es el diámetro más pequeño de una rosca de tornillo.

UNIONES PERMANENTES: SOLDADURA, SIMBOLOGÍAAPLICADA, RESISTENCIA, CONDICIONES DE CARGA

Al diseñar componentes soldadas es preferible seleccionar un acero que proporcione una soldadura rápida y económica, aunque quizá requiera un sacrificio de otras cualidades, como la maquinabilidad.

En la actualidad, los esfuerzos permisibles se basan en el límite elástico del material, en vez de la resistencia última; asimismo, el código permite usar una variedad de aceros estructurales ASTM, con límites elásticos que varían de 33 a 50 kpsi.

Carga por fatiga

En fatiga, el método más conveniente es el de Gerber; sin embargo, el método de Goodman es muy utilizado.

Para los códigos de soldadura, los esfuerzos de fatiga permisibles se encuentran en el manual de AISC.

Símbolos de soldadura

El cuerpo del símbolo contiene todos los elementos que se consideran necesarios:

Las soldaduras deben especificarse con precisión en los dibujos de trabajo, lo cual se hace mediante los símbolos de soldadura, los cuales deben ser estandarizados por la American Welding Society (AWS). La flecha de este símbolo apunta hacia la unión que se va a soldar.

a) Soldadura de puntos

ELEMENTOS DE CONTACTO RODANTE: TIPOS DE RODAMIENTOS, SELECCIÓN, LUBRICACIÓN Y MONTAJE

Los rodamientos se fabrican para soportar cargas radiales puras, cargas de empuje puras o una combinación de ellas, en la que también se muestran las cuatro partes esenciales de un cojinete. Dichas partes son: el anillo exterior, el anillo interior, las bolas o elementos rodantes y el separador. En los cojinetes baratos, algunas veces se omite el separador, a pesar de que realiza la importante función de aislar los elementos de manera que no ocurra contacto de rozamiento entre ellos.

Selección de rodamiento

En fatiga, el método más conveniente es el de Gerber; sin embargo, el método de Goodman es muy utilizado.

Para los códigos de soldadura, los esfuerzos de fatiga permisibles se encuentran en el manual de AISC.

Lubricación y Montaje

LUBRICACIONEs el fenómeno que ocurre cuando un lubricante se introduce entre superficies que están en contacto rodante puro.

MONTAJEExisten tantos métodos para el montaje de cojinetes antifricción que cada nuevo diseño resulta un verdadero desafío al ingenio del diseñador. El diámetro interior del alojamiento y el diámetro exterior del árbol tienen límites de tolerancia muy estrechos, lo cual es muy costoso. Por lo general, se debe hacer una o más operaciones de abocardado, varias de refrentado y otras de taladrado y roscado interior en el árbol, en el alojamiento o en la placa de cubierta.

Tipos de rodamiento

Algunos ejemplos comunes son el contacto entre los dientes de engranajes y el que se presenta en los cojinetes de rodillos y en las superficies de levas y sus seguidores.

Algunos ejemplos comunes son el contacto entre los dientes de engranajes y el que se presenta en los cojinetes de rodillos y en las superficies de levas y sus seguidores.

El diámetro interior del alojamiento y el diámetro exterior del árbol tienen límites de tolerancia muy estrechos, lo cual es muy costoso. Por lo general, se debe hacer una o más operaciones de abocardado, varias de refrentado y otras de taladrado y roscado interior en el árbol, en el alojamiento o en la placa de cubierta