13 Ene

Clasificación de fuerzas: (Dinámico):


 

Fuerzas útiles:

Originadas por la potencia a transmitir.

Fuerzas dinámicas

Originadas por el movimiento. Son las fuerzas de inercia, las fuerzas centrifugas, etc. De esta manera se facilita su consideración en el dimensionamiento de los distintos elementos que constituyen la máquina. Interesa además, en razón del distinto comportamiento de los materiales, clasificar las fuerzas en relación al tiempo. Se distinguen:

Fuerzas estáticas:

Aquellas que tienen un valor constante. Ese valor se alcanza por aplicación lenta y gradual dando lugar a tensiones invariables en el tiempo. En este caso los materiales fallan por alcanzarse las tensiones de fluencia ó rotura.

Fuerzas variables:

Aquellas que se caracterizan por producir tensiones cuyo valor cambia periódicamente entre dos límites extremos. En este caso los materiales fallan por fatiga.

Fuerzas de impacto:

Cuando se aplican en forma súbita o con velocidad apreciable; en estos casos las piezas fallan por incapacidad de absorber la energía originada por el impacto.

*Dimensionamiento:

En esta etapa del diseño mecánico se fijan las dimensiones, materiales y los procesos de fabricación. Relaciones: f ( Di ; Xj ; Pk ; Sigma; Cs ) = 0
Di: dimensiones datos, Xj: Dimensiones incógnitas, Pk fuerzas actuantes o supuestas, Sigma, características del material, Cs: coef de seguridad.  Debe tenerse en cuenta que para simplificar los problemas la mayoría de las veces se fijan relaciones empíricas entre los valores de las incógnitas. Otras veces se debe proceder con aproximaciones sucesivas hasta llegar al dimensionamiento final como en el caso de existir fuerzas dinámicas cuyo valor recién puede conocerse una vez conocidas las dimensiones.

Criterios de cálculo técnicos, económicos y humanos:


Resistencia:


darle forma y dimensiones tales que bajo las cargas a que será sometido en su función, no se alcance en alguno de sus puntos tensiones que lleven a la falla.

Rigidez:


darle forma y dimensiones tales que sus deformaciones elásticas no alcancen valores prefijados. Un ejemplo carácterístico se encuentra en el cálculo y dimensionamiento de árboles, cuya deformación a la torsión se limita a valores aceptables, o en ejes cuando se limitan las flechas máximas. Bajo el criterio de rigidez la tensión tiene relativamente poca importancia, en cambio es fundamental la forma de la pieza. En consecuencia puede no ser conveniente usar aceros de alta resistencia, ya que el módulo de elasticidad del material, que es una carácterística importante en la rigidez, es prácticamente el mismo para todos los aceros y por lo tanto con un adecuado diseño en la forma de la pieza, puede resolverse una aplicación con aceros de baja resistencia, generalmente más económicos.

Desgaste:


como por ejemplo en algunas aplicaciones de engranajes en que se interesa que se mantenga una adecuada precisión durante toda su vida útil.

Duración:


el proyecto y dimensionamiento se efectúa admitiendo que las piezas deberán ofrecer un servicio de duración limitada.  toda máquina debe proyectarse en rigor para un período de vida útil más o menos  previsible. Ejemplo concreto de aplicación de este criterio se encuentra en la selección de rodamientos.

Lubricación:


exige que aquellas piezas en contacto con movimiento relativo cumplan con ciertas condiciones básicas a fin de alcanzar regíMenes de lubricación  prescindibles para el correcto funcionamiento.

Propiedades (térmicas, corrosivas, etc.), Confiabilidad, Costo,Fabricación y procesado, Apariencia,


Terminación, Tolerancias,Tamaño, Peso, Montaje y desmontaje, Versatilidad, Seguridad, Ruido, Utilidad, Forma, Control

Teorías de falla:


La falla de los miembros resistentes, al someterse a cargas estáticas, consiste ordinariamente en «Deformación permanente al superar la tensión límite de fluencia», ó «Fractura frágil, o sea, ruptura sin presentar fluencia apreciable» el tipo de falla que presentará un elemento depende de las carácterísticas intrínsecas, internas y de la estructura del material, como así también de las condiciones externas, tales como la temperatura, estado tensional, tipos de solicitación, velocidad de aplicación de la carga, etc. La aplicabilidad de cualquiera de las teorías de falla que veremos más adelante, depende, en gran medida, del modo en que se produzca o en que se supone ha de producirse la falla. Se producen ensayos para eliminar la incertidumbre, por ejemplo el de tracción estática. Si se somete una barra de metal dúctil a un esfuerzo de tracción axial gradualmente creciente originando un estado de tensión simple en cualquier sección recta de la misma, cuando la carga alcanza un cierto valor, el material comienza a experimentar deformaciones inelásticas o  permanentes.  (GRAFICO CON RULITO EN LA CURVA) Tensión fluencia en eje Y, Épsilon fluencia eje X. Se supone que cuando esta pequeña deformación permanente ha adquirido un valor medible, ello constituye un daño estructural que denominamos falla.  En estas circunstancias, esta falla se debíó a un estado de fluencia generalizada. Este fenómeno se atribuye esencialmente al deslizamiento según planos a través de los granos cristalinos del
metal, y se supone que está directamente vinculado a las tensiones tangenciales, por este motivo, se considera que la propiedad del material dúctil que limita a su capacidad resistente es el límite elástico o de fluencia.  En el momento que se llega al comienzo de la fluencia (considerada entonces como la acción  que destruye la función resistente de la pieza) en el ensayo de tracción, otras cuatro magnitudes o carácterísticas del material también alcanzan valores relevantes, de modo que han sido propuestas y utilizadas en el cálculo como medida de la resistencia máxima utilizable: 1) tensión principal alcanza límite elástico : sigma = F/S = sigma f   2)Tensión tangencial máxima : t=1/2 F/S 3) alargamiento épsilon = épsilon f  4) trabajo total de deformación w =1/2 (sigma f al cuadrado / E)  5) trabajo de distorsión Wd alcanza valor máx. Los cinco valores limitativos consignados ocurren simultáneamente en una probeta ensayada a la tracción, en la cual el estado tensional es simple, y por lo tanto imposible determinar cuál de estas magnitudes es la que origina la falla.  Pero, si el estado de tensión es doble o triple, los cinco valores no se alcanzan simultáneamente, y entonces se plantea una cuestión de mucha importancia para el proyectista, y es establecer cual de las cinco magnitudes ha de considerarse limitativa de las cargas que pueden aplicarse a la pieza sin producirse la falla.

Teoría de falla de Máxima tensión Tangencial:


Está bien justificada para materiales dúctiles y para los estados de tensión donde se desarrollan tensiones tangenciales relativamente grandes, se enuncia: » En un estado bidimensional de tensiones la falla se prolduce cuando Tmax en algún punto alcanza el valor de la t que produce la falla en el ensayo de tracción simple». 

Teoría de falla de Máxima energía de distorsión:


  Trata diversos materiales que demostraron que  éstos no experimentan deformaciones permanentes cuando se los somete a un estado de tensión triple producido por presiones hidrostáticas muy elevadas. Ella enuncia que: en un estado tensional cualquiera, la falla ocurrirá cuando la energía de  distorsión acumulada en un punto cualquiera sea igual a la energía de distorsión acumulada  hasta el punto de fluencia en el ensayo de tracción simple.
Por consiguiente, como en los ensayos hidrostáticos el trabajo total de deformación se utiliza  únicamente en producir cambios de volumen, se dedujo que la energía absorbida por el cambio  de volumen no tiene efecto en la falla por fluencia y que ese tipo de falla está vinculado  exclusivamente con la energía absorbida por el cambio de forma.



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