diseño de elementos mecánicos

I N S T I T U T O P O L I T É C N I C O N A C I O N A L SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES

PROGRAMA SINTÉTICO

CARRERA: Ingeniería Mecánica ASIGNATURA: Diseño de Elementos Mecánicos SEMESTRE: Séptimo OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará elementos componentes de máquinas aplicando normas, códigos, reglamentos y procedimientos de uso internacional. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Conceptos Generales del Diseño Mecánico. II. Factor de Seguridad. III. Cargas Variables (Fatiga) IV. Engranes Rectos V. Engranes Helicoidales VI. Engranes Cónicos VII. Engranajes de Tornillo Sinfín METODOLOGÍA: Consulta bibliográfica, discusión en clase bajo la coordinación del profesor, resolución de ejercicios bajo la supervisión del profesor, realización de tareas y prácticas de laboratorio. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se aplicarán tres departamentales, cada uno corresponderá al 60% Participación en clase 5%, Tareas 5% Prácticas de laboratorio 30% BIBLIOGRAFÍA: 1. Faires Virgil Mornig. Diseño de Elementos de máquinas, Limusa Noriega, México, 2000, 802 págs. 2. Norton, Robert L. Diseño de Máquinas, Prentice Hall, México. 1999, 1048 págs. 3. Shigley, Joseph Edgard. Diseño en Ingeniería Mecánica, Mc. Graw Hill, México, 2002, 1257 págs.



ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería Mecánica. OPCIÓN: COORDINACIÓN: Academias de Proyecto y Proyecto Mecánico. DEPARTAMENTO:

ASIGNATURA: Diseño de Elementos Mecánicos. SEMESTRE: Séptimo CLAVE: CRÉDITOS: 10.5 VIGENTE: Agosto de 2005 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico - Práctica MODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS

HRS. / SEMANA / TEORÍA: 4.5 HRS. / SEMANA / PRÁCTICA: 1.5 HRS. / SEMESTRE / TEORÍA: 81 HRS. / SEMESTRE / PRÁCTICA: 27 HRS. / TOTALES: 108

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academias de Proyecto y Proyecto Mecánico de ESIME Azcapotzalco y Culhuacán REVISADO POR: Subdirecciones Académicas de ESIME Azcapotzalco y Culhuacán APROBADO POR: Consejos Técnicos Consultivos Escolares de ESIME Azcapotzalco y Culhuacán. Ing. Jorge Gómez Villarreal Ing. Ernesto Mercado Escutia

AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.



ASIGNATURA: Diseño de Elementos Mecánicos CLAVE: HOJA: 2 DE 11

FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA

El Ingeniero Mecánico utiliza normas, códigos y reglamentos para diseñar los elementos que constituyen las máquinas, de tal forma que los materiales utilizados para su manufactura y las dimensiones calculadas de los mismos garanticen la confiabilidad de las máquinas y la seguridad de los usuarios a un costo razonable. Lo anterior fundamenta la inclusión de esta asignatura en el plan de estudios de la carrera de Ingeniería Mecánica. Las asignaturas antecedentes son: Dibujo asistido por computadora, Estática, Dinámica de la partícula y del cuerpo rígido, Ciencia de los materiales e Ingeniería de Manufactura. Las asignaturas consecuentes son: Diseño Mecánico I y II, Estructuras, Diseño asistido por computadora y Proyecto Terminal I y II. Está diseñado a lo largo de siete unidades temáticas, mismas que entre si guardan una conexión lógica y un carácter secuencial.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará elementos componentes de máquinas aplicando normas, códigos, reglamentos y procedimientos de uso internacional.



ASIGNATURA: Diseño de Elementos Mecánicos CLAVE: HOJA: 3 DE 11 No. UNIDAD I NOMBRE: Conceptos Generales del Diseño Mecánico.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los conceptos fundamentales del diseño de elementos de máquinas y de las máquinas como conjunto.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3

Definición de diseño en Ingeniería Mecánica El proceso del diseño Definición del problema Diseño conceptual Diseño preliminar Diseño detallado Comunicación del diseño Diseño final Consideraciones generales tradicionales Para todo el cuerpo del elemento Para las superficies del elemento Consideraciones “modernas” Seguridad Ecología Calidad de vida Consideraciones diversas Costos Confiabilidad Facilidad de conservación

1.0 1.5

1.5

1.0

1.0

1.0 1.5

1.5

1.0

1.0

2C 1C 6C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda bibliográfica. Discusión sobre temas consultados con la coordinación del profesor. Análisis de casos bajo la dirección del profesor Tareas extra-clase PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Aplicación del primer examen departamental que abarcará las unidades I, II y III y corresponde al 60%; serán consideradas las tareas extra-clase 5%, las participaciones en el análisis de casos 5% y las prácticas de laboratorio 30% (unidades I y II).




No. UNIDAD II NOMBRE: Factor de Seguridad

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno explicará y aplicará las teorías de falla para el diseño confiable y seguro de elementos de máquinas, de equipo diverso y de máquinas.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4 2.4.1 2.4.2

Generalidades Incertidumbres Enfoque histórico Práctica actual Modos comunes de falla Cedencia Fractura Flexión elástica excesiva Desgaste Pandeo Fatiga por corrosión Teorías de falla Visión general Teoría del esfuerzo cortante máximo Teoría de la energía de distorsión Códigos de práctica Normas y especificaciones Enfoque del esfuerzo permisible

3.0

3.0

3.0

3.0

4.5

3.0

3.0

3.0

3.0

3B 8C 9B 6C 5C 7C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda bibliográfica, discusión sobre temas consultados con la coordinación del profesor. Resolución de problemas bajo supervisión del profesor Tareas extra clase Prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Aplicación del primer examen departamental que abarcará las unidades I, II y III y corresponde al 60%; serán consideradas las tareas extra-clase 5%, las participaciones en el análisis de casos 5% y las prácticas de laboratorio 30% (unidades I y II).




No. UNIDAD III NOMBRE: Cargas Variables (Fatiga)


El alumno calculará elementos de máquinas para vida limitada e ilimitada y explicará el origen y la mecánica de la falla por agrietamiento progresivo (fatiga).

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.4 3.5 3.6

Generalidades Causas de la fatiga Mecanismo de la fatiga Análisis de la fatiga Límite de duración Viga rotatoria. Gráfica de comportamiento Relación entre resistencia a la tensión y el límite de duración Esfuerzos por cargas variables Representación gráfica Modelos de análisis Factores que modifican el límite de duración Concentración de esfuerzos Factores de concentración de esfuerzos Ecuaciones de diseño Vida finita. Diagramas de resistencia-número de ciclos Esfuerzos combinados con cargas variables

3.0

3.0

3.0

3.0 3.0

3.0

1.5

1.5

3.0

3.0

3.0

3.0 3.0

3.0

3B 8C 9B 4B 6C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposiciones orales por parte de los alumnos Resolución de problemas bajo supervisión del profesor Tareas extra clase Prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Aplicación del primer examen departamental que abarcará las unidades I, II y III y corresponde al 60%; serán consideradas las tareas extra-clase 5%, las participaciones en el análisis de casos 5% y las prácticas de laboratorio 30% (unidades I y II).




No. UNIDAD IV NOMBRE: Engranes Rectos


El alumno diseñará engranes rectos que operen satisfactoriamente, empleando para ello los principios básicos, métodos de análisis y normas aceptadas por asociaciones de fabricantes y sociedades de ingenieros.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.4

Introducción Nomenclatura Simbología Normas para los dientes de los engranes rectos Diseño de resistencia Análisis de cargas Ecuación de diseño por resistencia Materiales para engranes. Esfuerzo permisible Factores de diseño por resistencia Criterios de diseño por resistencia Diseño por desgaste Ecuación de diseño por desgaste Factores de diseño para duración Tratamiento térmico Normas para la representación gráfica de los engranes rectos

3.0

3.0

3.0

3.0

1.5

1.5

1.5

3.0

3.0

3.0

3.0

3B 4B 10B 2C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda bibliográfica, discusión sobre temas consultados con la coordinación del profesor. Resolución de problemas bajo la dirección del profesor Tareas extra clase Prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Aplicación del segundo examen departamental que abarcará las unidades IV y V corresponde al 60%; serán consideradas las tareas extra-clase 5%, las participaciones en la resolución de problemas 5% y las prácticas de laboratorio 30%.




No. UNIDAD V NOMBRE: Engranes Helicoidales


El alumno explicará las partes de los engranes helicoidales, analizará las fuerzas que se presentan en este tipo de engranes y dimensionará los dientes de los mismos.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4

Introducción Nomenclatura Simbología Normas para los dientes de los engranes helicoidales Diseño por resistencia Análisis de cargas Ecuación de diseño por resistencia Criterios de diseño por resistencia Diseño por desgaste Ecuación de diseño por desgaste Factores de diseño para duración Normas para la representación gráfica de los engranes helicoidales

3.0

3.0

3.0

3.0

1.5

1.5

1.5

3.0

3.0

3.0

3.0

3B 4B 10B 2C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposiciones orales por parte de los alumnos Resolución de problemas bajo la dirección del profesor Tareas extra clase Prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Aplicación del segundo examen departamental que abarcará las unidades IV y V y corresponde al 60%; serán consideradas las tareas extra-clase 5%, las participaciones en la resolución de problemas 5% y las prácticas de laboratorio 30%.




No. UNIDAD VI NOMBRE: Engranes Cónicos


El alumno calculará las principales dimensiones de los elementos componentes de este tipo de engranes, así como las cargas que soportan y seleccionará los materiales para su manufactura.

HORAS

No.

TEMA

T E M A S

T P EC


6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.4

Introducción Nomenclatura Simbología Normas para engranes cónicos. Sistema Gleason Diseño por resistencia Análisis de cargas Ecuación de diseño por resistencia Criterios de diseño por resistencia Diseño por desgaste Ecuación de diseño por desgaste Factores de diseño para duración Normas para la representación gráfica de los engranes cónicos

1.5

3.0

3.0

1.5

1.5

1.5

1.5

3.0

3.0

3.0

3.0

3B 9B 4B 2C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposiciones orales por parte de los alumnos Resolución de problemas bajo la dirección del profesor Tareas extra clase Prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Aplicación del tercer examen departamental que abarcará las unidades VI y VII y corresponde al 60%; serán consideradas las tareas extra-clase 5%, las participaciones en la resolución de problemas 5% y las prácticas de laboratorio 30%.




No. UNIDAD VII NOMBRE: Engranajes de Tornillo Sinfin


El alumno calculará las principales dimensiones de los elementos componentes de este tipo de engranes, así como las cargas que soportan y seleccionará los materiales para su manufactura.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.4 7.4.1 7.4.2 7.5 7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.6

Introducción Nomenclatura Simbología Características generales Análisis de fuerzas Diseño por resistencia Ecuación de diseño por resistencia Materiales para los engranes de tornillo sinfín Factores de diseño por resistencia Criterios de diseño por resistencia Diseño por desgaste Ecuación de diseño por desgaste Factores de diseño para duración Disipación de calor Cantidad de enfriamiento Área de la superficie de la caja Potencia por fricción. Ecuación AGMA Normas para la representación gráfica de los engranajes de tornillo sinfín

1.5

3.0 1.5

1.5

3.0

1.5

6.0

1.5

3.0 1.5

1.5

3.0

1.5

3B 9B 4B 10B 2C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Discusión sobre temas de consulta con la coordinación del profesor. Resolución de problemas bajo la dirección del profesor Tareas extra clase Prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Aplicación del tercer examen departamental que abarcará las unidades VI y VII y corresponde al 60%; serán consideradas las tareas extra-clase 5%, las participaciones en la resolución de problemas 5% y las prácticas de laboratorio 30%.




RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRACT.

No.

NOMBRE DE LA PRÁCTICA

UNIDAD

DURACIÓN

LUGAR DE REALIZACIÓN

1 2 3 4 5 6

Determinación de esfuerzos y deformaciones en elementos de máquinas utilizando paquetería computacional. Concentración de esfuerzos en elementos mecánicos con diferentes configuraciones geométricas. Cálculo y dimensionamiento de engranes rectos Cálculo y dimensionamiento de engranes helicoidales Cálculo y dimensionamiento de un reductor de velocidad simple de engranes cónicos Cálculo y dimensionamiento de un reductor de velocidad de tornillo sinfín

II

III

IV

V

VI

VII

Total

4.5

3.0

4.5

4.5

4.5

6.0

27.0

Todas las prácticas se realizarán en el

Laboratorio de Diseño Mecánico



ASIGNATURA: Diseño De Elementos Mecánicos CLAVE: HOJA: 11 DE: 11

PERÍODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1 2 3

I, II, III

IV, V

VI, VII

En cada periodo se tomarán en cuenta los siguientes puntos: Examen departamental 60% Participación en clase 5% Tareas extra-clase 5% Prácticas de laboratorio 30%

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Clive, D. El proceso de diseño en ingeniería, Limusa Wiley, México, 2002, 328 págs. Deutschman, Aarón. Diseño de máquinas, CECSA, México. 1991, 973 págs. Faires, Virgil Mornig., Diseño de Elementos de máquinas, Limusa Noriega, México, 2000, 802 págs. Hamrock, Bernard J. Elementos de máquinas, Mc. Graw Hill, México, 2000, 926 págs. IMCA. Manual de construcción en acero, Limusa, México. 1990, 236 págs. Juvinall, R. Fundamentos de diseño, Limusa Noriega, México. 1991, 821 págs. Megyesy, E. Manual de recipientes a presión, Limusa, México, 1992, 482 págs. Norton, Robert L. Diseño de Máquinas, Prentice Hall, México. 1999, 1048 págs. Shigley, Joseph Edward. Diseño en Ingeniería Mecánica, Mc. Graw Hill, México, 2002, 1257 págs. Spotts, M. F. Elementos de máquinas, Prentice Hall, México. 1999, 856 págs.



PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidades Profesionales Azcapotzalco y Culhuacán

CARRERA: Ingeniería Mecánica SEMESTRE Séptimo

ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: De Proyecto y Proyecto Mecánico. ASIGNATURA: Diseño de Elementos Mecánicos

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica opción diseño o Licenciatura en Ingeniería Mecánica.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:

El alumno diseñará elementos componentes de máquinas aplicando normas, códigos, reglamentos y procedimientos de uso internacional.

3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA

PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES

Dibujo mecánico, Mecánica de materiales, Diseño mecánico y método de elemento finito.

Es recomendable que tenga tres años de experiencia docente en la enseñanza superior y/o en trabajos relacionados con el diseño mecánico.

Establecimiento de climas favorables al aprendizaje. Manejo de grupos. Manejo de equipo de cómputo. Manejo de paquetes de cómputo aplicados a la solución de problemas de la asignatura. Motivar el estudio, razonamiento e investigación. Uso de material didáctico. Capacidad de liderazgo ante el grupo.

Ejercicio de la crítica fundamentada Respeto Tolerancia Compromiso con la docencia Ética Responsabilidad científica Colaboración Superación docente profesional Motivador con los valores humanos e institucionales Compromiso social

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ ______________________ ______________________ ____________________ PRESIDENTES DE ACADEMIA SUBDIRECTORES ACADÉMICOS DIRECTORES Ing. Magdaleno Vázquez Rodríguez Ing. Rubén Juárez Barrientos Ing. Ernesto Mercado Escutia M.C Juan José Martínez Cosgalla M. C. Ricardo Cortéz Olivera Ing. Jorge Gómez Villareal

FECHA: Agosto 2005

diseño de elementos mecánicos

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