UNIDAD II

PROB.- La barra articulada AB es de acero 3140 laminado. Indique el ancho de la misma si su espesor es de ½ in, sabiendo que se diseña con un factor de seguridad de 3.5, además suponga que la barra articulada se reforzará adecuadamente alrededor de los pasadores A y B, impidiendo el uso de coeficientes de concentración.

PROB.- Si la viga de acero de la figura, tiene 150 mm de diámetro, esta cargada como se ilustra, con la carga P variando de 2000 a 10000 N. Tiene un Sult de 550 Mpa y un Syp de 345 Mpa, determine si su funcionamiento es seguro en forma continua, y de ser así indique el punto de posible falla, comprobándolo.

PROB.- Considerando que las barras de la figura se fabrican: Las de acero (2317 laminado) de ½ de in de diámetro y la de latón (con E = 15 x 106 Psi; Syp = 60000 Psi) de ¾ de in de diámetro y que ninguna de las barra se encuentra sometida a esfuerzo antes de aplicar la carga, utilizando la teoría de la Energía de Distorsión, indique si la estructura es segura.

PROB.- Sabiendo que el cable BD de la figura, se fabricará de un acero 4140 laminado y que tiene un diámetro de ½ in, indique si el mismo trabajaría en forma satisfactoria para la carga indicada.

PROB.- Una señal esta sostenida por un tubo (véase figura) que tiene un diámetro exterior de 100 mm y 80 mm de diámetro interior. Las dimensiones de la señal son de 2 m por 0.75 m y su borde inferior esta 3 m por encima del apoyo. Si la presión del viento sobre la señal es de 2.5 kPa y el C.S. de 2, determine el tipo de acero con que fabricaría el tubo, utilizando la teoría de la cortadura máxima.

PROB.- Se aplican las fuerzas ilustradas al elemento AB de la figura, que se suelda al cilindro DE, de diámetro externo de 30 mm. y diámetro interno de 20 mm., suponiendo que la sección de análisis es la que se encuentra a 180 mm del punto E ilustrado y que trabaja con un coeficiente de seguridad de 3, indique el material con el que se fabricaría el cilindro, por la teoría de Cortadura máxima.

PROB.- Un cuerpo cargado con esfuerzos normales S1 y S2 tiene un C.S. que según la teoría de Mises-Hencky es 10 % mayor que el C.S. calculado por la teoría de la Cortadura máxima. Si S1 es de 70 Mpa, encuentre el valor de S2, indicando el material del que haría la pieza.

PROB.- La viga de la figura es torneada de 1in de diámetro, con L = 10 in y a = 2 in, esta cargada con una fuerza que varia de 60 Lb hacia abajo, hasta 100 Lb hacia arriba, si se fabrica de un acero 1045 laminado, determine el factor de diseño.

PROB.- Se aplican las fuerzas ilustradas al elemento AB de la figura, que se suelda al cilindro DE, de diámetro externo de 30 mm. y diámetro interno de 20 mm., suponiendo que su punto de análisis es el apoyo E, donde se tiene una concentración de tensiones de valor despreciable y que trabaja con un coeficiente de seguridad de 3, indique el material con el que se fabricaría el cilindro, por la teoría de Mises-Hencky.

PROB.- Los diámetros interior y exterior de un tubo de fundición clase 30 son 100 y 150 mm. respectivamente. Se realiza una prueba de transmisión de potencia con un dinamómetro de torsión, obteniéndose un Angulo de torsión de 0.13 grados, sobre una longitud de 250 mm., cuando la velocidad fue de 500 Rev./min. Si además de ese momento de torsión, actúan en el tubo un momento flector de 15 KN-m, junto con una fuerza de compresión axial de 80 KN. Indique si es seguro en su funcionamiento.

PROB.- La viga de la figura es torneada de 1in de diámetro, con L = 10 in y a = 2 in, esta cargada con una fuerza que varia de 60 Lb hacia abajo, hasta 100 Lb hacia arriba, si se fabrica de un acero 1045 laminado, determine el factor de diseño.

PROB.- El elemento DF de la figura está soportado por un cable AC apuntalado como se muestra. Si este cable es de acero 1045 estirado y trabaja con un C.S. de 2, ¿cuál sería el diámetro requerido para el mismo?

PROB.- Una placa de acero con las dimensiones que se ilustran en la figura esta expuesta a un esfuerzo de tensión de 150 KN y a un momento flexionante de 300 N-m. La placa está hecha de acero 1060 laminado en caliente y recosido. Si se le hace un agujero en el centro como se muestra. ¿Cuál es el diámetro del agujero para que el C.S. sea de 1.5?

PROB.- El eje que se presenta en la figura gira a alta velocidad mientras que las cargas impuestas permanecen estáticas. El eje es maquinado en acero (Sult = 89000 Psi; Syp = 55000 Psi). Si la carga es suficientemente grande para producir una falla por fatiga después de un millón de ciclos. ¿Dónde será más probable que la falla ocurra? Muestre todos los cálculos necesarios y el razonamiento.

PROB.- En la pequeña prensa mostrada en la figura A, se ejerce una fuerza W = 1000 lb. entre la prensa y el tornillo. a) Si el material es un acero 1045 laminado y la prensa trabaja con un C.S. de 1.6, por la teoría de cortadura máxima, ¿Indique si la prensa está diseñada adecuadamente, desde el punto de vista de su resistencia ?. e, b) Si el diseño no es apropiado, ¿ Qué cambios deberían hacerse para mejorarlo ?. Suponer que el análisis se hace después de apretar el tornillo.

Figura A

PROB.- Un eje de acero con diámetro d = 2.5 in sostiene una polea de 30 in de diámetro que pesa 500 Lb (véase figura). Las tensiones de la banda (fuerzas horizontales) son 1750 Lb y 250 Lb, si la base del diseño para el eje, es el cojinete, que se encuentra localizado a 6 in de la polea y se estima que trabaja con un C.S. de 1.8, por la teoría de Mises-Hencky indique el tipo de acero del eje.

PROB.- Si la viga de acero de la figura, tiene 150 mm de diámetro, esta cargada como se ilustra, con la carga P variando de 2000 a 10000 N. Tiene un Sult de 550 Mpa y un Syp de 345 Mpa, determine si su funcionamiento es seguro en forma continua, y de ser así indique el punto de posible falla, comprobándolo.

PROB.- Una manivela construida con secciones cilíndricas soldadas requiere una carga de 250 Lb para vencer la resistencia cuando se halla en la posición mostrada en la figura. Para cumplir lo anterior se considera que la misma opera con un C.S. de 2 y que la posibilidad de falla se presenta en la sección A-A, indique el material del que la construiría para evitar la falla.

PROB.- La barra plana que se muestra en la figura es de acero al alto carbono estirado en frío con una resistencia a la fluencia de 380 Mpa y una resistencia a la rotura de 615 Mpa. . la variación de la carga axial media cíclica diferente de cero, va de un mínimo de 2 KN a un máximo de 10 KN. Utilizando la teoría de falla determine el C.S. para el agujero, el filete y la acanaladura. Indique también donde fallará primero la barra plana.

PROB.- Una placa de acero con las dimensiones que se ilustran en la figura esta expuesta a un esfuerzo de tensión de 150 KN y a un momento flexionante de 300 N-m. La placa está hecha de acero 1060 laminado en caliente y recosido. Si se le hace un agujero en el centro como se muestra. ¿Cuál es el diámetro del agujero para que el C.S. sea de 1.5?

PROB.- Para la manivela mostrada en la figura y que se le aplica una carga de 2000 Lb. como se muestra. Si se considera que la falla se puede presentar en la sección A-A, cuyo diámetro es de 2 in, ya que se le agujerará, causando un coeficiente de concentración de tensiones de 2. Indique el tipo de acero conveniente para su fabricación. Aplique la teoría de la cortadura máxima.

PROB.- La barra redonda mostrada en la figura, está montada como una viga en voladizo y tiene una ranura como se indica. El material tiene un Syp de 60000 Psi y un C.S. de 2.5. determine si La barra fallará según la teoría de la Cortadura Máxima.

PROB.- Una barra plana de acero de 2 x 1 in está doblada en la forma ilustrada en la figura. La carga F varia de 1000 a 4000 Lb. El material tiene una resistencia última a la tracción de 80000 Psi, un limite de fluencia de 50000 Psi y un limite de fatiga (en flexión con inversión) de 40000 Psi. Determine el C.S. si el punto P es el que debe de analizarse, considerando los factores por acabado superficial maquinada y siendo de ½ in la probeta de fatiga.

PROB.- La varilla que se ilustra en la figura está hecha de acero laminado 1045 y tiene dos dobleces a 90 0. Use la Teoría de Diseño de Cortadura Máxima y la Teoría de Diseño de la Energía de Distorsión, para determinar el diámetro mínimo de la varilla, para un factor de seguridad de 2 en la sección más crítica.

PROB.- El eje de la figura gira. Encuentre la longitud l si el esfuerzo de flexión en el filete es igual al esfuerzo en el centro.

PROB.- Una correa de cuero curtido al roble de 0.516 por 25.4 cm, actúa sobre poleas de madera de 60.96 cm de diámetro, que giran a 600 r.p.m. La correa se tensa hasta que el arco activo es de 1200 y la tensión en el lado tractor es de 17.58 Kg/cm2. Encuéntrese la tensión en el lado tractor después de que se ha tensado la correa hasta que el arco activo es de 1800. La potencia transmitida se mantiene constante. El material pesa 0.969 Kg/dm3.

PROB.- una transmisión articulada soporta fuerzas de 136 Kg cuando trabaja sin carga. La polea menor es de madera, de 22.9 cm de diámetro y está a la misma cota que la polea grande de 86.4 cm de diámetro. La distancia entre centros es de 82.55 cm. La correa es de cuero curtido al roble; m=30.5 cm, f=35.6 cm. Encontrar la capacidad de potencia en estado seco. El motor gira a 1150 r.p.m.

PROB.- a) Una correa doble de tipo medio de 0.794 por 25.4 cm. actúa, entre dos poleas de 60.96 cm. con una distancia entre centros de 5.49 m, a 400 r.p.m. Supóngase que inadvertidamente un mecánico del taller aumenta la distancia entre centros 15.24 cm. a partir de la posición sin flecha, mediante las tuercas de tensado. Si la correa ha de transmitir 50 HP, ¿cuál es el valor de la tensión en el lado tractor?

b) Determínese el valor del alargamiento inicial correcto para un coeficiente de rozamiento de 0.35 si la totalidad del arco de contacto es activo. Encuéntrese la tensión en el lado tenso de la correa. El peso de ésta es de 0.969 Kg./dm3.

PROB.- En una transmisión por banda plana con bandas paralelas el motor y la polea se pivotean en el punto O, como se observa en la figura. Calcule la potencia máxima transmitida a 1200 r.p.m. El motor y la polea juntos tienen una masa de 50 Kg. en el centro del eje. Las fuerzas centrifugas sobre la banda tienen que incluirse en el análisis. El coeficiente de fricción es de 0.3, el área de la banda es de 300 mm2 y la densidad es de 1500 Kg./m3.

PROB.- La banda y la polea del problema anterior, por necesidad de trabajo deberán de sustituirse por un sistema de transmisión por cadena de rodillo, haciendo las siguientes consideraciones:

a) Se transmitirá la misma potencia a una maquina dragadora, misma que será generada por un motor de combustión interna, acoplado a una transmisión mecánica con choque moderado.

b) Los diámetros de las flechas motora e impulsada se intenta sean de 2 in, pudiéndose adaptar a la necesidad de las ruedas.

c) La relación de velocidades deberá ser de 4:1d) La distancia entre los centros de las flechas se desea que sea de 40 in. Compruébelo.

Por lo que de lo anterior se le pide que elija la transmisión de cadena más apropiada.

PROB.- Una banda cubierta de goma de 5/16 in por 10 ¼ in, funciona sobre poleas de madera de 76.2 cm. de diámetro y giran a 500 r.p.m. Si el arco activo es de 1200 y la tensión máxima permisible en la banda es de 17.6 Kg./cm2, encuentre la potencia transmitida, si el peso de la banda es de 0.97 Kg./dm3.

PROB.- El sistema de transmisión del problema anterior, debe sustituirse por un sistema de rueda y cadena de rodillo y por necesidad deben de hacerse los siguientes cambios y arreglos:

e) Se transmitirá la misma potencia, que será generada por un motor de combustión interna, acoplado a una transmisión mecánica con carga de choque alta.

f) Los diámetros de las flechas motora e impulsada son de 1.5 in, pudiéndose adaptar a la necesidad de las ruedas.

g) La relación de velocidades deberá ser de 2:1h) La distancia entre los centros de las flechas se desea que sea de 40 in. Compruébelo.

Por lo anterior se le pide que elija la transmisión de cadena más apropiada.