Elementos de máquinas / M. F. Spotts, T. E. Shoup.

CONTENIDO
Resolución de problemas y diseño 1
El proceso de diseño 3
Etapas del diseño 5
Localización y uso de la información en el diseño de máquinas 7
Estándares aceptados de diseño 9
Herramientas de cómputo para el diseño de máquinas 11
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES 15
Equilibrio estático 17
Materiales de la ingeniería 17
Esfuerzos de tensión y compresión 18
Tensión y compresión en unidades SI 20
Fuerza y masa 21
Problemas estáticamente indeterminados en tensión y compresión 23
Centro de gravedad 24
Flexión de vigas 25
Momento de inercia 29
Teorema de los ejes paralelos para momentos de inercia 31
Principio de superposición 33
Ecuaciones adicionales para vigas 35
Deflexión de vigas 36
Efecto de costillas sobre fundiciones 43
Esfuerzo cortante 45
Esfuerzo cortante transversal en vigas 46
Diagramas de fuerza cortante y momento flexionante 50
Miembros esbeltos a compresión o columnas 54
Esfuerzos en cualquier dirección dada 57
El círculo de Mohr 59
Esfuerzo en tres dimensiones 63
Esfuerzos y deformaciones en dos direcciones 71
Deflexión en vigas por esfuerzo cortante 72
Principio de Saint Venant 73
2 ESFUERZOS DE TRABAJO Y TEORIAS DE FALLA 111
Falla y teorías fenomenológicas de falla 112
Diagramas de esfuerzo-deformación unitaria 115
Teorías fenomenológicas de falla basadas en esfuerzos 118
Concentración de esfuerzos causada por un cambio brusco en la forma 128
Diseño por carga cíclica 142
3 DISEÑO DE EJES 174
Torsión de ejes circulares 175
Potencia transmitida 181
Esfuerzo cortante estático máximo 184
Diseño de ejes por cargas fluctuantes 185
Chavetas 190
Concentración de esfuerzos 194
Acoplamientos 195
Cargas de flexión en dos planos 198
Eje sobre tres soportes 198
Cig eñales 201
Velocidad crítica de un eje en rotación 203
Deflexión de ejes de diámetro no uniforme 205
Pendiente de ejes por energía elástica 207
Torsión de ejes no circulares 208
Torsión de una barra rectangular ancha 210
Torsión de barras rectangulares. Caso general 211
Secciones compuestas 213
Tubos de pared delgada 215
Materiales usados para ejes 217
4 RESORTES 242
Resortes helicoidales 244
Propiedades de los materiales para resortes 248
Resortes formados en caliente 250
Resortes helicoidales de volumen mínimo de material. Carga estática 251
Diseño óptimo de resortes helicoidales 255
Fatiga de resortes 258
Diseño por cargas fluctuantes 259
Pandeo de resortes a compresión 262
Vibración o pulsación de los resortes helicoidales 262
Tolerancias comerciales 263
Efecto de los remates en los resortes de compresión 263
Resortes helicoidales de tensión 266
Resortes helicoidales de alambre rectangular 267
Resortes helicoidales con carga torsional 268
Resortes de hojas 271
Almacenamiento de energía por resortes 274
Resorte Belleville 275
Resortes de hule 277
5 TORNILLOS 292
Tipos de cuerdas 292
Roscas estandarizadas 295
Roscas tipo Unified 297
Roscas tipo American National 298
Símbolos de identificación 299
Cuerdas SI 299
Efecto del esfuerzo inicial 300
Consideraciones adicionales de diseño 305
Tornillos de potencia 306
Par de torsión requerido para producir la fuerza deseada de apriete 313
Fricción de tornillos 314
Concentración de esfuerzos 314
Contratuercas 315
Materiales y métodos de fabricación 317
Esfuerzo debido a carga de impacto 318
Relajación 320
6 BANDAS, EMBRAGUES, FRENOS Y CADENAS 326
Bandas V 327
Distancia entre centros para impulsión con banda V 329
Diseño de bandas V 331
Otros tipos de bandas 334
Embrague de disco o placa 335
Frenos de disco 339
Embrague cónico 340
Frenos de banda 341
Freno de bloque con zapata corta 344
Freno de bloque pivoteado con zapata larga 345
Freno con zapata simétrica pivoteada 351
Presiones en el forro 353
Calentamiento de frenos 353
Cadenas de rodillos 354
Capacidad de diseño de cadenas de rodillos 355
Excoriación de las cadenas de rodillos 359
Acción poligonal 360
Cadena silenciosa 361
7 CONEXIONES SOLDADAS Y REMACHADAS 372
Fabricación con soldadura 373
Soldadura de fusión 374
Resistencia de las soldaduras de fusión 374
Soldaduras cargadas excéntricamente. Cargas estáticas 376
Concentración de esfuerzos en soldaduras 382
Esfuerzo residual. Soldabilidad 383
Electrodos para soldar 384
Diseño por cargas fluctuantes 385
Soldadura por resistencia 387
Otros tipos de soldadura 388
Soldadura blanda y soldadura fuerte 390
Cobresoldadura en horno eléctrico 392
Junta remachada con carga central 392
Esfuerzos en remaches 394
Esfuerzos en un recipiente cilíndrico 394
Junta remachada con carga excéntrica 397
Centro instantáneo de rotación 401
8 LUBRICACION 415
Viscosidad y la ley de Newton 417
Ecuación de Petroff para cojinetes 423
Capacidad de carga de cojinetes 428
Curvas de carga y fricción para cojinetes 429
Potencia perdida por fricción 435
Potencia perdida por cojinetes autoenfriantes 436
Diseño por temperatura de película y espesor mínimo de película 440
Indice de viscosidad 441
La curva Zn/P 442
Materiales para cojinetes 445
Cargas en cojinetes 448
Construcción de cojinetes 448
Tolerancias y ranuras para aceite 449
Adaptación elástica 452
Fricción seca 452
Lubricación en la capa límite o de película delgada 454
Lubricación mixta o semifluida 455
9 COJINETES DE BOLAS Y DE RODILLOS 461
Construcción y tipos de cojinetes de bolas 461
Selección de cojinetes de bolas 463
Efecto de la carga axial 467
Diseño por carga variable 469
Capacidad estática 473
Diseño para niveles diferentes de confianza 473
Fricción y lubricación de cojinetes de bolas 473
Materiales para cojinetes y acabado superficial 475
Montaje de cojinetes de bolas 475
Desalineamiento permisible 477
Cojinetes de bolas no esmerilados 478
Ventajas relativas de los cojinetes de rodillos 479
Cojinetes de rodillos 479
Esfuerzo de contacto entre esferas y cilindros 481
Lubricación elasto-hidrodinámica 488
10 ENGRANES CILINDRICOS 495
Ley de velocidades de los engranes de dientes 498
Cinemática de los dientes involutos de engranes 500
Dientes de engranes cicloidales 502
Pasos de dientes de engranes 502
Pasos de engranes en unidades SI 505
Sistemas estándar de engranes 507
Métodos de fabricación 509
Huelgo 512
Métodos de acabado de engranes 513
Carga sobre el diente del engrane por la potencia transmitida 514
Determinación de cargas en los cojinetes 517
Razón de contacto 518
Rebaje en dientes de engranes 520
Engranes de addenda largo y corto 522
Razones de velocidad de trenes de engranes 525
Engranes internos o anulares 528
Dimensionamiento de los engranes 529
Materiales para engranes 529
Lubricación y montaje de los engranes 530
Trenes de engranes planetarios 531
Diseño de engranes para prevenir fallas 533
11 ENGRANES HELICOIDALES, CONICOS y DE TORNILLO SIN FIN 572
Engranes helicoidales 573
La geometría de los engranes helicoidales 576
Número virtual de dientes 578
Distancia entre centros de engranes casantes 578
Razones de contacto para engranes helicoidales 581
Cargas en los dientes de engranes helicoidales 581
Diseño de engranes helicoidales de ejes paralelos para impedir fallas 582
Engranes cónicos 596
La geometría de los engranes cónicos 598
Cargas sobre engranes cónicos 600
Diseño de engranes cónicos para impedir fallas 600
Tornillos sin fin 609
Relaciones geométricas de engranes de tornillo sin fin 611
Fuerzas en conjuntos de engranes de tornillo sin fin 619
Diseño de conjuntos de engranes de tornillo sin fin 620
12 DIVERSOS ELEMENTOS DE MAQUINAS 627
Esfuerzos en un cilindro grueso 627
Esfuerzos por ajustes a presión y de contracción 630
Concentración de esfuerzos causada por un ajuste a presión 633
Esfuerzos en volantes de disco 636
Volante con rayos y borde 638
Requisitos de los volantes 641
Impacto de cuerpos elásticos 644
Esfuerzos de impacto por el método de la energía 645
Fuerza producida por un peso al caer 649
Impacto de un peso sobre una viga 651
Empaques y sellos 652
Diseño de empaques para cargas estáticas 655
Cuerdas de alambre 658
Vigas curvas 663
Viga curva de sección transversal rectangular 666
Viga curva de sección transversal circular 669
Deflexión angular de una barra curva 669
Levas 670
Leva de placa con seguidor de rodillo central 673
Fabricación de leva con seguidor de rodillo central 675
Leva de placa con seguidor de cara plana 676
Leva polinomial 678
Observaciones sobre el diseño de levas 678
Anillos de retención 679
Placas planas 680
13 PRINCIPIOS DE SINTESIS DE FORMA 694
Repaso de patrones de esfuerzo en partes de máquinas 694
Los principios de síntesis de forma 698
Excepciones a los principios de esfuerzo de forma 700
Diseño de juntas 701
14 MATERIALES DE INGENIERIA 712
La prueba de tensión 712
Constitución física del acero 715
Tipos de acero usados en la construcción de maquinaria 717
Sistemas numéricos para los aceros al carbono y aleados 718
Acero al carbono ordinario 719
Aceros aleados 724
Aceros de alta resistencia y baja aleación, HSLA 726
Costo del acero 726
Tratamiento térmico del acero 730
Esfuerzos residuales del tratamiento térmico 732
Carburización y nitruración 735
Endurecimiento por flama 735
Endurecimiento por deformación 737
Dureza 738
Maquinabilidad 740
Tamaño del grano 740
Corrosión 741
Prevención de la corrosión 742
Acero inoxidable 744
Desgaste 746
Efectos a corto plazo de altas temperaturas 747
Termofluencia del acero a altas temperaturas 748
Fundición de hierro 750
Hierro maleable/hierro nodular 753
Fundición de acero 754
Acero para herramientas 756
Aleaciones de aluminio 756
Designaciones de aleaciones y revenidos 757
Composición y propiedades mecánicas 758
Aleaciones de magnesio 758
Aleaciones de cobre 762
Aleaciones para fundiciones en molde permanente 762
APENDICE-MODULOS DE HOJAS DE CALCULO 768