TRABAJO DOMICILIARIO DE ESFUERZOS EN ELEMENTOS ELEMENTOS DE MAQUINAS MAQUINAS FECHA DE ENTREGA 9/10/14 Y SUSTENTACIONES: 9 y 10 DE /10/14 en horas de clase.…… clase.……
1.-La figuraP3 -120, muestra un eje circular sometido a una carga de tensión axial repetida de 25 KN. El eje e je es de acero AISI 4140 OQT. Determinar el factor de diseño en el barreno y el filete.
.2.-Una parte de un tirante de un varillaje de dirección tiene la forma mostrada en la figura P3-122.Conforme la máquina, funciona en ciclos, ejerce una carga de tensión directa repetida de 8,25 KN en el tirante. Calcule Calcule el esfuerzo de tensión máximo esperado en el tirante y especifique en material conveniente del cual hacerlo.
3.-Un eje redondo tiene dos muescas en las cuales se insertan anillos para mantener un engrane en su posición ,como se muestra en la fgura P3-123.si la flacha se somete a una fuerza de tension axial de 30KN, calcule el esfuerzo es fuerzo de tension maximo en el eje.
4. La figura P3-124 muestra el diseño propuesto para un tirante .se conoce el diametro mayor ,D=1”,junto con el diámetro del barreno ,a=1/2”.También se decidió que el factor de concentración de esfuerzos en el felite sea de 1,7. El diametro menor ,d,y el radio del filete,r, se tienen que especificar de modo que el esfuerzo en el filete sea igual a aquel en el barreno.
5.-Un miembro de una máquina mostrado en la figura P3 -125 es de acero AISI 1141 OQT 1100. Determinar la fuerza de tension axial ,permisible que puede aplicarse .La fuerza se aplica por conducto de un pasador insertado en los barrenos externos.
FIGURA P3-125.
6.-Refierase a la figura P3-126.Especifique P3- 126.Especifique un material adecuado para la barra mostrada si la fuerza aplicada F es de 12,6 KN. Se espera un choque leve. .
7.-La figura P4-10 muestra una flecha escalonada sometida a torsión .La sección de mayor diámetro también tiene un barreno barr eno que la atraviesa de lado a lado.
a) Calcule el esfuerzo cortante máximo en el escalón con un par de torsión aplicado de 7500 Lb-in. b) Determine el barreno de mayor diámetro que se podría perforar en la flecha de modo que el esfuerzo cerca del barreno se mantenga a un valor igual o menor que el que ocurre en el escalón.
8.- Se tiene en mente dos diseños para una flecha . Ambas tienen un diametro externo de 50 mm y son de 600 mm de largo .Una es sólida y la otra hueca, con un diametro interno de 40 mm.Ambas son de acero.Compare el esfuerzo cortante torsional ,y la masa de las dos flechas al someterse a un par de torsion de 850 N.m. 9.-Determine los diametros interno y externo requeridos para una flecha hueca que transmite un par de torsion de 1200 N.m con un esfuerzo cortante torsional maximo de 45 MPa. Haga que la relcion del dimetro externo al interno sea aproximadamente de 1.25. 10.Se suelda una corta barra cilindrica en un extremo de una placa rigida ,y luego se aplica un par de torsion en el otro extremo.Si el diametro de la barra es de 15 mm y es de acero AISI 1020 estirado en frio ,calcule el par de torsion que hay que aplicarle para someterla a un esfuerzo igual a su resistencia a la cedencia a corte . Use Sys = Sy/2 11.-La flecha motriz de la helice de un barco debe transmitir 2500 HP a 75 RPM. Se tiene que fabricar de acero AISI 1040 WQT 1300. Use un factor de diseño basado en la resistencia a la cedencia a corte . La flecha tiene que ser hueca ,con el diametro interior igual a 0,80 veces el diametro externo. Determine el diametro requerido de la flecha. 12.-Una parte del eje tracero deun automovil es una flecha de acero sólida
cuya configuracion es la mostrada en la figura P4-34. Conslderando la concentracion de esfuerzos provocada por el hombro,calcule el esfuerzo cortante torsional en el eje cuando gira a 70,0 rad/s y transmite 60 KW de potencia.
13.- Una parte de una flecha de salida de una transmision automotriz tiene la configuracion mostrada en la figura P4-35,la flecha transmite 105 KW a 220 rad/s; calcule el esfuerzo cortante torsional maximo en la flecha. Tenga en cuenta la concentracion de esfuerzos en el lugar donde va el engrane del velocimetro.
14.-Las figuras indicadas para los siguientes problemas ,muestran segmentos de flechas de equipos transmisor de potencia .Calcule el par de torsion máximo que podria ser aplicado con seguridad a cada flecha si estan son de acero AISI 1141 OQT 1100.
A)
B)
C)
D)
15.-Una flecha de aleación de acero tiene un diametro externo de 100 mm . Se perfora un barreno central de 60 mm en una parte de su longitud. como se muestra en la figura P4-64,calcule el esfuerzo cortante en la seccion hueca si el esfuerzo en la eccion solida es de 200 MPa.
16.- La figura P7-100 muestra una barra plana escalonada sometida a flexión . Si la barra es de acero AISI 1040 estirada en frio , calcule la fuerza maxima ,F, que se puede aplicar con seguridad a la barra .
17.-Repita el problema 16, con r=2,0 mm como radio del filete. 18.-Cambie la dimension de 75 mm en la barra plana escalonada mostrada en la figura P7-100,que situa al escalón en un valor que hace que el esfuerzo flexionante en él sea igual a aquel en el punto de aplicacion de la carga. 19.- Cambie el radio del filete en la barra escalonada plana mostrada en la figura P7-100 para hacer que el esfuerzo flexionante en el filete sea igual a aquel en el punto de aplicación de la carga. 20.- Repita elproblema 16,pero cambie la altura de la barra de 60 mm a 75 mm. 21.-¿Seria posible perforar un agujero a la mitad de la altura de 60 mm de la barra plana escalonada de la figura P7-100 entre las dos fuerzas sin que se incremente el esfuerzo flexionante maximo en ella? De ser asi, ¿Cuál ES EL AGUJERO DE DIAMETRO MAXIMO QUE SE PUEDE PERFORAR?.
22.-La figura P7-106 Muestra una barra plana escalonada que soporta tres cargas concentradas .Sean P= 200 N, L1 =180 mm.L2 = 80 mm y L3= 40 mm. Calcule el esfuerzo flexionante maximo y señale donde ocurre . La barra trabaja con flexion lateral y torsional .Observe que las longitudes no estan dibujadas a escala en la figura.
23.-Con los datos de la figura P7-106, especifique un material adecuado para que la barra produzca un factor de diseño de 8 basado en la maxima resistencia. 24.- Repita el problema de la figura P7-106 ,con r= 1,5 mm como radio del filete. 25.-Para la barra plana escalonada mostrada en la figura P7-106,sea P=400 N. La barra debe ser de acero AISI 1020 laminado simple, y se desea un factor de diseño de 4 basado a la fluencia .Especifique las longitudes maximas permisibles L1, L2 y L3 que serian seguras . 26.- La barra escalonada de la figura P7-106, tiene que ser de acero AISI 4140 OQT 1100,use L1= 180 mm ,L2 = 80 mm y L3= 40 mm, Calcule la fuerza maxima permisible P, que se podria aplicar a la barra si se desea una factor de diseño de 8 basado en la resistencia maxima. 27.-Una mesa de jardin en un parque se armó con tabla circular soportada por un tubo firmemente encajado en concreto , se muestra en la figura 10-18. Calcular el esfuezo maximo en el tubo si una persona de 135 Kg. de masa se sienta en el borde de la mesa .El tubo es de aleacion de aluminio con diametro externo de 170 mm y diametro interior de 163 mm . El aluminio es 6061-T4; calcule el factor de diseño resultante basado tanto en la resistencia a la cedencia como en la resistencia maxima.Comente sobre la conveniencia del diseño.
28.-Un tubo de acero cédula 40 de 2 ½” se utiliza como soporte de un tablero de básquetbol ,como se muestra en la figura P10-1.Está firmemente fijo en el suelo .Calcule el esfuerzo que se desarrolla en el tubo cuando un jugador de 230 Lb se cuelga del aro de la canasta.
29.- Calcule el esfuezo maximo en la parte del arco de la sierra caladora mostrada en la figura P10-6 si la tension en la hoja es de 125 N. 30.-La seccion transversal de la ménsula mostrada en la figura P10-2 es rectangular de 18 mm de ancho por 75 mm de altura .Está firmemente unida a la pared.Calcule el esfuerzo maximo en la ménsula.
31.-La figura P10-8 muestra una segueta cortametales ,su arco es un tubo de 12 mm de diametro exterior y 1 mm de espesor de pared. La hoja se tensa por medio de la tuerca de mariposa de modo que se aplique una fuerza de tension de 160 N en la hoja . Calcule el esfuerzo maximo en la seccion superior del arco.
32.- La prensa en C, ilustrada en la figura P10-9 es de zinc fundido, ZA12. Determine la fuerza de sujecion permisible que la prensa puede ejercer si se desea que tenga un factor de diseño de 4 basado en la resistencia maxima a tension o a compresion.
33.-La prensa en C ilustrada en lafigura P10-10 es de hierro maleable fundido , ASTM A229 grado 45008. Determine la fuerza de sujecion permisible que la
prensa puede ejercer si se desea que tenga un factor de diseño de 4 basado en la resistencia maxima a tension o a compresion.
34.-Determinar los esfuerzos principales para los diferentes estados de esfuerzos , en el punto critico.
σ
x
σ
y
τ
xy
PROBLEMAS ADICIONALES. DE ESFUERZOS 35.-Se habra de diseñar una abrazadera de acuedo con las dimensiones que se muestran en la parte (b) de la figura . El material a emplear es hierro fundido, que tiene una Resistencia a la tensión de 20 000 Psi, y ua resistencia a la compresion de 60 000 Psi,la pieza a de ser diseñada para una carga normal limite de 1200 Lb. En relación con la sección A-A indicada en la figura , la dimensión t no puede ser menor de 3/16” debido a las limitaciones del proceso de colada ; el valor final seleccionado para t debe ser tambien un número entero de dieciseisavos de pulgada . Determinese un conjunto satisfactorio de dimensiones para la seccion transversal.
36 y 37.-CALCULAR LOS ESFUERZOS EN LOS ELEMENTOS CURVOS EN LA SECCION INDICADA.para cargas de F= 4000 lb.
38.-La figura presenta un eje de seccion circular con diametro d =30 mm y longitud L=380 mm. cargado por un fuerza F= 16 KN, en el centro del claro.Se ha indicado tres elementos de esfuerzo en la seccion A-A; a una distancia x=90 mm .tracese para cada uno de los puntos B,C y D. La distribucion de los esfuerzos , y determine los esfuerzos principales en el punto critico. Si el material es acero AISI 1040 estirado en frio .determime el factor de seguridad basado en la fluencia para cada uno de los criterios de falla.
Tabla de factores de concentracion de esfuerzos .
