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Capitulo 20 Bastidores de Maquina, Conexiones Atornilladas y Uniones Soldadas

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Capitulo 20 bastidores y uniones

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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