8ic'ael 8orales 9rias, 20122:0: e;mail< mmoralesa1=>"mail$com
Ena!" #$ %"ri&n otros tipos de esfuerzos mecánicos, esto lo 'ace indispensable en el dise3o de realiz realizació ación n de un ensayo ensayo de torsió torsión n aplicad aplicado o a una com compone ponent ntes es$$ 2 2$ Es sobr sobre e todo todo muy muy probeta de acero 1020 de donde se obtuvo un esfuerzo rtante en a(ue (uellos elemen ementtos (ue máximo de 56,1 !"#mm 2 y se notó una deformación importa transmi mite ten n pote potenci ncia a y de uso com4 com4n n en la bastante "rande respecto al ensayo de tracción$ %as trans pruebas se realizaron en la Escuela Electromecánica$ indu indust stri ria a tale taless como como ci" ci"e3 e3al ales es o e/es e/es de &ic'o ensayo tiene como función estudiar los materiales transmisión$ (ue cuando cuando están están en servic servicio io experi experimen mentan tan car"as car"as -e debe tomar en cuenta las deformaciones principalmente elementos (ue transmiten potencia, en (ue se dan en un e/e circular a diferencia de este caso se aplica momento torsor en un extremo de la probet etas as cuad cuadra rada das, s, en un e/e e/e circ circul ular ar la probeta por(ue la má(uina del laboratorio solo tiene esa prob función$ defo deform rmac ació ión n es unif unifor orme me al some somete ters rse e a torsi torsión, ón, toda todass sus sus secc seccio ione ness tran transv svers ersal ales es PALABRAS CLAVE: torsión, esfuerzo cortante, permanecen planas y sin distorsión, de otra momento resistente polar, distorsión$ manera aun(ue todas las secciones a lo lar"o del del e/e e/e "ira "iran n a dife difere rent ntes es cant cantid idade ades, s, cada cada ABSTRACT— )n t'is report it*s presented torsión sección transversal "ira como una placa esto test applied to a steel cylinder 1020 +'ere it obtained es muy diferente en placas no circulares como maximum effort of 56$1 !" # mm2 and a fairly lar"e deformation +as noted compared to t'e tensile test$ 'e una barra con sección transversal cuadrada en tests +ere conducted in t'e Electromec'anical -c'ool$ la cual al estar sometida a torsión sus distintas -uc' test serve to study materials t'at function +'en in secc seccio ione ness tran transv sver ersa sale less se tuer tuerce cen n y no service loads experienced primarily po+er transmittin" permanecen planas 7$ elements, in t'is case tor(ue is applied at one end of t'e piece piece becaus because e t'e labora laborator toryy mac'in mac'ine e only 'as t'at t'at En este ensayo al i"ual (ue en el tracción se obtiene un "ráfico muy similar llamado "ráfico function$ esfuerzo cortante vrs distorsión por el (ue es posibl ble e dete determ rmin inar ar la re"i re"ión ón elás elástitica ca del del torsion sion,, s'ear 'ear stres tress, s, polar olar posi KEYWORDS: tor resistance momento, distortion$ materia, la zona plástica, la fractura y el punto de fluencia en el cual el material pasa de tener un comportamiento elástico a uno plástico$ I. INTRODUCCIÓ CIÓN %os ensayos de torsión consisten en .aplicar un momento (ue tiende a 'acer "irar a un miembro con respecto de su e/e lon"itudinal$ 1$ El ensa ensayyo se real realiz iza a con con una una má(u má(uin ina a de car"a y se debe medir además el án"ulo de Figura 1. &escripción "ráfica probeta normada torsión resultante en el extremo de la probeta$ para ensayo de torsión Este ensayo es indispensable debido a (ue la torsión es uno de los esfuerzos mecánicos (ue &onde de la fi"ura 1 se tiene (ue % 0 es la ocas ocasio iona nan n la may mayor cant cantid idad ad de fall fallas as en lon"itud 4til de la probeta y % la lon"itud total, componentes componentes de má(uinas en servicio servicio esto se además se observa el tor(ue (ue 'ace "irar debe a (ue .%os metales poseen una menor la probeta respecto a su e/e lon"itudinal$ resistencia a los esfuerzos cortantes (ue a Es necesaria la su/eción en mordazas para
RESUMEN— En el presente informe se expone la
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este tipo de probeta circular, para (ue la misma no se moviera y afectara los resultados, como se muestra en la fi"ura 2$
Figura '. -u/eción de la probeta En la fi"ura 7 se pueden ver las diferentes zonas del "ráfico esfuerzo;deformación la zona plástica es donde el material se estira y recobra su forma ori"inal, la zona de deformación plástica donde el material se estira y ya no recobra su tama3o ori"inal y posteriormente la zona de rotura donde el material se rompe$ El punto de fluencia es el punto en donde se pasa de deformación
elástica a deformación plástica$ Figura (. ?onas "ráfico esfuerzo cortante vrs distorsión
II. MATERIALES Y M)TODOS E*+"i,i&n +"r +ar%$ #$- +r"$"r El profesor presentó los fundamentos teóricos de este ensayo el cual es muy similar al de tracción, definió el ensayo de torsión como el sometimiento de una probeta norma o estándar a un esfuerzo cortante puro, a trav@s de un momento de torsión, en los extremos de la probeta$ Explicó tambi@n como en este ensayo se obtiene un "ráfico esfuerzo cortante vrs distorsión en el cual se puede observar la zona plástica y elástica del material en estudio, asA como el punto de fractura y punto de fluencia$ )ndicó tambi@n la importancia (ue tiene este ensayo debido a (ue la mayor cantidad de componentes fallan por este esfuerzo$ %os materiales (ue com4nmente lo experimentan son los componentes para transmitir potencia al"unos e/emplos son e/es, ci"e3ales y má(uinas rotatorias$ R$,"n",i/i$n%" #$ -a in%a-a,i"n$0 $ui+" ! +i$2a #$ %ra3a4" %a realización de este ensayo se realizó en la escuela de Electromecánica con buena iluminación tanto natural como artificial, ambiente limpio y ordenado$ El e(uipo estaba en una mesa fi/a, el e(uipo es 8arca inius Blsen consta de un par de mordazas una fi/a y una móvil Cfi"ura D, la cual presenta las distancias y un indicador del momento aplicado por medio de a"u/as Cfi"ura 5D$
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Figura 5. E(uipo utilizado marca inius Blsen
Figura 7. robeta acero 1020 y pie de rey utilizados R$a-i2a,i&n #$ -a +ru$3a •
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Figura 6. E(uipo utilizado mordazas -e analizó una probeta de acero 1020 de tipo cilAndrico y para su medición se utilizó un pie de rey como se observa en la fi"ura 6$
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-e entre"ó al "rupo la probeta de acero 1020 a las cuales se le midió su diámetro por medio de un pie de rey$ -e marcó su centro con una lAnea 'ec'a con un pilot$ -e realizó una tabla con los valores por vuelta para asA anotar los momentos y los án"ulos indicados por el e(uipo$ -e su/etó la probeta en las mordazas por medio de una llave 'exa"onal debido a (ue cada mordaza tenAa a/uste manual fue necesario revisar (ue (uedara bien centrada$ -e a/ustó el cero pieza en la má(uina en las diferentes escalas$ Fna persona indicaba las distancias, mientras (ue otra persona indicó a una tercera persona cuando pasaba por la marca para (ue anotara en el indicador el momento indicado$ Esto es una limitación de la má(uina por ser un e(uipo bastante anti"uo$ -e anotaron los valores momento torsor y el án"ulo se"4n las marcas realizadas en el indicador$
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=00 :150 =50 :150 H00 :150 Va-"ra,i&n #$- $na!" H50 :200 :00 :200 El profesor indicó (ue por medio de este :50 :250 ensayo se puede calcular las tensiones de 1050 :250 cortadura y asA "enerar un "ráfico esfuerzo 1100 :250 cortante contra án"ulo de torsión para estudiar :250 propiedades del material tales como módulo 1150 :750 de ri"idez al corte y el esfuerzo cortante de 1200 1250 :750 fluencia$ 1700 :750 III. AN8LISIS Y RESULTADOS 1750 :750 :750 &e acuerdo a lo explicado por el profesor se 100 :50 pudo corroborar y comprender de manera 150 co'erente los resultados experimentales con 1500 :50 los datos teóricos esperados$ 1550 :50 ara la probeta analizada de acero 9)-) 1020 1600 :50 se presentan los datos obtenidos del án"ulo y 1650 :50 momento torsor (ue nos dio la má(uina$ 1=00 :550 1=50 :550 Ta3-a 1. Gn"ulo y momento torsor del ensayo 1H00 :550 de torsión para probeta de acero 9)-) 1020 1H50 :550 8ngu-" M"/$n%" %"r"r 1:00 :650 10 5100 1:50 :650 20 =100 2000 :650 70 =550 2050 :650 0 =H00 2100 :=00 50 H000 2150 :=00 =0 H200 2200 :=00 :0 H50 2250 :=00 110 H600 2700 :H00 170 H650 2750 :H00 150 H=50 200 :H00 1H0 HH00 250 :H00 210 HH50 2500 200 20 HH50 2=0 HH50 El diámetro de la probeta fue de :,60 mm, con 700 HH50 este dato y los mostrados en la tabla 1 750 HH50 mediante las si"uientes fórmulas se calcularon 00 :000 las tensiones de cortadura y el momento 50 :000 resistente polar como se indica en la tabla 2$ 500 :000 550 :000 πΦ Ecuación 1 W p 600 :000 16 650 :000 •
-e desmontó la probeta y se vio como (uedó$
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=
4
τ
M d
=
W p
Ecuación 2
Ta3-a '. Ialor de momento resistente polar y tensiones de cortadura acero 9)-) 1020 J Cmm7D ensiones de cortadura C!"#mm2D 1=7,=2 2:,76 0,H= 7,6 ,: 6,05 =,2 H,6 :,5 :,=: 50,7= 50,66 50,: 50,: 50,: 50,: 50,: 51,H1 51,H1 51,H1 51,H1 51,H1 51,H1 52,6= 52,6= 52,6= 52,:6 52,:6 57,25 57,25 57,25 57,25 57,H2 57,H2 57,H2 57,H2 57,H2 5, 5,
5, 5, 5, 5,:= 5,:= 5,:= 5,:= 55,55 55,55 55,55 55,55 55,H 55,H 55,H 55,H 56,1 56,1 56,1 56,1 1,15 -e puede ver (ue el esfuerzo cortante máximo (ue soporta la probeta de acero 9)-) 1020 es de 56,1K" por mm2, se observó (ue la deformación es muc'o mayor (ue un ensayo de tracción y se forma un tipo de .estrAas a lo lar"o de la lon"itud 4til de la probeta como se observa en la fi"ura =$ En el "ráfico de la fi"ura H se puede observar el comportamiento del material durante el ensayo$
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Gráfco esuerzo cortante vrs ángulo de gir
Figura 9. robeta de acero 1020 fracturada Figura . Lráfico esfuerzo cortante vrs án"ulo de "iro IV. CONCLUSIONES El esfuerzo máximo (ue soportó la probeta de acero 9)-) 1020 es de 56,1K" por mm2$
El momento resistente polar para la probeta de acero 9)-) 1020 es de 1=7,=2 mm7$ %a deformación en el ensayo de torsión es muc'o mayor (ue en el ensayo de tracción$ El ensayo de torsión es de suma importancia para ele"ir un material adecuado para elementos (ue se encar"an de transmitir potencia$
V. BIBLIO;RAF
Qarta"o< Editorial ecnoló"ica de Qosta Nica$ 1 RSerdinand $ TeerR, RE$ Nussell Oo'nstonR, ROo'n $ &e+olfR$ C200D$ 8ecánica de materiales Ctercera ed$D$ 8@xico< 8c Lra+ Mill$
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