Fuerzas en los dientes de engranajes

Las fuerzas que se transmiten en las ruedas dentadas dependen del tipo de engranajes y su configuración geométrica.

Un engranaje circular de dientes rectos tiene una fuerza con dos componentes. Esta fuerza se encuentra ubicada sobre la línea de acción que pasa por el punto de contacto y depende del ángulo de presión.

En cuanto a los engranajes helicoidales y cónicos la fuerza se puede descomponer en tres componentes:

 

Diseño I - Cap VI - Esfuerzos de Contacto

En la gráfica podemos observar un los esfuerzos de contacto de cilindro - cilindro.

Analysis of Hertz contact problem

Simulación realizada en ANSYS por estudiantes del curso:

A continuación tenemos un taller de esfuerzos de contacto: TALLER

Diseño I - Tabla de concentradores para chaveteros

Chavetero tipo A con redondeo en los extremos
http://es.wikipedia.org/

El uso habitual de una chaveta, es de elemento de sujeción entre el eje y un elemento que reposa en este. Este elemento es usualmente de transmisión de potencia como un engragranaje, polea, sprocket, etc. Los chaveteros y chavetas son de diferentes tipos y formas dependiendo de la necesidad de uso. 

Como el chavetero es una discontinuidad en la sección transversal de un árbol, este se convierte en un concentrador de esfuerzo, el valor de los Kt los podemos encontrar en el siguiente link:

TABLAS

Diseño I - Cap IV 001 - Taller de arboles de transmisión de potencia

Reductor - http://www.superrobotica.com/

En el siguiente enlace se encuentra el taller propuesto de arboles:

TALLER

SOLUCION - Propuesta por estudiantes

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EJERCICIOS por estudiantes.

Enunciado - Solución.


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VIDEOS por estudiantes.

Ejercicio I

FLECHA I

FLECHA II

FLECHA III

Diseño I - Cap III 002 - Taller de fatiga

El siguiente taller pretende repasar el tema de fatiga, usando las ecuaciones estudiadas en clase. Además se pueden estudiar los ejercicios del libro guía. 

"El fallo por fatiga se inicia en muchos casos a partir de una pequeña grieta o defecto (superficial o interno). Esta grieta va creciendo con la aplicación de numerosos ciclos de carga, hasta que finalmente la sección resistente del material no es capaz de soportar el esfuerzo y rompe de manera repentina. Las marcas de avance de la grieta son apreciables en muchos casos como pequeñas ondulaciones. La amplitud relativa de las dos zonas diferenciadas en la sección fracturada depende de la intensidad del esfuerzo..."

En la imagen se observa varias roturas de flechas sometidas a fatiga.

Fatiga en arboles - http://www.mecapedia.uji.es/fatiga.htm

Fórmulas, tomado del libro guía del profesor Libardo Vanegas 


Fatiga a bajo ciclaje:

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TALLERES

1. Taller de fatiga


2. Taller de fatiga basado en el propuesto por el profesor Carlos Andrés Mesa

- SOLUCION Propuesta estudiante.


3. Taller de fatiga propuesto por el Ing. Carlos Andrés Mesa

- SOLUCION (8-14) Propuesta estudiante

Diseño I - Cap III 003 - Resumen de Fórmulas capitulo de fatiga

Diagramas de fatiga - http://www.cadhelpcenter.com/

En el siguiente documento se tiene un resumen de fórmulas:

Resumen Fatiga

Estos resúmenes se encuentran en el libro guía del Ing. Libardo V. Vanegas Useche

Diseño I - Cap III 001 - Fractura de elementos sometidos a fatiga

El estudio de la fractura de un cuerpo sometido a fatiga se utiliza para describir el fenómeno donde un elemento falla después de estar sometido a cargas y descargas. Esta variación de cargas a través del tiempo, generan una huella en la fractura de la cual se puede obtener información del inicio de la falla, su propagación y finalmente de la rotura de la pieza. Obviamente estas cargas variables son menores que la resistencia del material.

Fractura de un elemento sometido a fatiga.
http://www .... crecimiento-grieta-por-fatiga-materiales-ingenieria

Les dejo una imagen con las fracturas de elementos sometidos a fatiga:
FATIGA - Esquema de supercies fracturadas de elementos sometidos a fatiga

Diseño I - Cap II 004 - Ejercicios de Repaso - Aplicación Teorías de falla estática

Curvas de TECM y TECO para estados de esfuerzo triaxial.
Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Yield_surfaces.png

En el análisis de elementos mecánicos, no solo se limita a identificar el punto infinitesimal más crítico. Además, se debe tener en cuenta las condiciones que rodean el elemento mecánico, las propiedades de este y su material. 

De forma muy "basta" podemos separar los materiales de acuerdo a su porcentaje de elongación y a su comportamiento uniforme o no uniforme para finalmente tener dos grandes grupos de materiales, dúctiles y frágiles. 

Ludwig von Mises - https://es.wikipedia.org/

Para poder analizar los puntos críticos de un cuerpo hace falta un criterio de análisis, estos están separados en hipótesis o teorías de falla que dependerán del tipo de material. Debemos recordar, que estos criterios de análisis son solo unas guías para el estudio del elemento mecánico, es el diseñador que de acuerdo a su experiencia debe dar el último concepto.

Materiales Frágiles: 

- Teoría de Mohr Modificada (TMM)

Materiales Dúctiles:

- Teoría del Esfuerzo Cortante Máximo (TECM) (Tresca)

- Teoría del Esfuerzo Cortante Octaédrico (TECO) (von Mises)

http://continuummechanics.org/

TALLERES

1. El taller que a continuación se presenta tiene elementos con concentradores de esfuerzos.

TALLER

SOLUCION PARCIAL - Propuesta Alejandro Betancourt Villegas <alejob@utp.edu.co>


2. Taller propuesto por el profesor Carlos Andrés Mesa Montoya:
TALLER

SOLUCION - Propuesta por Luis Alberto Vargas (luis-albertovargasm1@hotmail.com) y Salomé Camero (Salomec@utp.edu.co)

3. Ejemplo de parcial, solución propuesta por Sebastián Cardona N. (juansecardona@utp.edu.co)

Diseño I - Cap II 003 - Resumen de Fórmulas primer parcial

Teoría de Mohr Modificado - http://www.mecapedia.uji.es/

A continuación tenemos los resúmenes de fórmulas:

- Repaso de resistencia.
- Teorías de falla estática.

Estos resúmenes se encuentran en el libro guía del Ing. Libardo V. Vanegas Useche

Diseño I - Cap I 005 - Factor de seguridad (N)

En el siguiente documento se plantea un resumen sobre el Factor de Seguridad en elementos mecánicos desde el punto de vista del diseño resistivo de los cuerpos. Se desea mostrar que factores influye en la selección del factor de seguridad y que este no es un numero seleccionado al azar.

Una mala selección del Factor de Seguridad puede conllevar a perdidas monetarias y lo que es mas grave un a perdidas humanas. 

Simulación en SW - http://files.solidworks.com/

A continuación esta el link del documento: DOCUMENTO

Diseño I - Cap I 003 - Video (3/3) resumen de Resistencia de Materiales I

El vídeo que a continuación se muestra, hace parte de una serie de vídeos donde se aprecia un resumen de Resistencia de Materiales I, conocimiento mínimo necesario para poder estudiar esta materia. El resumen realizado es un esbozo del tema, donde se muestra las ecuaciones utilizadas y el comportamiento mecánico de los elementos sometidos a diferentes cargas.

En el video se muestran simulaciones de las deformaciones que sufren los cuerpos bajo diferentes solicitaciones para una mejor comprensión.

1. Esfuerzo por cizalladura.

2. Esfuerzo cortante directo.

3. Esfuerzo cortante por desgarro.

4. Esfuerzo normal por apoyo o aplastamiento.

En el libro guía, del ing Libardo Vanegas pueden acceder al siguiente capitulo, relacionado con el tema:

http://blog.utp.edu.co/lvanegas/files/2011/08/Cap2.pdf 

Diseño I - Cap I 003 - Video (2/3) resumen de Resistencia de Materiales I

El vídeo que a continuación se muestra, hace parte de una serie de vídeos donde se aprecia un resumen de Resistencia de Materiales I, conocimiento mínimo necesario para poder estudiar esta materia. El resumen realizado es un esbozo del tema, donde se muestra las ecuaciones utilizadas y el comportamiento mecánico de los elementos sometidos a diferentes cargas.

En este video se se desarrolla el tema de torsión para diferentes secciones transversales:

1. Torsión sección Circular Macizo.

2. Torsión sección Pared Delgada forma irregular.

3. Torsión sección Circular Hueca.

4. Torsión sección Circular de pared delgada.

5. Torsión sección rectangular.

Diseño I - Cap I 002 - Video (1/3) resumen de Resistencia de Materiales I

El vídeo que a continuación se muestra, hace parte de una serie de vídeos donde se aprecia un resumen de Resistencia de Materiales I, conocimiento mínimo necesario para poder estudiar esta materia. El resumen realizado es un esbozo del tema, donde se muestra las ecuaciones utilizadas y el comportamiento mecánico de los elementos sometidos a diferentes cargas.

Primer video resumen de Resistencia de Materiales I.

En este video se desarrollan los siguientes temas:

1. Definición de esfuerzo?

2. Esfuerzos normales.

3. Esfuerzos cortantes.

4. Esfuerzos por carga axial.

5. Esfuerzos por flexión.

6. Momentos de Inercia.

En el libro guía, del ing Libardo Vanegas pueden acceder al siguiente capitulo, relacionado con el tema:
http://blog.utp.edu.co/lvanegas/files/2011/08/Cap2.pdf 

Diseño I - Cap I 001 - Tablas de Diseño I

El libro guía, del ingeniero Libardo Vanegas, que seguiremos en este curso se encuentra en la siguiente dirección: http://blog.utp.edu.co/lvanegas/dis1/.

De los Apéndices, trabajaremos inicialmente con los apéndices 3, 4 y 5.

De la selección de tablas e información del libro, requeriremos las páginas 2 a la 5 y de la 9 a la 11.