Factores que afectan el límite de fatiga en materiales
Factores que modifican el límite de fatiga
Acabado superficial de la probeta. Un mal acabado puede originar concentraciones de tensiones que darán lugar a la aparición de grietas y acelerarán la rotura por fatiga. Coef. que minora el límite de fatiga. Ka=a*Sra. Siendo a y b valores correspondientes a la tabla. Sr: límite de rotura en MPA.Tamaño de las probetas. Cuando se realizan ensayos con probetas con diámetro central superior al estándar (7.62), se comprueba una reducción apreciable del límite de fatiga, especialmente si las solicitaciones son de flexión y torsión. Pues bien, para probetas con d comprendido entre 2,79 y 51mm., tenemos el coef. Corrector Kb=(d/7,62-0.1133). Para tamaños mayores el coef. Varía de 0,6 a 0.75.Concentración de tensiones. En general, cualquier alteración en la sección de la pieza sometida a un esfuerzo provoca una distribución no uniforme de tensiones. Pues bien, se ha llegado a las siguientes conclusiones: -El aumento de tensión depende del tipo de concentrador (cambio de sección, agujero, etc.). Se ha definido un factor de concentración de tensiones Kt, que varían según el tipo de concentrador y cuyo valor podemos encontrar en sus gráficas. -Cuando se trata de esfuerzos estáticos, la influencia del elemento concentrador de tensiones es pequeña, especialmente en materiales dúctiles. -Cuando se trata de esfuerzos variables, los concentradores se convierten en una de las fuentes mayores de fallo. No todos los materiales tienen la misma sensibilidad a la entalla, disminuyendo el límite de fatiga a medida que aumenta el radio medio de la entalla y el límite de rotura del material. Se define el factor concentrador kf, dado: Kf=1+q(kt-1). Cuando la temperatura desciende, el límite de fatiga asciende. Las tensiones residuales de tracción disminuyen la resistencia a fatiga, mientras que a compresión la mejoran. Sistemas de fabricación, Características direccionales, tratamientos térmicos, frecuencia de variación de esfuerzo, fatiga previa y corrosión son otros de los factores. Límite restringido de fatiga, se define como el valor de la tensión que puede aguantar el material para un número de ciclos determinado.
Lubricación
Selección. Lubricantes pastosos: en situaciones en las que no se puedan utilizar aceites. Lubricantes sólidos: se utilizarán en: temperatura de trabajo extrema, condiciones ambientales desfavorables, presiones de trabajo elevadas. Lubricantes líquidos: utilizados en la mayoría de los casos. La característica fundamental es su viscosidad. En función de velocidad, carga y temperatura se selecciona la viscosidad. Se utilizarán en: velocidades altas, cargas grandes, temperaturas altas. Aceites especiales para: mecanizado de metales, cojinetes de fricción, etc. Influencia de las condiciones de servicio de las máquinas: Contaminación del lubricante, modo y lugar de aplicación. Sistemas de lubricación. Dependen de: Tipo de lubricante, elemento a lubricar y tipo de lubricación necesaria, necesidad de refrigeración, uso de la máquina. Clasificación general de los sistemas de lubricación: Tipo de lubricante: Con grasas-aceites. Modo de lubricación: A mano- Automática. Reutilización del lubricante: Con pérdida total-con recuperación. Refrigeración: Con refrigeración natural o forzada. Amplitud: General-localizada
Realizar un diagrama de flujo con los diferentes fases del proceso de diseño de los elementos de máquinas.
Ecuaciones fundamentales de diseño de elementos de máquinas bajo esfuerzos constantes y variables.
La ecuaciones de diseño permiten determinar las dimensiones de los E.M. dentro de las condiciones de seguridad requeridas. Se escriben las condiciones de fallo en términos de igualdad y se disminuye el valor límite (Sf, Cf, Sfat. Y Cfat.) con un coeficiente de seguridad. Ecuaciones de diseño bajo esfuerzos cte. Para un estado de tensiones monoaxial y cortantes se obtiene la ecuación: [(σx/Sf)^2+(σxy/Cf)^2]^1/2=1/N^2 donde N=F/S. En caso de tracción o compresión para: σx=Sf/N. En caso de cortadura para: σxy=Cf/N. Ecuaciones de diseño bajo esfuerzos variables. Para un estado de tensiones normal y cortante, la ecuación de diseño es: [(σxm+Sf/Sfat·σxa)^2+4(σxym+Cf/Cfat·σxya)^2]^1/2=Sf/N de manera equivalente: [(σxm/Sf + σxa/Sfat)^2 + (σxym/Cf + σxya/Cfat)^2]^1/2=1/N^2 En caso de existir solamente tensiones normales σxm/Sf+σxa/Sfat=1/N Si solo existen tensiones cortantes, la ecuación de diseño es: σxym/Cf+ σxya/Cfat=1/N
Realizar un diagrama de flujo con el proceso general de diseño de árboles rectos de sección circular
Selección del material->diagrama de momentos->determinación posición más favorable->aplicación de ecuación de diseño para tensiones cte->despejar diámetro->comprobación de la resistencia fatiga->determinación límite de fatiga->despejar coeficiente de seguridad->determinación del diámetro en diferentes secciones.
Discutir el intercambio de energía que ocurre en un freno o embrague
Es evidente que en las operaciones de embragado o frenado estos elementos absorben energía que se transforma en calor, este calor debe disiparse de manera adecuada para que el mecanismo pueda seguir trabajando correctamente. El tiempo necesario para la operación de conexión es directamente proporcional a la diferencia de velocidad e inversamente proporcional al momento de torsión: t1=I1·I2·(W1-W2)/T·(I1+I2). La energía total disipada durante el ciclo de operación (desde t=0 hasta t=1), suponiendo que el momento torsor es cte, viene dada por la expresión: E=I1·I2·(W1-W2)^2/2·(I1+I2). Se comprueba por tanto, que la energía disipada es proporcional al cuadrado de la diferencia de velocidades de los árboles e independiente del momento de torsión del embrague o freno
Realizar un esquema correspondiente a los esfuerzos que soporta el material de un resorte en función del tipo de resorte
Resorte helicoidales de tracción: El cuerpo del resorte está sometido a esfuerzos de torsión y esfuerzos cortantes, en cambio en el extremo de agarre predominan los esfuerzos de flexión y axiales. En el diseño de los extremos se debe considerar la concentración de esfuerzos que se originan por la curvatura. Resorte helicoidales de compresión. Varía en función del tipo. -Resortes discoidales: la relación entre la carga y la deformación dependerá de la relación dimensional h/t. -Resortes helicoidales de torsión: el material está sometido a esfuerzos flectores
Selección del coeficiente de seguridad
Si admitimos que no se puede tolerar ninguna posibilidad de fallo se debe cumplir que: C-≤C≤F+≤F es decir: C≤F+≤F+≤C teniendo en cuenta la definición de N se llega a: N≤(1+≤F/F)/(1-≤C/C) Esta expresión permite determinar el coeficiente de seguridad para el caso de seguridad total, donde el cociente del numerador representa el porcentaje decimal de tolerancia para los esfuerzos aplicados, el cociente del denominador representa el porcentaje decimal de tolerancia para la capacidad de carga. En determinadas aplicaciones prácticas es conveniente descomponer estos porcentajes: N≤[1+(≤F/F)1][1+(≤F/F)2][1+(≤F/F)3]/[ 1-(≤C/C)1][1-(≤C/C)2][1-(≤C/C)3] En donde: (≤F/F)1 representa el porcentaje decimal de incrementos de los esfuerzos aplicados debido a la imprevisión de su exactitud en condiciones reales de funcionamiento. (≤F/F)2 representa el porcentaje decimal de incremento de los esfuerzos debido a la incorrecta distribución y aplicación de las cargas (excentricidades). (≤F/F)3 representa el porcentaje decimal de incremento del esfuerzo aplicado debido a inexactitudes en el cálculo de las cargas (≤C/C)1 Representa el porcentaje decimal de decrementos en la resistencia total de la pieza debido a las imprevisiones en las propiedades del material. (≤C/C)2 Representa el porcentaje de decrecimiento decimal en la capacidad de carga de la pieza debido a las tolerancias de conformación de las mismas. (≤C/C)3 Representa el porcentaje de decrecimiento decimal en la capacidad de carga debido a otros factores que intervienen en la mano de obra y que hacen disminuir su resistencia. Este procedimiento tiene la ventaja de que el proyectista puede fijar a priori los límites de su diseño que han de quedar reflejados en el correspondiente pliego de condiciones y que las incertidumbres globales se descomponen en factores más simples y fáciles de estimar