Diseño de elementos de máquinas / Robert L. Mott.

Incluye CD-ROM, NºI RE0012

CONTENIDO
PARTE I Principios de diseño y análisis de esfuerzos 1
1 La naturaleza del diseño mecánico 2
Panorama 3
Usted es el diseñador 9
1-1 Objetivos de este capítulo 9
1-2 El proceso del diseño mecánico 9
1-3 Conocimientos necesarios en el diseño mecánico 11
1-4 Funciones, requisitos de diseño y criterios de evaluación 11
1-5 Ejemplo de la integración de los elementos de máquina en un diseño mecánico 14
1-6 Ayudas de cómputo en este libro 17
1-7 Cálculos de diseño 17
1-8 Tamaños básicos preferidos, roscas de tomillos y perfiles estándar 18
1-9 Sistemas de unidades 24
1-10 Diferencia entre peso, fuerza y masa 26
Referencias 27
Sitios de Internet 27
Problemas 28
2 Materiales en el diseño mecánico 29
Panorama 30
Usted es el diseñador 31
2-1 Objetivos de este capítulo 32
2-2 Propiedades de los materiales 32
2-3 Clasificación de metales y aleaciones 44
2-4 Variabilidad de los datos sobre propiedades de los materiales 45
2-5 Acero al carbón y aleado 46
2-6 Condiciones para aceros y tratamiento térmico 49
2-7 Aceros inoxidables 53
2-8 Acero estructural 54
2-9 Aceros para herramientas 54
2-10 Hierro colado 54
2-11 Metales pulverizados 56
2-12 Aluminio 57
2-13 Aleaciones de zinc 59
2-14 Titanio 60
2-15 Cobre, latón y bronce 60
2-16 Aleaciones a base de níquel 61
2-17 Plásticos 61
2-18 Materiales compuestos 65
2-19 Selección de materiales 77
Referencias 78
Sitios de Internet 79
Problemas 80
3 Análisis de esfuerzos y deformaciones 83
Panorama 84
Usted es el diseñador 85
3-1 Objetivos de este capítulo 89
3-2 Filosofía de un diseño seguro 89
3-3 Representación de esfuerzos en un elemento de esfuerzos 89
3-4 Esfuerzos directos: tensión y compresión
3-5 Deformación bajo una carga axial directa
3-6 Esfuerzo cortante directo 92
3-7 Relación entre par de torsión, potencia y velocidad de giro 94
3-8 Esfuerzo cortante torsional 95
3-9 Deformación por torsión 97
3-10 Torsión en miembros con sección transversal no circular 98
3-11 Torsión en tubos cerrados de pared delgada 100
3-12 Tubos abiertos y comparación con los tubos cerrados 100
3-13 Esfuerzo cortante vertical 102
3-14 Fórmulas especiales de esfuerzo cortante 104
3-15 Esfuerzo debido a flexión 105
3-16 Centro de flexión para vigas 107
3-17 Deflexiones en vigas 108
3-18 Ecuaciones para la forma de la viga flexionada 110
3-19 Vigas con momentos de flexión concentrados 112
3-20 Esfuerzos normales combinados: principio de superposición 117
3-21 Concentraciones de esfuerzos 119
3-22 Sensibilidad a la muesca y factor de reducción de resistencia 122
Referencias 123
Sitios de Internet 123
Problemas 123
4 Esfuerzos combinados y el círculo de Mohr 135
Panorama 136
Usted es el diseñador 136
4-1 Objetivos de este capítulo 138
4-2 Caso general de esfuerzos combinados 138
4-3 El círculo de Mohr 145
4-4 Problemas prácticos para el círculo de Mohr 151
4-5 Un caso: cuando ambos esfuerzos principales tienen el mismo signo 155
4-6 El círculo de Mohr para condiciones especiales de esfuerzos 158
4-7 Análisis de condiciones complejas de carga 161
Referencias 162
Sitios de Internet 162
Problemas 162
5 Diseño para distintos tipos de carga 163
Panorama 164
Usted es el diseñador 166
5-1 Objetivos de este capítulo 166
5-2 Tipos de carga y relación de esfuerzos 166
5-3 Resistencia a la fatiga 172
5-4 Resistencia a la fatiga real estimada 173
5-5 Problemas ejemplo para estimar la resistencia a la fatiga real 181
5-6 Filosofía de diseño 182
5-7 Factores de diseño 185
5-8 Predicciones de falla 186
5-9 Métodos de análisis de diseños 193
5-10 Procedimiento general de diseño 197
5-11 Ejemplos de diseño 200
5-12 Métodos estadísticos para el diseño 213
5-13 Vida finita y método de acumulación de daños 214
Referencias 218
Problemas 219
6 Columnas 229
Panorama 230
Usted es el diseñador 231
6-1 Objetivos de este capítulo 231
6-2 Propiedades de la sección transversal de una columna 232
6-3 Fijación de un extremo y longitud efectiva 232
6-4 Relación de esbeltez 234
6-5 Relación de esbeltez de transición 234
6-6 Análisis de columnas largas: la fórmula de Euler 235
6-7 Análisis de columnas cortas: la fórmula de J. B. Jonson 239
6-8 Hoja de cálculo para análisis de columnas 241
6-9 Formas eficientes de sección transversal de columnas 244
6-10 Diseño de columnas 245
6-11 Columnas torcidas 250
6-12 Columnas con carga excéntrica 251
Referencias 257
Problemas 257
PARTE II
Diseño de una transmisión mecánica 261
7 Transmisiones por bandas y por cadenas 264
Panorama 265
Usted es el diseñador 267
7-1 Objetivos de este capítulo 267
7-2 Tipos de transmisiones por bandas 268
7-3 Transmisiones por bandas en V 269
7-4 Diseño de transmisiones por bandas en V 272
7-5 Transmisiones por cadenas 283
7-6 Diseño de transmisiones de cadenas 285
Referencias 296
Sitios de Internet 298
Problemas 298
8 Cinemática de los engranes 300
Panorama 301
Usted es el diseñador 305
8-1 Objetivos de este capítulo 306
8-2 Estilos de engranes rectos 306
8-3 Geometría de los engranes rectos: forma involuta del diente 307
8-4 Nomenclatura y propiedades del diente de engranes rectos 308
8-5 Interferencia entre dientes de engranes rectos 320
8-6 Relación de velocidades y trenes de engranes 322
8-7 Geometría de los engranes helicoidales 329
8-8 Geometría de los engranes cónicos 333
8-9 Tipos de engranes de tornillo sinfín 339
8-10 Geometría del tornillo y engrane sinfín 341
8-11 Geometría típica de los conjuntos de sinfín y corona 344
8-12 Valor de tren para trenes de engranajes complejos 347
8-13 Proposición de trenes de engranajes 350
Referencias 357
Sitios de Internet 357
Problemas 358
9 Diseño de engranes rectos 363
Panorama 364
Usted es el diseñador 365
9-1 Objetivos de este capítulo 365
9-2 Conceptos de los capítulos anteriores 366
9-3 Fuerzas, par torsional y potencia en engranes 367
9-4 Manufactura de engranes 370
9-5 Calidad de engranes 372
9-6 Números de esfuerzo admisibles 378
9-7 Materiales de los engranes metálicos 379
9-8 Esfuerzos en los dientes de engranes 385
9-9 Selección del material del engrane con base en el esfuerzo flexionante 394
9-10 Resistencia a la picadura de los dientes de engranes 399
9-11 Selección del material del engrane con base en el esfuerzo de contacto 402
9-12 Diseño de engranes rectos 407
9-13 Diseño de engranes con el sistema de módulo métrico 413
9-14 Diseño y análisis de engranes rectos asistido por computadora 415
9-15 Uso de la hoja de cálculo para el diseño de engranes rectos 419
9-16 Capacidad de transmisión de potencia 428
9-17 Consideraciones prácticas para engranes y su interfase con otros elementos 430
9-18 Engranes de plástico 434
Referencias 442
Sitios de Internet 443
Problemas 444
10 - Engranes helicoidales, cónicos y de tornillo sinfín y corona 449
Panorama 450
Usted es el diseñador 452
10-1 Objetivos de este capítulo 452
10-2 Fuerzas sobre los dientes de engranes helicoidales 452
10-3 Esfuerzos en los dientes de engranes helicoidales 455
10-4 Resistencia a la picadura de los dientes de engranes helicoidales 459
10-5 Diseño de engranes helicoidales 460
10-6 Fuerzas en los engranes cónicos rectos 463
10-7 Cargas sobre los cojinetes de ejes en engranes cónicos 465
10-8 Momentos flexionantes en ejes de engranes cónicos 470
10-9 Esfuerzos en los dientes de engranes cónicos rectos 470
10-10 Diseño de engranes cónicos por resistencia a la picadura 473
10-11 Fuerzas, fricción y eficiencia en conjuntos de tornillo sinfín y corona 475
10-12 Esfuerzos en los dientes de tornillos sinfines y coronas 481
10-13 Durabilidad de la superficie en transmisiones de tornillo sinfín y corona 482
Referencias 488
Sitios de Internet 489
Problemas 489
11 Cuñas, acoplamientos y sellos 491
Panorama 492
Usted es el diseñador 493
11-1 Objetivos de este capítulo 493
11-2 Cuñas 494
11-3 Materiales para las cuñas 498
11-4 Análisis de esfuerzos para determinar la longitud de las cuñas 499
11-5 Estrías 503
11-6 Otros métodos para fijar elementos en los ejes 508
11-7 Acoplamientos 513
11-8 Juntas universales 516
11-9 Anillos de retención y otros métodos de localización axial 518
11-10 Tipos de sellos 521
11-11 Materiales de los sellos
525 Referencias 526
Sitios de Internet 527
Problemas 528
12 Diseño de ejes 530
Panorama 531
Usted es el diseñador 532
12-1 Objetivos de este capítulo 532
12-2 Procedimiento para diseñar ejes 532
12-3 Fuerzas que ejercen los elementos de máquinas sobre los ejes 535
12-4 Concentraciones de esfuerzos en los ejes
12-5 Esfuerzos de diseño para ejes 543
12-6 Ejes sólo sometidos a flexión y a torsión
12-7 Ejemplo de diseño de un eje 548
12-8 Tamaños básicos recomendados para los ejes 552
12-9 Ejemplos adicionales de diseño 553
12-10 Hoja de cálculo auxiliar en el diseño de ejes 561
12-11 Rigidez del eje y consideraciones dinámicas 562
12-12 Ejes flexibles 563
Referencias 564
Sitios de Internet 564
Problemas 565
13 Tolerancias y ajustes 575
Panorama 576
Usted es el diseñador 577
13-1 Objetivos de este capítulo 577
13-2 Factores que afectan las tolerancias y los ajustes 578
13-3 Tolerancias, procesos de producción y costos 578
13-4 Tamaños básicos preferidos 581
13-5 Ajustes de holgura 581
13-6 Ajustes de interferencia 585
13-7 Ajustes de transición 586
13-8 Esfuerzos en ajustes forzados 587
13-9 Métodos generales para asignar tolerancias 591
13-10 Diseño de producto robusto 592
Referencias 594
Sitios de Internet 594
Problemas 595
14 Cojinetes con contacto de rodadura 597
Panorama 598
Usted es el diseñador 599
14-1 Objetivos de este capítulo 600
14-2 Tipos de cojinetes con contacto de rodadura 600
14-3 Rodamientos de empuje 604
14-4 Rodamientos montados 604
14-5 Materiales de los rodamientos 606
14-6 Relación entre carga y duración 606
14-7 Datos de los fabricantes de rodamientos 606
14-8 Duración de diseño 611
14-9 Selección de rodamientos: sólo cargas radiales 613
14-10 Selección de rodamientos: cargas radiales y de empuje, combinadas 614
14-11 Montaje de los rodamientos 616
14-12 Rodamientos de rodillos cónicos 618
14-13 Consideraciones prácticas en la aplicación de los rodamientos 621
14-14 Importancia del espesor de ]a película de aceite en los rodamientos 624
14-15 Cálculo de la duración bajo cargas variables 625
Referencias 627
Sitios de Internet 627
Problemas 628
15 Terminación del diseño de una transmisión de potencia 630
Panorama 631
15-1 Objetivos de este capítulo 631
15-2 Descripción de la transmisión de potencia a diseñar 631
15-3 Alternativas de diseño y selección del método de diseño 633
15-4 Opciones de diseño para el reductor de engranes 635
15-5 Proposición general y detalles de diseño del reductor 635
15-6 Detalles finales de diseño para los ejes 652
15-7 Dibujo del conjunto 655
Referencias 657
Sitíos de Internet 657
PARTE III Detalles de diseño y otros elementos de máquinas 659
16 Cojinetes de superficie plana 660
Panorama 661
Usted es el diseñador 663
16-1 Objetivos de este capítulo 663
16-2 La tarea de diseñar un cojinete 663
16-3 El parámetro un/p del cojinete 665
16-4 Materiales para cojinetes 666
16-5 Diseño de cojinetes con lubricación 668
16-6 Cojinetes con lubricación hidrodinámica de película completa 674
16-7 Diseño de cojinetes con lubricación hidrodinámica de película completa 675
16-8 Consideraciones prácticas para los cojinetes de superficie plana 682
16-9 Cojinetes hidrostáticos 683
16-10 Tribología: Fricción, lubricación y desgaste 687
Referencias 691
Sitios de Internet 692
Problemas 693
17 Elementos con movimiento lineal 694
Panorama 695
Usted es el diseñador 698
17-1 Objetivos de este capítulo 698
17-2 Tornillos de potencia 699
17-3 Tornillos de bolas 704
17-4 Consideraciones de aplicación para tornillos de potencia y tornillos de bolas 707
Referencias 709
Sitios de Internet 709
Problemas 709
18 Sujetadores 711
Panorama 712
Usted es el diseñador 713
18-1 Objetivos de este capítulo 714
18-2 Materiales para pernos y sus resistencias 714
18-3 Designaciones de roscas y área de esfuerzo 717
18-4 Carga de sujeción y apriete de las uniones atornilladas 719
18-5 Fuerza aplicada externamente sobre una unión atornillada 722
18-6 Resistencia al arranque de rosca 723
18-7 Otros tipos de sujetadores y accesorios 724
18-8 Otros métodos de sujeción y unión 726
Referencias 727
Sitios de Internet 727
Problemas 728
19 Resortes 729
Panorama 730
Usted es el diseñador 731
19-1 Objetivos de este capítulo 732
19-2 Tipos de resortes 732
19-3 Resortes helicoidales de compresión 735
19-4 Esfuerzos y deflexiones en resortes helicoidales de compresión 744
19-5 Análisis de las características de los resortes 746
19-6 Diseño de resortes helicoidales de compresión 749
19-7 Resortes de extensión 757
19-8 Resortes helicoidales de torsión 762
19-9 Perfeccionamiento de los resortes mediante remachado por munición 769
19-10 Fabricación de resortes 770
Referencias 770
Sitios de Internet 770
Problemas 771
20 Bastidores de máquina, conexiones atornilladas y uniones soldadas 773
Panorama 774
Usted es el diseñador 775
20-1 Objetivos de este capítulo 775
20-2 Bastidores y estructuras de máquinas 776
20-3 Juntas atornilladas y con cargas excéntricas 780
20-4 Uniones soldadas 783
Referencias 792
Sitios de Internet 792
Problemas 793
21 Motores eléctricos y controles 795
Panorama 796
Usted es el diseñador 797
21-1 Objetivos de este capítulo 797
21-2 Factores de selección de motores 798
21-3 Energía de corriente alterna e información general sobre motores de CA 799
21-4 Principios de operación de los motores de inducción para CA 800
21-5 Funcionamiento del motor de CA 802
21-6 Motores rifásicos de inducción, de jaula de ardilla 803
21-7 Motores monofásicos 806
21-8 Tipos de armazones y cajas para motores de CA 808
21-9 Controles para motores de CA 811
21-10 Corriente directa 820
21-11 Motores de corriente directa 821
21-12 Control de motores de corriente directa 824
21-13 Otros tipos de motores 824
Referencias 826
Sitios de Internet 827
Problemas 827
22 Embragues y frenos 830
Panorama 831
Usted es el diseñador 833
22-1 Objetivos de este capítulo 833
22-2 Descripciones de los embragues y los frenos 833
22-3 Tipos de embragues y frenos de fricción 835
22-4 Parámetros de funcionamiento 840
22-5 Tiempo necesario para acelerar una carga 841
22-6 Inercia de un sistema en función de la velocidad del eje del embrague 844
22-7 Inercia efectiva de cuerpos en movimiento lineal 845
22-8 Absorción de energía: necesidades de disipación de calor 846
22-9 Tiempo de respuesta 847
22-10 Materiales de fricción y coeficientes de fricción 849
22-11 Embrague o freno de placa 851
22-12 Frenos de disco calibrador 854
22-13 Embrague o freno de cono 854
22-14 Frenos de tambor 855
22-15 Frenos de banda 860
22-16 Otros tipos de embragues y frenos 862
Referencias 864
Sitios de Internet 864
Problemas 865
23 Proyectos de diseño 867
23-1 Objetivos de este capítulo 868
23-2 Proyectos de diseño 868
APENDICE A-1
Apéndice 1 Propiedades de las áreas A-1
Apéndice 2 Tamaños y roscas básicos preferido de tornillos A-3
Apéndice 3 Propiedades de diseño para los aceros al carbón y aleados A-6
Apéndice 4 Propiedades de los aceros con tratamiento térmico A-8
Apéndice 5 Propiedades de los aceros cementados A-11
Apéndice 6 Propiedades de los aceros inoxidables A-12
Apéndice 7 Propiedades de los aceros estructurales A-13
Apéndice 8 Propiedades de diseño para el hierro colado A-14
Apéndice 9 Propiedades típicas del aluminio A-15
Apéndice 10 Propiedades típicas de las aleacione de zinc colado A-16
Apéndice 11 Propiedades de las aleaciones de titanio A-16
Apéndice 12 Propiedades de los bronces A-17
Apéndice 13 Propiedades típicas de algunos plásticos seleccionados A-17
Apéndice 14 Fórmulas para deflexión de vigas A -18
Apéndice 15 Factores de concentración de esfuerzos A-27
Apéndice 16 Perfiles estructurales de acero A-31
Apéndice 17 Perfiles estructurales de aluminio A-37
Apéndice 18 Factores de conversión A-39
Apéndice 19 Tabla de conversión de durezas A-40
Apéndice 20 Factor de geometría I para picadura en engranes recto A-41
Respuestas a problemas seleccionados R-44