INTRODUCCINEl campo de aplicacin de los rodamientos es inmenso. El cigeal de un motor de automvil deben funcionar durante miles de kilmetros a altas temperaturas y bajo condiciones de carga variables. Se dice que los rodamientos de las turbinas de vapor en las estaciones generadoras de potencia poseen confiabilidades cercanas a 100%. Por otra parte, hay miles de aplicaciones en las cuales las cargas son ligeras y el servicio relativamente de poca importancia; se requiere entonces de un cojinete simple que se pueda instalar fcilmente, que haga uso de poca o ninguna lubricacin. En esos casos, un cojinete antifriccin quizs sea una respuesta inadecuada debido al costo, a los alojamientos complicados, a las tolerancias estrictas, al espacio radial que se requiere, a las altas velocidades o a los efectos de inercia incrementados A continuacin se expondr la informacin que fue recopilada acerca del diseo de los ejes que son utilizados dentro de la ingeniera mecnica.De igual manera existen muchos dispositivos que ayudan a facilitar el diseo mecnico como lo es las bandas, las poleas y las catarinas, as mismo los coples y cables utilizados en el proceso del diseo de algn tipo de sistema mecnico.A continuacin se darn a conocer de manera detallada cada uno de estos dispositivos para poder entender de manera especifica el comportamiento de cada uno de ellos dentro de un sistema mecnico

Unidad 5 Seleccin de elementos mecnicos y materiales

5.1. Tipos, aplicaciones y seleccin de elementos mecnicos.5.1.1. Rodamientos.Los trminos cojinete de contacto rodante, cojinete antifriccin y cojinete de rodamiento se emplean para describir la clase de cojinete en la cual se transfiere la carga principal mediante elementos que experimentan contacto rodante en vez de contacto deslizante. En un cojinete de rodamiento, la friccin inicial aproximadamente duplica la friccin de operacin, pero an es despreciable en comparacin con la friccin inicial de un cojinete de manguito. La carga, la velocidad y la viscosidad de operacin del lubricante afectan las caractersticas de friccin de un cojinete de rodamiento. Probablemente no sea adecuado describir un cojinete de rodamiento como antifriccin, pero este trmino se utiliza a menudo en la industria.Los cojinetes de bolas resisten un empuje; adems una unidad de empuje causa un dao diferente por revolucin al de una carga radial unitaria, por lo que es necesario encontrar la carga radial pura equivalente que cause el mismo dao que la carga radial y de empuje existentes. En seguida se presenta una aproximacin de la carga variable, en etapas y continua, y se cuantifica la carga radial pura equivalente que provoca el mismo dao. Asimismo, se hace mencin de la carga oscilatoria. Con estos elementos se tienen las herramientas para tener en cuenta la seleccin de cojinetes de bolas y de rodillos cilndricos. El tema del des alineamiento se considera de una manera cuantitativa.Los cojinetes de rodillos cnicos presentan algunas complicaciones, pero nuestra experiencia hasta ahora contribuye a su comprensin.

Tipos de cojinetesLos cojinetes se fabrican para soportar cargas radiales puras, cargas de empuje puras o una combinacin de ellas. La nomenclatura de un cojinete de bolas se ilustra en la figura 11-1, en la que tambin se muestran las cuatro partes esenciales de un cojinete. Dichas partes son: el anillo exterior, el anillo interior, las bolas o elementos rodantes y el separador. En los cojinetes baratos, algunas veces se omite el separador, a pesar de que realiza la importante funcin de aislar los elementos de manera que no ocurra contacto de rozamiento entre ellos.

En la figura se ilustran algunos cojinetes de rodillos estndar, de la gran variedad existente. Los cojinetes de rodillos cilndricos soportarn una carga mayor que los de bolas del mismo tamao, debido a la mayor rea de contacto. Sin embargo, presentan la desventaja de que requieren una geometra casi perfecta de las pistas y rodillos. Un ligero des alineamiento provoca que los rodillos se muevan oblicuamente y pierdan la alineacin. Por esta razn, el retn debe ser grueso y resistente. Por supuesto, los cojinetes de rodillos cilndricos no se disean ni deben operar con cargas de empuje. Los rodillos helicoidales se fabrican devanando material rectangular alrededor de la forma de los rodillos, para despus endurecerlos y rectificarlos. Debido a la flexibilidad inherente, soportan un des alineamiento considerable. Si es necesario, el eje y el alojamiento se emplean como pistas en vez de utilizar una pista interior y otra exterior separadas, lo cual es muy importante si el espacio radiales limitado.

5.1.2. Bandas y PoleasLos cuatro tipos principales de bandas se muestran, con algunas de sus caractersticas, en la tabla 17-1. Las poleas abombadas se emplean para bandas planas y las poleas ranuradas o acanaladas, para bandas redondas y en V. Las bandas de sincronizacin requieren ruedas dentadas o catarinas. En todos los casos, para que su operacin resulte adecuada, los ejes de las poleas deben estar separados por una cierta distancia mnima, que depende del tipo y tamao de la banda. Otras caractersticas de las bandas son: Se pueden emplear para distancias grandes entre centros. Excepto en el caso de las bandas de sincronizacin, existe un cierto deslizamiento y fluencia; por lo tanto, la relacin de la velocidad angular entre los ejes impulsor e impulsado no es constante ni exactamente igual a la relacin de los dimetros de las poleas. En algunos casos se requiere de una polea gua o tensora para evitar ajustes en la distancia entre centros, que por lo general se necesitan debido al envejecimiento o a la instalacin de bandas nuevas.

Bandas planas metlicasLas bandas planas metlicas delgadas, con su resistencia concurrente y estabilidad geomtrica, no se pudieron fabricar hasta que la tecnologa de soldadura lser y de laminado delgado hizo posible la manufactura de bandas tan delgadas como de 0.002 pulgadas y tan angostas como de 0.026 pulgadas. La introduccin de perforaciones permite aplicaciones sin deslizamiento.

Las bandas metlicas presentan Alta relacin de resistencia a peso Estabilidad dimensional Sincronizacin exacta Utilidad a temperaturas de hasta 700F Buenas propiedades elctricas y de conduccin trmica

Configuraciones de las bandas

Seleccin de bandas

5.1.3. Cadenas y catarinasLas caractersticas bsicas de las transmisiones de cadena incluyen una relacin constante puesto que no se involucra al deslizamiento ni el arrastre, vida larga y capacidad para impulsar varios ejes a partir de una sola fuente de potencia.La ANSI estandariz las cadenas de rodillos con respecto a sus tamaos. En la figura se muestra la nomenclatura. El paso es la distancia lineal entre los centros de los rodillos. El ancho es el espacio entre las placas de eslabn interiores. Estas cadenas se fabrican con torn sencillos, dobles, triples y cudruples.

Al designar el paso de la cadena por p, el ngulo de paso por y el dimetro de paso de la Catarina por D, de la trigonometra de la figura se desprende que:

El ngulo /2, a travs del cual el eslabn gira cuando entra en contacto, se llama ngulo de articulacin. Se puede apreciar que la magnitud del ngulo es una funcin del nmero de dientes. La rotacin del eslabn a travs de este ngulo provoca impacto entre los rodillos y los dientes de la catarina, as como desgaste en la junta de la cadena. Como la vida de una transmisin seleccionada en forma apropiada es una funcin del desgaste y de la resistencia a la fatiga superficial de los rodillos, resulta importante reducir el ngulo de articulacin tanto como sea posible.

El nmero de dientes de la catarina tambin afecta la relacin de velocidad durante la rotacin a travs del ngulo de paso . En la posicin que se ilustra en la figura, la cadena AB es tangente al crculo de paso de la catarina; sin embargo, cuando sta ha girado un ngulo de /2, la lnea de cadena AB est ms cerca del centro de rotacin de la catarina.

Esto significa que la lnea AB se mueve hacia arriba y hacia abajo y que el brazo de palanca vara con la rotacin a travs del ngulo de paso, lo cual provoca una velocidad de salida desigual de la cadena. Se puede considerar a la catarina como un polgono en el que la velocidad de salida de la cadena depende de que la salida sea de una esquina o de un plano del polgono. Por supuesto, el mismo efecto ocurre cuando la cadena entra primero en acoplamiento con la catarina.

5.1.4. Coples.El embrague de quijadas cuadradas, que se ilustra en la figura 16-25a, es una forma de embrague de contacto positivo. Este tipo de embrague tiene las siguientes caractersticas:1 No se desliza.2 No genera calor.3 No se puede accionar a altas velocidades.4 Algunas veces no se puede accionar cuando ambos ejes estn en reposo.5 Su accionamiento a cualquier velocidad est acompaado por un impacto.Las principales diferencias entre los distintos tipos de embragues positivos es el diseo de las quijadas. A fin de proporcionar un periodo mayor de tiempo para la accin de cambio durante el accionamiento, las quijadas pueden tener forma de trinquete, de espiral o de dientes de engrane. Algunas veces se utiliza un gran nmero de dientes o quijadas y se pueden cortar en forma de circunferencia, de modo que embraguen por acoplamiento cilndrico o en las caras de los elementos de acoplamiento. Aunque los embragues positivos no se emplean tanto como los de contacto por friccin, tienen aplicaciones importantes en donde se requiere una operacin sincronizada como, por ejemplo, en tornillos de sujecin de prensas de potencia o de molinos de laminacin. Ciertos dispositivos, como los impulsores lineales o destornilladores motorizados, deben operar hasta un lmite definido y luego detenerse. Para estas aplicaciones se requiere un embrague de tipo desconexin por sobrecarga. En la figura se muestra un dibujo esquemtico que ilustra el principio de operacin de este tipo de embrague.

Un embrague o cople de sobremarcha permite que el elemento impulsado de una mquina marche libre o rebase porque el impulsor est parado o porque otra fuente de potencia incrementa la velocidad del mecanismo impulsado. En la construccin se usan rodillos o bolas montadas entre un manguito exterior y un elemento interior que tiene superficies de leva maquinadas alrededor de la periferia. La accin de impulso se obtiene por una accin de cua de los rodillos entre el manguito y las superficies de leva. Por lo tanto, este embrague equivale a un dispositivo de rueda dentada y trinquete con un nmero infinito de dientes. Hay muchas variedades de embragues de sobremarcha disponibles y se construyen con capacidades hasta de cientos de caballos de potencia. Como no existe deslizamiento, la nica prdida de potencia se debe a la friccin del cojinete y a la friccin de aire.

5.1.5. CablesLos cables metlicos se fabrican en dos tipos de arrollamientos, como se ilustra en la figura 17-19. El torzal regular, que es el estndar aceptado, tiene el alambre enrollado en una direccin para constituir los toroides y los toroides torcidos en la direccin opuesta, a fin de formar el cable. En el cable terminado, los alambres visibles estn colocados casi paralelos al eje del cable. Los cables de torzal regular no se tuercen y son fciles de manejar. Los cables de torzal Lang tienen los alambres en el toroide y los toroides en el cable torcido en la misma direccin, de aqu que los alambres exteriores estn en diagonal a travs del eje del cable. Los cables con torzal Lang son ms resistentes al desgaste abrasivo y a la falla por fatiga que los cables con torcido regular, pero es ms probable que se retuerzan y dejen de entrelazarse.Los cables estndares se fabrican con ncleo de camo que soporta y lubrica los toroides.Cuando el cable se somete a calor, se debe emplear un centro de acero o un toroide de alambre.Los cables de acero se designan, por ejemplo, como cable de arrastre de 118 pulg de 6 7.El primer nmero corresponde al dimetro del cable (figura 17-19c). El segundo y el tercero son los nmeros de toroides y de alambres en cada toroide, respectivamente. En la tabla 17-24 se enumeran algunos de los diversos tipos de cables disponibles, junto con sus caractersticas y propiedades. El rea del metal en cables estndar de izar y de arrastre es Am = 0.38d2. Cuando un cable metlico pasa alrededor de una polea, se produce cierto reajuste de los elementos. Cada uno de los alambres y toroides debe deslizarse sobre otros y puede ocurrir alguna flexin individual. Es probable que en esta accin compleja exista alguna concentracin de esfuerzo. El esfuerzo en uno de los alambres de un cable que pasa alrededor de una polea puede calcularse como sigue. De la mecnica de slidos, se tiene que

Un cable metlico puede fallar si la carga esttica excede la resistencia ltima del cable.Por lo general, la falla de esta naturaleza no se atribuye al diseador, sino al operador al permitir que el cable se someta a cargas para las que no fue diseado.La primera consideracin al seleccionar un cable metlico consiste en determinar la carga esttica, que se compone de los siguientes puntos: El peso conocido o muerto Cargas adicionales causadas por paros o arranques repentinos Cargas de impacto Friccin del cojinete de la poleaCuando se suman estas cargas, el total se compara con la resistencia ltima del cable para determinar el factor de seguridad. Sin embargo, la resistencia ltima que se utiliza en esta determinacin se debe reducir debido a la prdida de resistencia que ocurre cuando el cable pasa sobre una superficie curva, como una polea estacionaria o sobre un pasador.

5.2. Materiales utilizados en ingenieraAceros aleadosAunque un acero al carbono simple es una aleacin de hierro y carbono con cantidades pequeas de manganeso, silicio, azufre y fsforo, el trmino acero aleado se aplica cuando uno o ms elementos, adems del carbono, se introducen en cantidades suficientes para modificar sustancialmente sus propiedades. Los aceros aleados no slo poseen ms propiedades fsicas deseables sino que tambin permiten una mayor latitud en el proceso del tratamiento trmico.

Aceros resistentes a la corrosinLas aleaciones con base de hierro que contienen al menos 12 por ciento de cromo se llaman aceros inoxidables. La caracterstica ms importante de estos aceros es su resistencia a muchas condiciones corrosivas, pero no a todas. Los cuatro tipos disponibles son los aceros al cromo ferrticos, los aceros al cromo-nquel austenticos, as como los aceros inoxidables martensticos y endurecibles por precipitacin.Los aceros al cromo ferrticos presentan un contenido de cromo que vara de 12 a 27 por ciento. Su resistencia a la corrosin es una funcin del contenido de cromo, de manera que las aleaciones que contienen menos de 12 por ciento an presentan cierta resistencia a la corrosin, aunque se oxidan. El endurecimiento por templado de estos aceros es una funcin del contenido de cromo y de carbono. Los aceros con un contenido muy alto de carbono tienen un endurecimiento por templado hasta aproximadamente 18 por ciento de cromo, mientras que en los intervalos de bajo carbono desaparece casi con 13 por ciento de cromo.Metales no ferrososAluminioLas caractersticas sobresalientes del aluminio y sus aleaciones son su relacin resistencia-peso, su resistencia a la corrosin y su alta conductividad trmica y elctrica. La densidad de este metal es de aproximadamente 2 770 kg/m3 (0.10 lbf/pulg3), que se compara positivamente con la del acero, de 7 750 kg/m3 (0.28 lbf/pulg3). El aluminio puro tiene una resistencia a la tensin de aproximadamente 90 MPa (13 kpsi), pero se puede mejorar mucho mediante el trabajo en fro y tambin al alearlo con otros materiales. Su mdulo de elasticidad, as como los de sus aleaciones, es de 71.7 GPa (10.4 Mpsi), lo que significa que su rigidez es aproximadamente un tercio de la del acero. Aleaciones con base de cobreLa aleacin de cobre con zinc suele llamarse latn. Si se combina con otro elemento, a menudo se llama bronce. Algunas veces el otro elemento tambin se especifica, como por ejemplo, bronce de estao o bronce de fsforo.5.3. Normas para seleccin de materiales (DGN, AISI, SAE, ASTM, ASM).Una norma es un conjunto de especificaciones para partes, materiales o procesos establecidos a fin de lograr uniformidad, eficiencia y cantidad especificadas. Uno de los propsitos importantes de una norma es poner un lmite al nmero de artculos en las especificaciones para proporcionar un inventario razonable de herramientas, tamaos, formas y variedades. Un cdigo es un conjunto de especificaciones para analizar, disear, manufacturar y construir algo. El propsito de un cdigo consiste en lograr un grado especfico de seguridad, eficiencia y desempeo o calidad. Es importante observar que los cdigos de seguridad no implican seguridad absoluta. De hecho, la seguridad absoluta es imposible de obtener. Algunas veces realmente acontece un suceso inesperado. Disear un edificio para que resista un viento de 120 mi/h no significa que el diseador piense que un viento de 140 mi/h es imposible; slo significa que piensa que es muy improbable. Todas las organizaciones y sociedades que se presentan enseguida han establecido especificaciones para normas y cdigos de diseo o seguridad. El nombre de la organizacin proporciona una gua de la naturaleza de la norma o cdigo. Algunas de las normas y cdigos, as como las direcciones, se pueden obtener en la mayor parte de las bibliotecas tcnicas. Las organizaciones de inters para los ingenieros mecnicos son:Aluminum Association (AA)American Gear Manufacturers Association (AGMA)American Institute of Steel Construction (AISC)American Iron and Steel Institute (AISI)American National Standards Institute (ANS)5ASM International6American Society of Mechanical Engineers (ASME)American Society of Testing and Materials (ASTM)American Welding Society (AWS)American Bearing Manufacturers Association (ABMA)7British Standards Institution (BSI)Industrial Fasteners Institute (IFI)Institution of Mechanical Engineers (I. Mech. E.)International Bureau of Weights and Measures (BIPM)International Standards Organization (ISO)National Institute for Standards and Technology (NIST)8Society of Automotive Engineers (SAE)

ConclusionesLos elementos que fueron mencionados anteriormente forman parte importante en un sistema mecnico pues facilitan el movimiento que puede existir entre componentes como lo es el caso de los cojinetes adems para transmitir cierto tipo de potencia de un elemento a otro se tienen poleas en sus distintos tipos que nos ayudaran a realizar este trabajo cuando se requieran longitudes mayores y de esta forma ahorrar capital en el empleo de un eje rgido.De igual manera las cadenas son utilizadas para una funcin similar, mas sin embargo este tipo de elementos nos sirve para transmitir ms potencia de la que se podra transmitir con una banda.Todo ello mediante el anlisis de aspectos que van a modificar el comportamiento de cada uno de los elementos, basados en materiales analizados en ensayos, y tambin basndose en normas que son las que rigen el diseo mecnico.

Referencias Bibliograficas

Joseph e. Shigley, charles r. MischkeDiseo en ingeniera mecnicaSexta edicinEditorial mcgraw hill

Cibergraficashttp://www.monografias.com/trabajos-pdf4/ http://repositorio.espe.edu.ec/handle/21000/2519http://eime.univalle.edu.co/articulos/2006/compar~1.pdf

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