2
DISEÑO DE MÁQUINAS EL DISEÑO Diseñar es formular un plan para satisfacer una necesidad específica o resolver un problema. Si el plan resulta en la creación de algo físicamente real, entonces el producto debe ser funcional, seguro, confiable, competitivo, útil, que pueda fabricarse y comercializarse. El diseño es un proceso innovador y altamente iterativo. También es un proceso de toma de decisiones. Algunas veces éstas deben tomarse con muy poca información, en otras con apenas la cantidad adecuada y en ocasiones con un exceso de información parcialmente contradictoria. Algunas veces las decisiones se toman de manera tentativa, por lo cual es conveniente reservarse el derecho de hacer ajustes a medida que se obtengan más datos. Lo importante es que el diseñador en ingeniería debe sentirse personalmente cómodo cuando ejerce la función de toma de decisiones y de resolución r esolución de problemas.
3
DISEÑO DE MÁQUINAS F a s e s e in i n t e r a c c i o n e s d e l p r o ce c e s o d e d i s eñ eñ o ¿.Qué es el proceso de diseño? ¿Cómo comienza? ¿El ingeniero simplemente se sienta en la silla de su escritorio con una hoja de papel en blanco y anota algunas ideas'? ¿Qué sucede después? ¿Que factores influyen o controlan las decisiones que deben tomarse? Por ultimo, ¿cómo termina el proceso de diseño?
4
DISEÑO DE MÁQUINAS C o n s id i d e r a c io io n e s d e d i s e ñ o Algunas veces la resistencia que requiere un elemento de un sistema significa un factor importante para determinar su geometría y dimensiones. En esa situación se dice que la resistencia es una consideración de diseño importante. Cuando se emplea la expresión consideración de diseño se involucra de manera directa alguna característica que, influye en el diseño del elemento, o tal vez en todo el sistema. A menudo se deben considerar muchas de esas características en una situación de diseño dada. Entre las más importantes se pueden mencionar (no necesariamente en orden de importancia):
5
DISEÑO DE MÁQUINAS C o n s id i d e r a c io io n e s d e d i s e ñ o
6
NORMAS Y CODIGOS Normas
Una n o r m a es un conjunto de especificaciones para partes, materiales o procesos establecidos a fin de lograr uniformidad, eficiencia y cantidad eespecificadas. specificadas. Uno de los propósitos importantes de una norma es poner un límite, un número de artículos en las especificaciones para proporcionar un inventario razonable razonable de herramientas, tamaños, tamaños, formas y variedades.
7
NORMAS Y CODIGOS Códigos Un código es un conjunto de especificaciones para analizar, diseñar, manufacturar y construir algo. El propósito de un código consiste en lograr un grado específico de seguridad, eficiencia y desempeño o calidad. Es importante observar que los códigos de seguridad seguridad absoluta.
implican
De hecho, la seguridad absoluta es imposible de obtener. Algunas veces realmente acontece un suceso inesperado. Diseñar un edificio para que resista un viento de 120 mi/h no significa que el diseñador piense que un viento de 140 mi/h es imposible; sólo significa que piensa que es muy improbable.
8
NORMAS Y CODIGOS Todas las organizaciones y sociedades que se presentan enseguida han establecido especificaciones para normas y códigos de diseño o seguridad. El nombre de la organización proporciona una guía de la naturaleza de la norma o código American Gear Gear Manufacturers Association (AGMA) American Institute Institute of Steel Construction (AISC) American Iron and Steel Institute Institute (AISI) American National National Standards Institute Institute (ANSI) American Society Society of Mechanical Engineers (ASME) (ASME) American Society Society of Testing and Materials (ASTM) (ASTM) American Welding Welding Society (AWS) American Bearing Bearing Manufacturers Manufacturers Association (ABMA) (ABMA) British Standards Institution (BSI) Industrial Fasteners Institute (IFI) International Standards Organization (ISO) National Institute for Standards and Technology (NIST) Society of Automotive Engineers (SAE)
9
FACTOR DE SEGURIDAD Los ingenieros emplean el factor de seguridad para asegurarse contra condiciones inciertas o desconocidas. Los factores de seguridad a veces están prescritos en códigos pero en la mayoría de las veces son fruto de la experiencia. El factor de seguridad es la relación entre los esfuerzos normal permisible y el esfuerzo normal de diseño.
Si ns > 1 el diseño es adecuado. Entre mayor sea n s más seguro será el diseño.
10
FACTOR DE SEGURIDAD Determinar el valor exacto para el factor de seguridad es algo complicado debido a que no hay parámetros que establezcan normas claras al respecto, pero a continuación se presenta el método de Pugsley que establece una ecuación para determinar n s :
Donde: nxx: Factor de seguridad que involucran características A, B y C n yy : Factor de seguridad que involucran características D y E A: Calidad de los materiales. materiales. B: Control sobre la carga aplicada. C: Exactitud del análisis del esfuerzo. D: Peligro para el personal. E: Impacto económico.
11
FACTOR DE SEGURIDAD B
Caracteristica
A =mb
A =b
A =r
A =p
C=
C=
C=
C=
mb= muy bi e n r= re gul ar
mb
b
r
p
mb
1.1
1.3
1.5
1.7
b
1.2
1.45
1.7
1.95
r
1.3
1.6
1.9
2.2
p
1.4
1.75
2.1
2.45
mb
1.3
1.55
1.8
2.05
b
1.45
1.75
2.05
2.35
r
1.6
1.95
2.3
2.65
p
1.75
2.15
2.55
2.95
mb
1.5
1.8
2.1
2.4
b
1.7
2.05
2.4
2.75
r
1.9
2.3
2.7
3.1
p
2.1
2.55
3.0
3.45
mb
1.7
2.05
2.4
2.75
b
1.95
2.35
2.75
3.15
r
2.2
2.65
3.1
3.55
p
2.45
2.95
3.45
3.95
b= bien p= pobre
12
FACTOR DE SEGURIDAD EJEMPLO: Un cable metálico se usa en un elevador que transporta gente hasta el vigésimo piso de un edificio. La carga del elevador puede sobrepasar su planeamiento en un 50% antes de que un interruptor de seguridad apague el motor. ¿Cuál es el factor de seguridad?
SOLUCION : A= mb, porque amenaza vidas B= r ó p, puesto que son posibles sobrecargas. C= mb, debido a que esta altamente regulado. D= ms, porque puede morir gente si el elevador se cae, E= s, demandas posibles.
13
FACTOR DE SEGURIDAD De la tabla 11 del documento obtenemos los valores de
nxx y n yy
El método de Pungsley podría sugerir que un cable metálico sea diseñado con un factor de 2.4. Pero si trabajamos con normas industriales algunos códigos el factor de seguridad no será menor de 7.6 e incluso puede llegar a 11.9 (norma ANSI 1995).
14
EJERCICIOS Una varilla con sección transversal de área A y cargada en tensión con una carga axial de P = 2 000 Ibf soporta un esfuerzo de σ = P/A. Use una resistencia de material de 24 kpsi y un factor de diseño de 3.0 para determinar el diámetro mínimo de una varilla circular sólida.
15
EJERCICIOS El siguiente siguiente tamaño comercial más alto alto es 5/8 = 0.625 pulg. Así que, de acuerdo con la misma ecuación desarrollada anteriormente, el factor de seguridad n es
Por lo tanto, el redondeo del diámetro ha incrementado el factor de diseño real.
16
EJERCICIOS 1.
Calcular el factor de seguridad en el diseño de las columnas de un edificio de cinco pisos, si las columnas no están sobredimensionadas en función de la carga de diseño, el edificio esta destinado para su uso como departamentos.
2.
Si una máquina esta destinada para formar parte de una cadena de producción en serie, está diseñada para entrar en una línea totalmente automatizada y el único contacto con las personas se da en la parte de la puesta a punto de la línea de producción, producción, durante el trabajo no es necesaria la participación participación de personal. personal. La exactitud exactitud del trabajo trabajo que desempeña la máquina es de alta precisión y su función dentro dentro de la línea de producción es de alta prioridad. ¿Cuál es el factor de seguridad?
3.
¿Cual es el factor de seguridad para el diseño de un automóvil de carreras, el cual estará sometido a exigencias bastantes fuertes de velocidad, y sus elementos mecánicos están sobredimensionados sobredimensionados en un 25% más de lo requerido en función de las cargas esperadas.
