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Diseño de Máquinas II -23037 Memorias de Clase

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Diseño de Máquinas II -23037 Memorias de Clase
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  Facultad de Ingenierías FisicoMecánicasEscuela de Ingeniería MecánicaMaestría en Ingeniería Mecánica Diseño de Máquinas II - 23037Memorias de Clase Pedro José Díaz GuerreroBucaramanga, Febrero de 2013  c  CopyrightTodos los derechos reservadosUniversidad Industrial de Santander UISEscuela de Ingeniería MecánicaBucaramanga, Junio de 2012Prohibida su reproducción total ó parcial en cualquier medio sin autorización expresa del titular del derecho. Elaborado por Revisado por Aprobado porPedro José Díaz GuerreroVersión Fecha Descripción del cambio 1.1 Noviembre de 2012 Documento Final  Tabla de Contenido 1. Selección de motores eléctricos 4 1.1. Motores  DC  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4 1.2. Motores  CA  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6 1.2.1. Operación básica del motor de CA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7 1.3. Los motores polifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8 1.3.1. Motores clase  A  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8 1.3.2. Motores clase  B  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9 1.3.3. Motores clase  C  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9 1.3.4. Motores clase  D  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9 1.4. Factores de selección de motores eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  10 1.4.1. Tamaño del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  10 1.4.2. Velocidades de motores de CA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11 1.5. Rendimientos de motores de CA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11 1.6. Factor de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  12 1.6.1. Inconvenientes que ocasiona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  12 1.6.2. Los valores de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  12 1.7. Sistemas de arranque Estrella - Triángulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  13 1.7.1. Configuración del sistema estrella-triángulo . . . . . . . . . . . . . . . . . .  14 1.8. Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  15 2. Diseño y selección de embragues y frenos 17 2.1. Preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  17 2.2. Clasificación de los frenos y embragues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  17 2.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  18 2.4. Modelos de Fricción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  18 2.4.1. Modelo de presión uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  19 2.4.2. Modelo de desgaste uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  20 2.5. Frenos de tambor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  21 2.5.1. Frenos de tambor de zapata corta externo . . . . . . . . . . . . . . . . . .  21 2.5.2. Frenos de tambor de zapata larga externa de pivote único . . . . . . . . . .  22 2.6. Curvas de operación del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  26 2.6.1. El cálculo de la inercia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  26 2.6.2. El cálculo de las inercias efectivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  27 - 1 -  T  abla de   C  ontenido   T  abla de   C  ontenido  3. Teoría de cálculo de columnas 28 3.1. Preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  28 3.2. Las columnas largas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29 3.3. La relación de esbeltez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  33 3.4. Columnas bajo carga excéntrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  35 4. Diseño de Tornillos de Potencia 37 4.1. Tornillos de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  38 4.1.1. Roscas cuadradas, trapezoidales y ACME . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  38 4.1.2. Análisis de la fuerza y del par de torsión del tornillo de potencia . . . . . .  39 4.1.3. Roscas ACME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  41 4.1.4. Autobloqueo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  42 4.1.5. Eficiencia de un tornillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  42 4.2. El problema de diseño de la tuerca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  44 4.2.1. Esfuerzo de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  44 4.2.2. Longitud mínima de la tuerca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  45 5. Teoría de juntas apernadas y soldadas 46 5.1. Preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  46 5.2. El concepto de precarga en carga estática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  47 5.3. La rigidez del perno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  48 5.4. Determinación del factor de rigidez del material . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  49 5.5. Resistencia de prueba en el perno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  50 5.5.1. Pernos precargados bajo carga dinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  51 5.6. Carga combinada en corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  53 5.7. Juntas Soldadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  54 5.7.1. La nomenclatura del dibujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  55 5.8. Las soldaduras a tope y a traslape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  57 6. Teoría de diseño de engranajes 59 6.1. Preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  59 6.2. Materiales para engranajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  59 6.3. Manufactura de ruedas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  61 6.4. Relación característica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  61 6.5. Potencia de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  62 6.5.1. Factores combinados de disminución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  62 6.5.2. Factores de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  62 6.5.3. Factor de distribución de la carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  63 6.5.4. Factor dinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  64 6.5.5. Factor de espesor del aro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  64 6.5.6. Factores geométricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  64 6.6. Relación de velocidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  65 6.6.1. Método del número mínimo de conjuntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  65 6.6.2. Estableciendo las etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  65 6.7. El ángulo de corte del perfil normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  66 6.8. Selección de la herramienta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  66 - 2 -  T  abla de   C  ontenido   T  abla de   C  ontenido  6.9. El ángulo de la hélice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  66 6.9.1. El número adecuado de dientes del piñón . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  67 6.9.2. Resistencia a la fatiga por flexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  67 6.9.3. Resistencia a la fatiga superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  68 6.9.4. El avance del perfil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  68 6.10. Engranajes Helicoidales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  69 6.10.1. La geometría del engranaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  69 7. Diseño y fabricación de resortes 71 7.1. La constante del resorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  71 7.2. La clasificación de los resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  72 7.3. Materiales para fabricación de resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  73 7.4. Los resortes helicoidales de compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  75 7.4.1. Como se debe medir la altura en un resorte . . . . . . . . . . . . . . . . .  75 7.4.2. Los tipos de extremos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  75 7.4.3. Indice del resorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  76 7.4.4. La deformación en el resorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  77 7.4.5. Análisis de esfuerzos en un resorte helicoidal . . . . . . . . . . . . . . . . .  78 7.4.6. El pandeo de los resortes a compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  79 7.4.7. La oscilación del resorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  79 7.4.8. Diseño de resortes helicoidales de compresión bajo carga estática . . . . . .  80 7.4.9. Resistencias a las cuales están sometidos los resortes por compresión . . . .  80 7.4.10. Procedimiento de diseño por carga dinámica . . . . . . . . . . . . . . . . .  82 7.5. Resortes helicoidales a extensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  83 7.5.1. El número de espiras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  83 7.5.2. La constante del resorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  83 7.5.3. La deformación en resortes de extensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  84 7.5.4. Los esfuerzos en las espiras de los resortes de extensión . . . . . . . . . . .  84 7.5.5. Frecuencias de operación en resortes de extensión . . . . . . . . . . . . . .  85 7.5.6. Propiedades del material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  85 7.6. Resortes de hojas planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  85 7.7. Resortes helicoidales de torsión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  87 Bibliografia 91 - 3 -
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