Introduccion al calculo de maquinas

TEMA 1. INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE MÁQUINAS

1.1.- Presentación de la asignatura.1.2.- Fases del diseño en Ingeniería Mecánica.1.3.- Consideraciones del diseño.

1.3.1.- Factores generales1.3.2.- Seguridad. Normas legales.1.3.3.- Factores económicos.1.3.4.- Factores medioambientales. Reciclado.

1.4.- Métodos de diseño.1.4.1.- Coeficiente de seguridad.1.4.2.- Fiabilidad.

1.5.- El concepto del Conjunto mecánico.1.6.- Sistemas de unidades.

Capítulo 1: Introducción

La invención que todos y cada uno admirarón, como él es aquella en la que el inventor falló; tan facil que parecía,Una vez encontada, la mayoría que todavía no la encontraba hubiera pensado: Imposible

John Milton

Imagen: Prensa de impresión. Gutenberg describió la idea de una prensa de impresión como:“La llegada de un rayo de luz.”

Hamrock, Jacobson and Schmid©1998 McGraw-Hill

PROGRAMACIÓN ACADÉMICA DOCENTE.

Cálculo, Construcción y Diseño de MáquinasCálculo, Construcción y Diseño de Máquinas

INTRODUCCIÓN

DISEÑO

BLOQUE 0

REPASO

BLOQUE 1

FALLO vs CARGA

BLOQUE 2

ELEMENTOS DE MAQUINAS

Tema 1

Tema 2

Tema 3

Tema 4

Tema 5

Tema 8

Tornillos

Tema 7Frenos

Tema 9

Resortes

Análisis de tensiones y deformaciones

Materiales

Teorías del fallo estático

Teorías del fallo dinámico

Tema 6Ejes

Introducción al cálculo

de máquinas.

DISEÑO

formular un plan para satisfacer una demanda humana.

Capítulo 1: Introducción

CALCULO DE MAQUINAS

Estudio de los procesos de toma de decisiones, con los cuales los Ingenieros Mecánicos formulan planes, para la realización

física de máquinas, dispositivos y sistemas.

Diseño en Ingeniería Mecánica.

Formular un plan funcional para desarrollar o modificar una máquina o elemento mecánico con el fin de satisfacer una necesidad o demanda.

Requiere

♣ Conocimientos Científicos.

♣ Métodos Técnicos.

♣ Buen Criterio.

♣ Cierto Grado de Ingenio.

Fases del Diseño +

Enfoques del desarrollo de un producto

• (a) Enfoque de ingeniería de producto (del libro Kalpakjian [1997]).

• (b) Enfoque de ingeniería concurrente (adaptado del libro Pugh [1996]).

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

• Resistencia, rigidez, peso/volumen, espacio.

• Desgaste, lubricación, corrosión.• Propiedades térmicas, acabados.• Coste, mantenimiento, duración, fiabilidad.• Seguridad, estética.• Medio ambiente, reciclaje, procesos.

En cada caso, hay que determinar que factores o consideraciones de diseño, son relevantes y en con que grado.

SEGURIDAD

⊕ Revisar ciclo de vida, localizando riesgos potenciales.⊕ Elementos redundantes - Diseño integral(sin añadidos)⊕ Especificaciones legales.

Factor Económico: Diseño para Fabricación

Efecto de las consideraciones de manufactura y ensamble en el diseño de una motosierra. (a) Diseño original con 41 partes y 6.37 minutos de tiempo de ensamblaje. (b) Diseño modificado, con 29 partes y 2.58 minutos de tiempo de ensamblaje. [From Boothroyd (1992)].

Aproximación al factor de seguridad, según Puglsey

Cálculo:

ns=ns,xns,y

ns= Factor de seguridadns,x se obtiene de la Tabla 1.1ns,y de la Tabla 1.2

Table 1.1 Factor de seguridad caracteristicas A, B, y C

Table 1.2: Factor de seguridad caracteristicas D and E

C haracteris tica D =ns s vs

E=ns 1.0 1.2 1.4E= s 1.0 1.3 1.5

E= vs 1.2 1.4 1.6avs=very serious, s= serious and ns=not seriousD=danger to personnelE=economic impact

Characteristica B=vg g f p

A=vg

C =

vgg

f

p

1.11.21.31.4

1.31.451.6

1.75

1.51.71.92.1

1.71.952.2

2.45

A=g

C =

vgg

f

p

1.31.451.6

1.75

1.551.751.952.15

1.82.052.3

2.55

2.052.352.652.95

A=f

C =

vg

g

f

p

1.51.71.92.1

1.82.052.3

2.55

2.12.42.73.0

2.42.753.1

3.45

A=p

C =

vg

g

f

p

1.71.952.2

2.45

2.152.352.652.95

2.42.753.1

3.45

2.753.153.553.95

avg=very good, g=good, f=fair and p=poorA=quality of materials, workmanship, maintenance and inspectionB=control over load applied to partC=accuracy of stress analysis, experimental data, or experience withsimilar parts

CODIGOS - NORMAS DE INDUSTRIA

ANSI - American National Standards Institute.

ASME - American Society of Mechanical Engineers.

ASTM - American Society for Testing and Materials.

AGMA - American Gear Manufacturers Association.

AISI - American Institute of Steel Construction.

ISO - International Standards Organization.

NFPA - National Fire Protection Association.

UNE - Una Norma Española

Conjunto Mecánico

SI, Unidades y Prefijos(a) S I unitsQuantity U nit S I symbol FormulaS I base unitsLengthMassTimeTemperatureS I supplementary unitPlane angleS I derived unitsEnergyForcePowerPressureWork

meterkilogramsecondkelvin

radian

joulenewton

wattpascaljoule

mkgsK

rad

JNWPaJ

----

-

N-mkg-m/s2

J/sN/m2

N-m

(b) S I prefixes S I symbolMultiplication factor Prefix for prefix1 000 000 000 000 = 1012

1 000 000 000 = 109

1 000 000 = 106

1 000 = 103

100 = 102

10=101

0.1=10-1

0.01=10-2

0.001=10-3

0.000 001 = 10-6

0.000 000 001 = 10-9

0.000 000 000 001= 10-12

teragigamegakilo

hectodekadecicentimilli

micronanopico

TGMkhdadcmµnp

Table 1.3 SI unidades y prefijos

Text Reference: Table 1.3, page 19

Factores de Conversión

(a) Fundamental conversion factors English unit Exact SI value Approximate SI

value Length Mass Temperature

1 in 1 lbm

1 deg R

0.0254 m 0.453 592 37 kg

5/9 K

- 0.4536 kg

- (b) Definitions

Acceleration of gravity Energy

1g=9.8066 m/s2 (32.174 ft/s2) Btu (British thermal unit)≡amount of energy required to raise 1 lbm of water 1 deg F (1 Btu = 778.2 ft-lbf) kilocalorie ≡ amount of energy required to raise 1 kg of water 1 K (1 kcal=4187 J)

Length 1 mile=5280 ft; 1 nautical mile = 6076.1 ft. Power 1 horsepower = 550 ft-lbf/s Pressure 1 bar ≡ 105 Pa Temperature degree Fahrenheit tF=9/5tC+32 (where tC is degrees)

(Celsius) degree Rankine tR=tF+459.67 Kelvin tK=TC+275.15 (exact)

Kinematic viscosity 1 poise ≡ 0.1 kg/m-s 1 stoke ≡ 0.0001 m2/s

Volume 1 cubic foot = 7.48 gal (c) Useful conversion factors

1 ft = 0.3048 m 1 lbf = 4.448 N 1 lbf = 386.1 lbm-in/s2 1 kgf = 9.807 N 1 lbf/in2 = 6895 Pa 1 ksi = 6.895 Mpa 1 Btu = 1055 J 1 ft-lbf = 1.356 J 1 hp = 746 W = 2545 Btu/hr 1 kW = 3413 Btu/hr 1 quart = 0.000946 m3 = 0.946 liter 1 kcal = 3.968 Btu

Tabla 1.4 Factores de conversión y definiciones.

Tabla 1.4 Factores de conversión. Ejemplo

)/()( sradNmM torsor ω⋅=

)()/()()/()()( mRsradNFsmvNFWPotencia ⋅⋅=⋅= ω

)/(

)()(

srad

WPotenciaNmM torsor ω

=⇒

Nmsrevradrevn

CVW

CVPotenciaNmM torsor 77,7123

)(min/601

)/(2min)/(

746)(

)( =⋅⋅

⋅=

π

n

CV

n

CV

m

cmm

N

KgfNcmKgfM torsor

72639100

807,9

177,7123)( =•=⋅

==

==⋅

1415,3

/8,9

73518,71621

)( 2

πsmg

WCV

n

CVcmKgfM torsor

Error = 1,2%

Case Study

Text Reference: Figure 1.4, page 21

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