Diseño de elementos de máquinas / Robert L. Mott.

CONTENIDO
1. NATURALEZA DEL DISENO MECANICO
Ejemplos de diseño mecánico 4
Conocimientos necesarios para el diseño mecánico 7
Funciones y especificaciones en el diseño 7
Criterios para evaluar decisiones en el diseño de máquinas 9
Ejemplo de la integración de elementos de maquinaria en un diseño mecánico 10
Programas de computación que se utilizan en este libro 13
Cálculos en diseño 13
Sistemas de unidades 15
Diferencias entre peso, fuerza y masa 18
2. MATERIALES EN EL DISEÑO MECANICO 20
Propiedades de los metales 22
Acero al carbón y acero con aleaciones 30
Condiciones para aceros y tratamiento térmico 34
Aceros inoxidables 39
Acero estructural 40
Hierro fundido 40
Metales en polvo 41
Aceros y carburos para herramientas 42
Aluminio 42
Titanio 45
Cobre, latón y bronce 46
Aleaciones con níquel como base 46
Plásticos 47
Materiales compuestos 48
3. ANALISIS DE TENSIONES 59
Filosofía de un diseño seguro 61
Representación de tensiones en un elemento que genera tensión 61
Tensiones directas: tensión y compresión 62
Deformación bajo carga axial directa 64
Tensión por esfuerzo de corte directo 66
Relación entre torque, potencia y velocidad de giro 67
Tensión de esfuerzo de corte por torsión 68
Deformación por torsión 69
Torsión en piezas que tienen secciones transversales no circulares 70
Torsión en tubos cerrados de pared delgada 72
Tubos abiertos en comparación a tubos cerrados 73
Tensión por esfuerzo de corte vertical 75
Fórmulas especiales para tensión por esfuerzo de corte 77
Tensión debida a la flexión 78
Centro de flexión para vigas 80
Deflexiones de vigas 82
Ecuaciones para formas deflexionadas de vigas 84
Vigas con momentos de flexión concentrados 86
Tensiones normales combinadas: principio de sobreposición 90
Concentraciones de tensión 92
Sensibilidad debida a ranuras y factor de reducción de resistencia 95
4. TENSIONES COMBINADAS Y CIRCULO DE MOHR 103
Caso general de tensión combinada 106
Círculo de Mohr 113
Problemas prácticos del círculo de Mohr 120
Precauciones cuando ambas tensiones principales tienen el mismo signo 124
Círculo de Mohr para condiciones especiales de tensión 127
Análisis de condiciones complejas de carga 131
5. DISENO PARA DISTINTOS TIPOS DE CARGA 133
Tipos de carga y razón de carga 135
Resistencia por durabilidad 142
Factores que afectan la resistencia por durabilidad 143
Estimación de la resistencia por durabilidad real 148
Diseño para distintos tipos de carga 151
Predicción de fallas 152
Factores de diseño 154
Métodos para calcular factor de diseño o tensión de diseño 155
Ejemplos de problemas de diseño 159
6. COLUMNAS 174
Propiedades de la sección transversal de una columna 176
Empotramiento o fijación en un extremo y longitud efectiva 176
Razón de delgadez o relación de esbeltez 179
Razón de transición de delgadez 179
Análisis de columna larga: la fórmula de Euler 182
Análisis de columna corta: la fórmula de J. B. Johnson 184
Formas eficientes para secciones transversales de columnas 186
Diseño de columnas 187
Columnas torcidas 191
Columnas cargadas en forma excéntrica 193
Programa para análisis de columnas 196
PROGRAMA DE COMPUTACION: ANALISIS DE COLUMNAS 197
7. RESORTES 203
Tipos de resortes 205
Resortes helicoidales de compresión 209
Tensiones y deflexión para resortes helicoidales de compresión 218
Análisis de características de los resortes 220
Diseños de resortes helicoidales de compresión 223
Resortes de extensión 242
Resortes helicoidales de torsión 247
PROGRAMA DE COMPUTACION: DISEÑO DE RESORTES HELICOIDALES (METODO 1) 228
PROGRAMA DE COMPUTACION: DISEÑO DE RESORTES HELICOIDALES (METODO 2) 233
8. TOLERANCIA Y AJUSTES 255
Factores que afectan las tolerancias y los ajustes 257
Tolerancias, procesos de producción y costo 258
Tamaños básicos recomendables 262
Ajustes para juego 262
Ajustes de interferencia 269
Ajustes de transición 271
Diseño resistente de productos 272
Tensiones para ajustes de fuerzas 272
PROGRAMA DE COMPUTACION: TENSIONES PARA AJUSTES DE FUERZAS 277
9. DISEÑO DE FLECHAS O EJES 282
Procedimiento de diseño de flechas o ejes 284
Fuerzas que ejercen elementos de maquinaria sobre flechas o ejes 287
Concentraciones de tensiones en flechas o ejes 292
Tensiones de diseño para flechas o ejes 295
Flechas y ejes sólo en flexión y torsión 298
Ejemplo de diseño de una flecha o eje 301
Tamaños básicos recomendables para flechas o ejes 306
Ejemplos de diseño adicionales 307
Programa de calculadora para diámetro de flecha o eje 317
10. CUÑAS DE UNION, COPLES Y SELLOS O EMPAQUES 331
Cuñas de unión 333
Materiales para cuñas de unión 338
Análisis de tensión para determinar la longitud de la cuña de unión 339
Ranuras 343
Otros métodos para afianzar elementos en flechas o ejes 349
Copies 354
Juntas universales 356
Anillos de sujeción y otros medios de ubicación axial 362
Tipos de sellos o empaques 367
Materiales para sellos o empaques 369
11. RUEDAS DENTADAS DE TALLA RECTA 376
Geometría de engranes: forma de diente evolvente 379
Nomenclatura de engranes y características de los dientes de los engranes 381
Interferencia 392
Trenes de engranes 394
Número de tensión permisible 400
Materiales para engranes 400
Fabricación de engranes 408
Calidad de engranes 411
Fuerzas en los dientes de los engranes 414
Tensiones en los dientes de los engranes 417
Selección de material para engranes con base en la tensión por flexión 428
Resistencia a la corrosión de dientes de engranes 430
Selección de material para engranes con base en la tensión por el contacto 435
Diseño de engranes de talla recta o cilíndricos 436
Diseño de engranes para el sistema de coeficiente métrico o módulo métrico 443
Diseño de engranes asistido por computadora 446
Consideraciones prácticas para engranes e interfases con otros elementos o piezas 455
PROGRAMA DE COMPUTACION: DISEÑO DE ENGRANES 449
12. ENGRANES HELICOIDALES, ENGRANES CONICOS Y MECANISMOS DE TORNILLO SINFIN Y RUEDA HELICOIDAL 465
Geometría de engranes helicoidales y análisis de fuerzas 467
Tensiones en los dientes de engranes helicoidales 474
Resistencia a la corrosión para dientes de engranes helicoidales 478
Reductores de engranes helicoidales disponibles en el mercado 480
Diseño de engranes helicoidales 482
Geometría de engranes cónicos o biselados 483
Fuerzas en engranes cónicos rectos 487
Fuerzas en los cojinetes de los ejes con engranes cónicos 489
Momentos de flexión en ejes que llevan engranes cónicos 495
Tensiones en dientes de engranes cónicos rectos 495
Diseño de engranes cónicos resistentes a la corrosión 499
Tipos de mecanismos de tornillo sinfin con rueda helicoidal 502
Geometría de tornillo sinfin y mecanismos de tornillo sinfin con rueda helicoidal 504
Fuerzas, fricción y eficiencia en conjuntos de mecanismos de tornillo sinfin con rueda helicoidal 507
Tensiones en los dientes de mecanismos de tornillo sinfin con rueda helicoidal 513
Durabilidad superficial de impulsores de mecanismo de tornillo sinfi n con rueda helicoidal 514
Geometría típica de conjuntos de mecanismo de tornillo sinfin con rueda helicoidal 521
13. IMPULSORES DE BANDA E IMPULSORES DE CADENA 529
Tipos de impulsores de banda 532
Impulsores de banda en V 534
Diseño de impulsores de banda en V 538
Impulsores de cadena 548
Diseño de impulsores de cadena 552
14. COJINETES DE SUPERFICIE PLANA 565
La actividad de diseñar cojinetes 568
Parámetro de cojinetes 569
Materiales para cojinetes 570
Diseño de cojinetes lubricados en el límite 573
Cojinetes hidrodinámicos de película completa 580
Diseño de cojinetes de película completa lubricados en forma hidrodinámica 582
Consideraciones prácticas para cojinetes de superficie plana 590
Cojinetes hidrostáticos 591
15. COJINETES DE CONTACTO GIRATORIO 598
Tipos de cojinetes de contacto giratorio 601
Cojinetes de empuje 606
Cojinetes montados 607
Materiales para cojinetes 608
Relación entre carga y vida útil 609
Información de los fabricantes de engranes 610
Vida útil del diseño 615
Selección de cojinetes: sólo cargas radiales 617
Selección de cojinetes: cargas radial y de empuje combinadas 618
Montaje de cojinetes 621
Cojinetes con rodamientos ahusados 622
Consideraciones prácticas en la aplicación de cojinetes 627
Importancia del espesor de la película de aceite en cojinetes 631
Proyecciones de vida útil bajo cargas variables 633
16. CONTROL DEl MOVIMIENTO: EMBRAGUES Y FRENOS 638
Descripciones de embragues y frenos 640
Tipos de embragues y frenos de fricción 642
Parámetros de desempeño o rendimiento 648
Tiempo que se necesita para acelerar una carga 650
Inercia de un sistema en relación con la velocidad de la flecha del embrague 653
Inercia efectiva para cuerpos que se mueven en forma lineal 655
Absorción de energía: requisitos de disipación de calor 656
Tiempo de respuesta 657
Materiales para fricción y coeficientes de fricción 660
Embrague o freno tipo placa 662
Frenos de disco con calibrador 664
Embrague o freno cónico 664
Frenos de tambor 666
Frenos de banda 672
Otros tipos de embragues y frenos 674
17. MOTORES ELECTRICOS 680
Factores en la selección de motores 682
Energía de CA e información general de motores de CA 683
Principios de operación de motores de inducción de CA 685
Rendimiento de motores de CA 688
Motores trifásicos de inducción por inducido de barras (de jaula de ardillas) 689
Motores monofásicos 692
Tipos de armazones o bastidores y carcasas de motores de CA 696
Controles para motores de CA 702
Energía de CD 712
Motores de CD 713
Control de motor de CD 717
Otros tipos de motores 717
18. TORNILLOS DE POTENCIA, DE CABEZA REDONDA Y AFIANZADORES 724
Tornillos de potencia 727
Tornillos de cabeza redonda 734
Afianzadores 739
Otros medios para afianzar 752
19. ARMAZONES O BASTIDORES DE MAQUINAS, CONEXIONES, TORNILLADAS Y ENSAMBLES SOLDADOS 755
Armazones o bastidores de máquinas y estructuras 757
Ensambles atornillados que se someten a carga excéntrica 762
Ensambles soldados 766
20. PROYECTOS DE DISEÑO 781
Proyectos de diseño 782
APENDICES
Propiedades de áreas
Factores de conversión
Propiedades de los aceros al carbón y aceros con aleaciones
Propiedades de los aceros con tratamiento térmico
Propiedades de los aceros carburizados
Propiedades de los aceros inoxidables
Propiedades de los aceros estructurales
Propiedades de diseño del hierro fundido
Propiedades de los metales en polvo
Propiedades típicas del aluminio
Propiedades de las aleaciones con titanio
Propiedades de los bronces
Propiedades típicas de plásticos seleccionados
Fórmulas para deflexión de vigas
Factores de concentración de tensión
Propiedades de formas estructurales de acero
Propiedades de vigas y perfiles de Estándar I de la Aluminum Association
Propiedades de tubería estructural, cuadrada y rectangular
Tensiones por esfuerzo de corte, de diseño, para alambre de resortes que se utiliza en resortes helicoidales de compresión y en resortes helicoidales de tensión