Equipo 2Rosales Lpez Nestor Ruben,Conexiones Atornillas y Uniones Soldadas.Catedrtico:ING. Hilario Verduzco FigueroaUNIVERSIDAD DE COLIMAFACULTAD DE INGENIERA ELECTROMECNICABASTIDORES DE MQUINAS, CONEXIONES ATORNILLADAS Y UNIONES SOLDADASEn este libro el lector ha estudiado elementos de mquina individuales, considerando, al mismo tiempo, la forma en que esos elementos deben trabajar en conjunto, en una mquina ms elabo-rada. Al avanzar el diseo, llega un momento en que debe juntar todo. Pero entonces encara las preguntas: "Qu pongo adentro? Cmo junto todos los componentes funcionales de una manera segura, permitiendo que se puedan ensamblar y darles servicio, y al mismo tiempo suministrando una estructura segura y rgida?" No es prctico generar un mtodo completamente general para disear una estructura o un bastidor para una mquina, un vehculo, un producto de consulado o hasta un juguete. Cada uno es distinto de acuerdo con sus funciones; el nmero, tamao y tipo de componentes en el producto, el uso que se pretende y la demanda esperada de un diseo esttico. Por ejemplo, con frecuencia los juguetes muestran mtodos ingeniosos de diseo, porque el fabricante desea obtener un juguete seguro y funcional, y al mismo tiempo reducir al mnimo el material usado y la cantidad de tiempo de personal necesario para producir el juguete. En este captulo explorar algunos conceptos bsicos para crear un diseo satisfactorio de bastidor, considerando la forma de los componentes estructurales, las propiedades de sus materiales, el uso de sujetadores como tornillos, y la fabricacin de conjuntos soldados. Aprender algunas de las tcnicas para analizar y disear conjuntos atornillados, para considerar las cargas en varias direcciones sobre los tornillos. Tambin se describe el diseo de uniones soldadas, para que sean seguras y rgidas, con las descripciones que se presentaron. En el captulo 18, sobre los tornillos cargados en tensin pura, vimos parte de esta historia, por ejemplo, en una funcin de sujecin. El presente captulo ampla aqul, para considerar juntas con cargas excntricas: las que deben resistir una combinacin de cortante directo y un momento flexionante sobre un conjunto de tornillos. Se describe la capacidad de una unin soldada para soportar diversas cargas. Con objeto de disear la soldadura. Aqu se describen uniones uniformemente cargadas y uniones excntricamente cargadas. Para apreciar el valor de este estudio, seleccione una variedad de productos, mquinas y vehculos, y observe cmo estn construidos. Cul es la forma bsica de la estructura que mantiene todo unido? Dnde se generan las fuerzas, momentos flexionantes y momentos torsionantes (pares torsionales)? Qu tipos de esfuerzos causan? Considere cul es la trayectoria de la carga, si sigue una fuerza desde el lugar donde se genera. 20.1 OBJETIVOS DE ESTE CAPITULOAl terminar este captulo, podr: 1. Aplicar los principios del anlisis de esfuerzo y deformacin para proponer una forma razonable y eficiente de una estructura o bastidor, y de sus partes. 2. Especificar los materiales adecuados para las necesidades de determinado diseo, dadas ciertas condiciones de carga, ambiente, requisitos de fabricacin, seguridad y esttica. 3. Analizar juntas atornilladas con cargas excntricas.4. Disear uniones soldadas que soportes muchas clases de cargas.

20.2 BASTIDORES Y ESTRUCTURAS DE MAQUINASEl diseo de bastidores y estructuras de mquinas es un arte, en gran medida, porque deben acomodarse las partes de la mquina. Con frecuencia, el diseador se encuentra con restricciones de espacio para colocar los soportes, y que no interfieran con el funcionamiento de la mquina, o para que permitan el acceso para el ensamble o el mantenimiento. Pero, naturalmente, se deben cumplir requisitos tcnicos y de la estructura misma. Algunos de los parmetros ms importantes son los siguientes: Resistencia Rigidez Aspecto Costo Resistencia a la corrosin Peso Tamao Reduccin de ruido Limitacin de vibracin Duracin Debido a las posibilidades virtualmente infinitas de detalles de diseo en los bastidores y estructuras, en esta seccin se concentrarn en lineamientos generales. La implementacin de ellos depender de la aplicacin especfica. A continuacin, se resumen los factores que deben - ser considerados al comenzar un proyecto de diseo de un bastidor: Fuerzas ejercidas por los componentes de la mquina, a travs de los puntos de montaje como cojinetes, pivotes, mnsulas y patas de otros elementos de mquinas Forma de soportar el bastidor mismo Precisin del sistema: deflexin admisible de los componentes Ambiente donde trabajar la unidad Cantidad de produccin e instalaciones disponibles Disponibilidad de mtodos analticos, como el anlisis computarizado de esfuerzos, la experiencia con productos similares y el anlisis experimental de esfuerzos Relacin con otras mquinas y muros, entre otros De nuevo, muchos de estos factores requieren el criterio del diseador. Los parmetros sobre los que el diseador tiene ms control son la seleccin del material, la geometra de las partes de carga del bastidor y los procesos de manufactura. A continuacin repasaremos algunas posibilidades.MATERIALES:Como en el caso de los elementos de mquinas descritos en este libro, las propiedades de resistencia y rigidez del material son de primera importancia. En el captulo 2 se present una ex-tensa cantidad de informacin sobre materiales, y los apndices contienen mucha informacin til. En general, el acero tiene buena resistencia, en comparacin con los materiales opcionales para bastidores. Pero con frecuencia es mejor considerar algo ms que la resistencia de fluencia, la resistencia ltima de tensin o la resistencia de fatiga solamente. El diseo completo se puede ejecutar con varios materiales probables, para evaluar el funcionamiento en general. Si se considera la relacin de resistencia a densidad, llamada tambin relacin de resistencia a peso, o resistencia especfica, se puede llegar a seleccionar un material distinto. En realidad esta es una razn para usar aluminio, titanio y materiales compuestos, en aviones, vehculos aeroespaciales y equipos de transporte. La rigidez de una estructura o un bastidor es, con frecuencia, el factor determinante en el diseo, ms que la resistencia. En esos casos, la resistencia del material, representada por su mdulo de elasticidad, es el factor ms importante. En este caso tambin se deber evaluar la relacin de rigidez a densidad, llamada rigidez especfica.

LIMITES DE DEFLEXIN RECOMENDADOSEn realidad, solo con un conocimiento profundo de la aplicacin de un elemento de maquina se puede indicar un valor de deflexin aceptable. Pero se dispone de algunos lineamientos para que tenga un punto de partida.Deflexin debido a la flexinPartes de maquina en general: 0.0005 a 0.003 in/in de longitud de vigaPrecisin moderada: 0.000 01 a 0.0005 in/inAlta precisin: 0.000 001 a 0.000 01 in/in

Deflexin (rotacin) debido a la torsinPartes de maquina en general: 0.001 a 001/ in de longitudPrecisin moderada: 0.000 02 a 0.0004/ inAlta precisin: 0.000 001 a 0.000 02

SUGERENCIAS DE DISEO PARA RESISTIR LA FLEXINAl revisar una tabla de frmulas de deflexin de vigas en flexin, como las del apndice 14, se obtiene la siguiente formula de la deflexin:

Donde P= carga E= mdulo de elasticidad del material en la viga I= momento de inercia de la seccin transversal de la viga K= factor que depende de la forma de cargar y la forma de los apoyosUna conclusin obvia respecto de la ecuacin (20-1) es que la carga y la longitud deben mantenerse pequeas, y los valores de E e I deben ser grandes. Observe la funcin cubica de la longitud. Eso quiere decir, por ejemplo, que si reduce la longitud en un factor de 2.0, se reducira la deflexin en un factor de 8.0, lo cual es deseable, claro est. La figura 20-1 muestra las comparaciones de cuatro tipos de vigas para sostener una carga, P, a una distancia, a, de un soporte rgido. Una viga simplemente apoyada en cada extremo se toma como caso bsico. Mediante las formulas estndar para vigas, se calculan el valor de momento flexionante y de la deflexin, en funcin de P y a, y los valores obtenidos se normalizan arbitrariamente a 1.0. Entonces se calcularon los valores para los tres casos, y se determinaron relaciones con el caso bsico. Los datos indican que una viga con extremos empotrados produce tanto el momento flexionante mnimo como la deflexin mnimo, mientras que el voladizo produce los valores mximos de ambos.En resumen, se indican las siguientes sugerencias de diseo para resistir flexin:1. Mantenga lo ms corta posible la longitud de la viga y coloque las cargas cerca de los apoyos.2. Maximice el momento de inercia de la seccin transversal en direccin de la flexin. En general, eso se puede hacer al colocar tanto material como se pueda lo ms alejado del eje neutro para flexin, y en una viga de patn ancho o en una seccin rectangular hueca.

3. Use un material con mdulo de elasticidad grande.4. Use extremos empotrados en la viga, cuando sea posible.5. Considere la deflexin lateral, adems de la deflexin en la direccin de la carga primaria. Esas cargas se pueden encontrar durante la fabricacin, manejo, transporte, uso descuidado o choques casuales.6. Asegrese de evaluar el diseo final con respecto tanto a la resistencia como a la rigidez. Algunos mtodos para mejorar la rigidez (al aumentar) en realidad pueden aumentar el esfuerzo en la viga, porque el mdulo de seccin disminuye.7. Proporcione tornapuntas rgidas en los bastidores abiertos.8. Cubra un perfil abierto de bastidor con lmina, para resistir la distorsin. A este proceso se le llama a veces rigidizacin de tablero.9. Considere una construccin del tipo de armadura, para obtener rigidez estructural con elementos ligeros.10. Al disear un bastidor abierto en el espacio, use amarra diagonal, para descomponer las zonas en partes triangulares, con formas rgidas inherentes.11. Tenga en cuenta la rigidez en tableros grandes, para reducir la vibracin y el ruido.12. Agregue sujeciones y cartelas en reas donde se apliquen las cargas, o en los soportes, para ayudar a transferir las fuerzas a los elementos vecinos.13. Prevngase de miembros portantes con patines delgados y extendidos, que se puedan someter a la compresin. Podra presentarse pandeo local, llamado a veces arrugamiento.14. Coloque las conexiones en puntos de poco esfuerzo, si es posible.

SUGERENCIAS PARA DISEAR ELEMENTOS QUE RESISTAN LA TORSINSe puede crear la torsin en un elemento de bastidor de mquina de diversas maneras: Una superficie de soporte puede estar dispareja, una maquina o un motor pueden transmitir par torsional de reaccin al bastidor una carga que acte hacia el lado del eje de la viga (o hacia cualquier lugar fuera del centro de flexin de la viga) produce torsin.

En general, la deflexin de un miembro por torsin se calcula con

Donde T= par torsional o momento de torsin aplicado L= longitud sobre la que acta el par torsional G= mdulo de elasticidad en cortante del material R= constante de rigidez a la torsinEl diseador debe escoger con cuidado la forma del miembro en torsin, para obtener una estructura rgida. Se recomienda lo siguiente:1. Use perfiles cerrados, cuando sea posible. Como ejemplos estn las barras macizas con grandes secciones transversales, tubos huecos, tubos rectangulares o cuadrados cerrados y formas especiales cerradas, que se aproximen a la forma de un tubo.2. Por el contrario, evite perfiles abiertos hechos con materiales delgados. La figura 20-2 muestra un ejemplo notable.3. Para bastidores, soportes, mesas y bases, amplios, entre otros, use amarras diagonales colocadas a 45 respecto de los lados del bastidor (vea la figura 20-3).4. Use conexiones rgidas, como las que se obtienen al soldar sus partes.La mayor parte de las sugerencias presentes en esta seccin pueden ser implementadas independientemente del tipo especfico de bastidor que se disee: las piezas coladas en hierro, acero, aluminio, zinc o magnesio, las soldaduras en placa de acero o aluminio, las cajas moldeadas en lamina o placa metlica, o las piezas moldeadas en plstico. Las referencias en este captulo contienen valiosas guas adicionales para terminar el diseo de bastidores, estructuras y cajas.20.3 JUNTAS ATORNILLADAS Y CON CARGAS EXCNTRICASLa figura 20-4 muestra un ejemplo de una unin atornillada que sostiene una carga excntrica. El motor en el soporte saliente somete los tornillos al corte, porque su peso acta directamente hacia abajo. Pero tambin existe un momento igual a que debe ser resistido por cada uno de los pernos. El momento tiende hacer girar el soporte, y a consecuencia a cortar los tornillos. El mtodo bsico para analizar y disear juntas con cargas excntricas consiste en determinar las fuerzas que actan sobre cada tornillo, debido a todas las cargas aplicadas. Entonces con un proceso de superposicin, se cambian vectorialmente las cargas, para determinar el perno que soporte la carga mxima. Entonces, se determinan las dimensiones de ese perno. Este mtodo se aprecia en el problema modelo 20-1. Instituto Americano de Construccin de acero (AISC) publican los esfuerzos admisibles para pernos fabricados con aceros de grado ASTM, como los que aparecen en la tabla 20-1. Estos datos corresponden a los pernos que se usan en orificios de tamao normalizado, 1/16 de pulgada mayor que el perno. Tambin, una conexin del tipo de friccin, donde la fuerza de sujecin es suficientemente grande para que se pueda suponer que la friccin entre las partes unidas ayuda a sostener algo de la carga cortante. En el diseo de uniones atornilladas, debe asegurarse de que no haya roscas en el plano donde est el corte. Entonces el cuerpo del perno tendr un dimetro igual al dimetro mayor de la rosca. Puede usar las tablas del captulo 18, para seleccionar el tamao estndar de un perno.

20-4 UNIONES SOLDADASEn el diseo de uniones es necesario considerar la forma de aplicar la carga sobre la junta, los materiales en la soldadura y en los elementos que se van a unir, y la geometra de la junta misma. La carga puede estar uniformemente distribuida sobre soldadura, de tal modo que todas sus partes tengan el mismo esfuerzo, o bien se puede aplicar excntricamente. Se describen ambas formas en esta seccin.Los materiales del cordn y de los elementos originales determinan los esfuerzos admisibles. La tabla 20-2 contiene varios ejemplos para cero y aluminio. Los esfuerzos admisibles mencionados son para cortante sobre soldaduras de chafln. Para acero soldado con el mtodo del arco elctrico, el tipo de electrodo contiene una indicacin de la resistencia a la tensin del metal de aporte. Por ejemplo, el electrodo E70 tiene una resistencia mnima de tensin de 70 ksi( 483 Mpa). Se encuentran mas datos en publicaciones de la american welding society (AWS). El american institute for Steel construccin (AISC) y la aluminium Association (AA). Vea la referencia 1 y los sitios de internet 3 y 7.Tipos de juntasEl termino tipo de junta se refiere a la relacin entre las partes unidas, como se ilustra en la figura 20-6. La soldadura a tope permite que una unin tenga el mismo espesor nominal que las partes unidas, y en general se carga en tensin. Si la unin se hace correctamente y con el metal de aporte adecuado, ser ms resistente que el metal original. As, no se necesita un anlisis especial de la unin, si se ha determinado que los elementos mismos que se unen son seguros. Sin embargo, se aconseja tener cuidado cuando los materiales que se van a unir se afectan por el calor del proceso de soldadura. Como ejemplos, se tienen los aceros con tratamiento trmico, y muchas aleaciones de aluminio. Se supone que los dems tipos de uniones de la figura 20-6 someten a la soldadura en corte.

Tipos de soldadurasLa figura 20-7 muestra varios tipos de soldadura, cuyos nombres provienen de la geometra de las orillas de las partes que se van a unir. Observe la preparacin especial que requieren las orillas, en especial cuando las placas son gruesas, para permitir que la varilla de soldadura entre a la junta y forme un cordn continuo de soldadura.Tamao de soldaduraLos cinco tipos de soldadura de ranura, en la figura 20-7, se hacen con cordones de penetracin completa. Entonces, como se indic antes, para las soldaduras a tope, la soldadura es ms resistente que los metales originales y no se necesitan ms anlisis.Las soldaduras de chafln son hechas en forma de tringulos rectngulos de catetos iguales, en el caso tpico, y el tamao de la soldadura es la longitud de cateto. Una soldadura de chafln con carga de cortante tendera a fallar a lo largo de la dimensin menor del cordn, que es la lnea que va de la raz del cordn hasta la cara terica del mismo, en direccin perpendicular a esa cara. La longitud de esa lnea (la garganta) se calcula con trigonometra sencilla, y es igual a 0.707w, donde w la dimensin del cateto o del lado.

Los objetivos del diseo de una unin con chafln son especificar la longitud de los lados del chafln, la distribucin y la longitud de la soldadura. Aqu se presentara el mtodo que considera a la soldadura como una lnea que no tiene espesor. El mtodo implica determinar la fuerza mxima por pulgada de longitud de lado de cordn. Al comparar la fuerza real con una fuerza admisible, se puede calcular la longitud de lado que se requiere.La tabla 20-3 contiene datos sobre el esfuerzo cortante admisible y la fuerza admisible por pulgada, para algunas combinaciones de metal base y electrodo de soldadura. En general, las cantidades admisibles para las estructuras de edificios son para cargas continuas. Los valores para cargas de puentes consideran los efectos cclicos. Para el caso real de carga repetida del tipo de fatiga, consulte las publicaciones. Vea las referencias 2, 3, 4 y 6.Mtodo para considerar la soldadura como una lneaAqu se examinaran cuatro formas de aplicar la carga: 1) tensin o compresin directa, 2) corte vertical directo, 3) flexin y 4) torsin. El mtodo permite que el diseador realice los clculos en una forma muy parecida a la que se emple para disear los elementos portantes mismos. En general, se analiza la soldadura por separado, debido a la carga. Entonces, se combinan las cargas vectorialmente para calcular la fuerza mxima. Compare esta fuerza con la admisible en la tabla 20-3, para determinar el tamao necesario de soldadura. Vea la referencia 2.A continuacin, se resumen las relaciones empleadas:

Tipo de carga frmula (y numero de ecuacin) para fuerza/ pulgada de soldadura

Tensin o compresin directa Cortante vertical directo Flexin Torsin

En estas frmulas, se maneja la geometra del cordn para evaluar los trminos con las relaciones de la figura 20-8. Observe la semejanza entre estas frmulas y las que se emplearon para hacer el anlisis de esfuerzos. Tambin, observe la similitud entre los factores geomtricos de los cordones y las propiedades de las reas que se emplean en el anlisis de esfuerzos. Ya que se considera la soldadura como una lnea sin espesor, las unidades de los factores geomtricos son distintos que las de las reas, como se indica en la figura 20-8.El empleo de este mtodo para analizar soldaduras se demuestra en los problemas modelo. En general, en dicho mtodo se requieren los siguientes pasos:

Problema Modelo 20-1Para la msula de la figura 20-4, suponga que la fuerza total P es de 3500 lb, y que la distancia a es de 12in. Disear una junta atornillada que muestre la ubicacin y el nmero de tornillos, su material y su dimetro.Solucin:La solucin indicada es una descripcin del procedimiento que se puede emplear para analizar juntas similares. El procedimiento se ilustra con los datos de este problema.Paso 1.- proponga el nmero y la colocacin de los pernos. Esta es una decisin de diseo, basada en el criterio y la geometra de las partes conectadas. En este problema, intente con un conjunto de cuatro pernos, colocados como se ve en la figura 20-5.

Pas 2.- Determine las fuerzas constante directa sobre el conjunto de pernos, y sobre cada uno de ellos, si supone que todos comparten la carga por igual:

La fuerza cortante acta directamente hacia abajo sobre cada perno.Paso 3.- Calculo del momento que debe resistir el conjunto de pernos es el producto de la carga en voladizo por la distancia al centroide del conjunto de pernos. En este problema,

Paso 4.- Calculo la distancia radial del centroide desde el conjunto de pernos hasta el centroide de cada uno de ellos. En este problema, cada perno tiene una distancia radial de:

Paso 5.- Calcule la suma de los cuadrados de todas las distancias radiales a todos los pernos. En este problema los cuatro pernos tiene la misma r. entonces:

Paso 6.- calcule la fuerza sobre carda tornillo, necesaria para resistir el momento flexionante, con la ecuacin

Paso 7.- determine la resultante de todas las fuerzas que actan sobre cada perno. Se puede hacer una sumatoria vectorial, sea analtica o grfica, o se puede descomponer cada fuerza en sus componentes horizontales y verticales. Los componentes se suman y despus se puede calcular la resultante.Use este ltimo mtodo para este problema. La fuerza constante actan directamente hacia abajo, en la direccin . Las componentes y de son:

La fuerza total en la direccin y es, entonces

Entonces la fuerza resultante sobre el perno 1 es

Paso 8.- Especifique el material del perno; calcule su rea necesaria y seleccione un tamao adecuado. Para este problema, especifique acero ASTM A325, para pernos, con esfuerzo cortante admisible de 17,500 psi, de la tabla 20-1. Entonces el rea que requiere el perno es

El dimetro necesario entonces sera

Especifique un perno de 5/8 de in con 0.625 pulgadas de dimetro.

PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DISEAR UNIONES SOLDADAS1. Proponga la geometra de la unin y el diseo de los elementos que se van a unir.2. Identifique los esfuerzos que se desarrollan en la unin (flexin, torsin, cortante vertical, tensin o compresin directa).3. Analice la junta para determinar la magnitud y la direccin de la fuerza sobre la soldadura, debido a cada tipo de carga.4. Combine vectorialmente las fuerzas en la unin, o en los puntos del cordn donde las fuerzas parezcan mximas.5. Divida la fuerza mxima sobre la soldadura entre la fuerza admisible, de la tabla 20-3, para calcular el lado requerido para el cordn. Observe que cuando se sueldan placas gruesas, los tamaos mnimos aceptables de los cordones son los que muestra la tabla 20-4.

PROBLEMA 20-2Disee una mnsula parecida a la de la figura 20-4, pero fije la mnsula a la columna con soldadura. La mnsula tiene 6 in de altura y es de acero ASTM 36, in de espesor. Tambin, la columna es de acero A36, y tiene 8in de ancho.

Solucin:Paso 1.- La geometra propuesta es una decisin de diseo, y podra estar sujeta a posteriores iteraciones para llegar a un diseo ptimo. Como primera tentativa, use el cordn en forma de C, mostrado en la figura 20-9.

Pas 2.- La soldadura ser sometida a cortante vertical directo y a la torsin causada por la carga de 3500lb sobre la mnsula. Paso 3.- Para calcular las fuerzas sobre la soldadura, se deben conocer los factores geomtricos y . Tambin se debe calcular el lugar del centroide del cordn (figura 20-9 b). Emplee el caso 5 de la figura 20-8.

Fuerza debido al cortante vertical

Esta fuerza acta verticalmente hacia abajo en todas las partes de la soldadura.Fuerza debido al momento de torsin

El momento de torsin causa una fuerza sobre la soldadura, que es perpendicular a la lnea radial desde el centroide de la figura del cordn hasta el punto de inters. En este caso, el extremo del cordn superior a la derecha sostiene la mxima fuerza. Lo ms conveniente es descomponer la fuerza en componentes horizontal y vertical, para despus volver a combinar todos esos componentes y calcular la fuerza resultante:

Paso 4.- La combinacin vectorial de las fuerzas sobre la soldadura se muestra en la figura 20-9 c. Entonces, la fuerza mxima es de 1560 lb/in.Pas 5.- al seleccionar electrodos E60 para soldar, observe que la fuerza admisible por pulgada de lado es de 9600 lb/in (tabla 20-3). Entonces, la longitud necesaria del lado es

En la tabla 20-4 se indica el tamao del cordn mnimo, para una placa de in es de 3/16 (0.188) de pulgada. Debe especificarse este tamao.

PROBLEMA MODELO 20-3Se soldara una tira de acero de de in de espesor a un marco rgido, para soportar una carga fija de 12500 lb, como se ve en la figura 20-10. Disee la tira y su soldadura.

Solucin:Los objetivos bsicos del diseo son especificar un material adecuado para la tira, el electrodo de soldar, el tamao de la soldadura y las dimensiones W y h, indicadas en la figura 20-10.Especifique que la tira sea fabricada de acero estructural ASTM A441, y que suelde con un electrodo E70, y un cordn de 3/16 in, que es el tamao mnimo. En el apndice 7 se indica que la resistencia de fluencia del acero A441 es de 42000 psi. Mediante un factor de diseo de 2, se puede calcular que el esfuerzo admisible es

Entonces, el rea necesaria en la tira es

Pero esa rea es W x t, donde t = 0.25 in. Entonces, el ancho W requerido es

Especifique que W = 0.25 in.Para calcular la longitud requerida del cordn, h, se necesita la fuerza admisible en acero A441 soldado con electrodo E70 es de 11200 lb/in por pulgada de lado. Entonces

La fuerza real sobre la soldadura es

Entonces, se despeja h, y es

Especifique h = 3.00 in.Problema modelo 20-4Evalu el diseo de la figura 20-11, con respecto a esfuerzos en las soldaduras. Todas las partes del conjunto son de acero estructural ASTM A36, soldadas con electrodos e60. La carga de 2500 lb es carga fija.SolucinEl punto crtico seria la soldadura en la parte superior del tubo, donde se une a la superficie vertical. En ese punto, hay un sistema de fuerzas en tres dimensiones, que actan sobre el cordn, como se indica en la figura 20-12. La ubicacin descentrada de la carga causa un torsimetro sobre el cordn, el cual produce una fuerza que acta hacia afuera, a lo largo del eje x. la fuerza cortante vertical acta hacia abajo, a lo largo del eje z.

De acuerdo con la esttica, la resultante de los tres componentes de fuerza seria

Ahora, se calculara cada componente de fuerza.Fuerza de torsin,

Entonces

Fuerza de flexin,

Entonces

Fuerza cortante vertical,

Ahora se puede calcular la resultante:

Al comparar esto con la fuerza admisible para 1.0 pulg de cordn, se obtiene