Post on 05-Jul-2015
transcript
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.
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.
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.
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]).
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.
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)].
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.
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
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.
Conjunto Mecánico
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.
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