CALCULO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS II
EXAMEN PARCIAL
Profesor.: Ing. Gamarra Chinchay Arturo Alumno.: HUAMAN HUAMAN CHRISTIAN CHRISTI AN Grupo:
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Problema 1
La gran mayoría de productos y los servicios que serán comercializados en el nuevo milenio aun no existen. Pero Per o el éxito de una empresa se basa en la rapidez rapi dez con la que se hallan soluciones a problemas técnicos. ¿Será usted más rápido que las empresas de la competencia? ¿Desea dirigir su negocio o empresa de una forma innovadora Sin perder tiempo en “volver a inventar la rueda"?
Se requiere poner un resorte comprimido dentro de un dispositivo, pero Que este quede libre de introducirlo; en ocasiones el proceso se puede realizar ayudando el proceso de compresión y ensamble con otro(s) componente(s). Sin embargo, en algunos casos comprimir el resorte con otros componente durante el ensamble, dificulta dicho proceso y lo hace muy complicado. Encuentre un método más económico y adecuado para poner el resorte comprimido dentro de un dispositivo. Aplique TRlZ TRlZ y conteste conteste lo siguiente: siguiente:
a) identifique el problema, aclarando las características característica s principales. principales .
b)
El problema consiste en como colocar un resorte comprimido dentro de un dispositivo de una manera practica y sencilla sin necesidad de usar otros componentes de comprensión para q no dificulte el ensamble.
Formule su problema en términos de una contradicción.
Queremos comprimir un resorte hasta su longitud solida pero no debe usarse complementos de comprensión. El resorte una vez vez colocado debe quedar libre por lo q el espacio que ocupara será reducido pero como liberamos de la compresión. A mayor diámetro del alambre, el resorte se opone mas a la compresión y se tiene q usar dispositivos.
c) Para definir la contradicción utilice los descriptores fundamentales que son los 39 parámetros de mejoría y 39 parámetros de empeoramiento. Construya su matriz de contradicciones
Parámetros geométricos y físicos comunes 1y2 3y4 5y6 7y8 9 10 11 12 13 14 15 y 16 17 18 21 26
peso del resorte si es mayor pero difícil de comprimir.r longitud del resorte, si es mas largo tendrá mas espiras. área, mayor abra mayor esfuerzo de compresión. volumen, según sea la capacidad del deposito. velocidad, la variancion de la longitud en el tiempo. fuerza, necesidad para compresión y liberación. presión, va de la mano de la fuerza y área. forma, considerar varios parámetros d, D, C, P Estabilidad, tomando la longitud critica del resorte. Fortaleza, el resorte debe soportar los ciclos de compresión. Duración de la acción, debe ser útil para su función. temperatura. Brillo, cualidad de visión agradable. potencia, energía necesaria que absorbe y libera en el intervalo de Tiempo. Cantidad de sustancia.
Parametros negativos independientes de la técnica. 15 y 16 19 y 20 22 23 24 25 26 30 31 36 37
duracion de la acción, pero la compresión y la extracción. Energia consumida por el subsistema. Gasto de energía. Consumo de sustancia. perdida deinformacion. consumo de tiempo. cantidad de sustancia. Factores nocivos actuando sobre el subsistema. efectos nocivos laterales. Complejidad de un sistema. Complejidad de un control.
Parametros positivos: 13 14 27 28 29 32 33 34 35 36 37 38 39
estabilidad del subsistema. Fortaleza. comfiabilidad. Presicion de medida. presicion de fabricación. manofacturabilidad. comodidad de uso. Responsabilidad. Adaptabilidad. complejidad del sistema. complejidad de control. nivel de automatización. productividad.
Matriz de contradicciones
1 2 3 4 . . . . . . 38 39
1 11 21 31 41
2 12 22 32 42 . . . . .
. .
3 13 23 33 43 . . . . . . . .
…………………….
………………….
………………….
38 138 238 338 438 . . . . . . .
39 139 239 339 439 . . . . . . . .
Problema 2 Un resorte helicoidal de compresión de alambre de piano A228 para una carga estática de 50 libras con una deflexión de 1.25 pulg. Y un factor de seguridad de 2.5. Usar C=7.5. Determine: a. b. c. d.
La longitud sólida. La fuerza necesaria para deformar el resorte hasta su lon gitud sólida. El esfuerzo de fluencia a la torsión del alambre. El factor de seguridad contra la fluencia cuan do el resorte se comprime hasta su longitud sólida.
SOLUCIÓN: Datos: Material: F=50lb-f
y=1.25 pulg.
C=7.5 Las decisiones a priori son:
Alambre de piano A228; de la tabla 10.4, A= 201000psi-pulg^m; m=0.145; de la tabla 10-5, E= 28.5Mpsi, G= 11.75Mpsi (se espera que d> 0.064 pulg)
Extremos a escuadra y esmerilados
Función: F= 50 lbf, y=1.25 pulg
Seguridad: use un factor de seguridad de n= 2.5
A partir de la tabla 10.6, la resistencia a la fuerza cortante, en kpsi, es:
=0.45∗ =0.45∗( )…1 El esfuerzo cortante:
= ∗ 8∗ ∗∗ …2
: = 44 ∗∗ + 23 = 4∗7.5+2 4∗7.53 =1.185
Donde el factor de bergstrasser,
Dividiendo la ecuación 1 igualando a la ecuación 2, en kpsi:
0.45∗( ) = ∗ 8∗ ∗∗ ∗ 10−…3 Con F=50lbf, n=2.5, =1.185 , y C= 7.5, resolviendo para d se obtiene: − =(0.283∗ ∗ ) Con =1.185 , y C= 7.5 y de la tabla 10-4, A= 201kpsi-pulg^m; m=0.145 = 0.09425 A partir de la tabla A-28, se selecciona un alambre de piano de calibre 33, d= 0.095 pulg Sabemos:
=∗=7.5∗0.095=0.7125
De la deflexión:
50 =40/ = = 1.25 A su vez
∗ = 8 ∗ ∗ ∗11.75∗10 0.095 40 = 8∗0.7125 ∗
=8.269 Del número de espiras totales:
=+2=8.269+2=10.269 La longitud solida es
=∗=0.095∗10.269=0.976
Del factor de seguridad reemplazando en (3)
0.45 ∗ ( ) = ∗ 8 ∗ ∗ ∗ 10− 2.5 ∗ =72.22 En el esfuerzo de fluencia:
201000 )=127.24 =0.45∗ =0.45∗(0.095 . El factor de seguridad al cierre
181.1 =1.42 = = 127.24
Problema 3
Un resorte de espiras helicoidales de torsión, se muestra, es hecho de alambre cromo vanadio A232, que tiene un diámetro de 0.192 pulg. Y tienen un total de 10 vueltas, L=3 pulg. D= 1 pulg Solución: a. Halle el esfuerzo de fluencia a la torsión del alambre. Factor de corrección y índice del resorte
1 = 441 =1.17
1 =5.21 = = 0.192 169 = 194 =0.87 =0.87 =0.87 0.192 . b. Fuerza máxima usando factor de seguridad igual a dos
=2=
19410 3 1.17 32 0.192
=19.2.
c. Calculas el desplazamiento angular correspondiente
10.819.2310 = 0.155 Ө´ = 10.8 = 0.19229.510 Ө´ =0.155360° =55.86° d. Calcular el diámetro interior cuando el resorte se somete al máximo par de torsión.
= 1.1732 0.192
= 115.22 .
10.8115.22110 = 0.31 Ө´ = 10.8 = 0.19229.510 Ө´ =0.310360° =11.74° Diámetro medio es:
101 =0.97 ´ = = + Ө´ 10+0.310 Diámetro interior es:
´ = ´ = 0.97 0.192 = 0.778 .
PROBLEMA 4 Un resorte helicoidal de compresión utilizada para cierta maquina ria es hecho de alambre al cromo silicio A401. La carga varía desde un mínimo de 9 lbf hasta un máximo de 32 lbf. La razón de resorte K debe ser de 14 lbf/pulg. El diámetro exterior del resorte no puede exceder de 4 pulg. El fabricante de resortes dispone de dados adecuados para estirar alambre con diámetros de 0.192, 0.207, 0.225, 0.250, 0.281. Con un factor de diseño de fatiga nf de 2 y un criterio de falla por fatiga de GERBER-ZIMMERLI, diseñe un resorte adecuado.
