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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS

INNOVACIN PARA LA EXCELENCIA

CARRERADEINGENIERA MECATRNICA

Bloque de ejercicios 2 unidad 1

DISEO DE ELEMENTOS DE MQUINASmarzo - agosto 2014

Ing. Flix J. Manjarrs A.

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DISEO DE ELEMENTOS DE MQUINASCARRERA DE INGENIERA electromecnica / automotriz

TRABAJO 2 UNIDAD UNO

TEMA TEORAS DE FALLA ESTTICAFECHA DE ENTREGA 12.05.2014

FECHA 04.05.2014

RESPONSABLE Ing. Flix J. Manjarrs A. RESTRICCIN Formato

PESO 10% REQUERIMIENTO Desarrollo MANUAL y en MAPLE

Resolver el siguiente bloque de ejercicios con asistencia del software MAPLE.

1. En la figura se muestra una manivela sometida a una fuerza F = 190 lbf la cual causa torsin yflexin del eje de 4 pulg de dimetro fijado a un soporte en el origen del sistema de referencia.En realidad, el soporte puede estar en una situacin de inercia que se desea hacer girar, pero para

los propsitos de un anlisis de la resistencia se puede considerar que se trata de un problema deesttica. El material del eje AB es acero AISI 1018 laminado en caliente (Consulte las propiedadesfsicas y mecnicas del material). Mediante el empleo de la teora del esfuerzo cortante mximo,encuentre el factor de seguridad con base en el esfuerzo en el punto A.

2. Resuelva el problema 1, usando la teora de la energa de distorsin. Si ya lo resolvi, compare losresultados, genere una curva comparativa en excel y analice la diferencia.

3. Un recipiente esfrico a presin esta formado con placa de acero AISI 1018 estirado en fro con uncalibre 18 (0.05 pulg). Si el recipiente tiene un dimetro de 8 pulg, estime la presin necesaria parainiciar la fluencia. Cual es la presin de estallido estimada?

4. En este problema se ilustra que la resistencia de una parte de una maquina algunas veces se puedemedir en unidades que no sean la fuerza o el momento. Por ejemplo, la velocidad maxima que un

volante de inercia puede alcanzar sin fluir o fracturarse es una medida de su resistencia. En esteproblema se tiene un anillo rotatorio hecho de acero AISI 1020 forjado en caliente: el anillo tieneun diametro interior de 6 pulg y un diametro exterior de 10 pulg y su espesor es de 1.5 pulg. Que

velocidad en revoluciones por minuto causaria que el anillo alcanzara cedencia? En que radiocomenzaria la cedencia? [Nota: el esfuerzo radial maximo ocurre en r = (rori)

1/2; vea la ecuacion 1.]

(ec 1)

Figura 1

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5. En la figura 5, se muestra un eje montado en cojinetes, en los puntos A y D y tiene poleas en B y C.Las fuerzas que se muestran actan en las superficies de las poleas y representan las tensiones delas bandas. El eje se har de una fundicin de hierro ASTM grado 25 usando un factor de diseond= 2.8. Que dimetro se debe usar para el eje?

6. La figura 6, es una representacin esquemtica de un contra - eje que sostiene dos poleas conbandas en V. En cada polea, las tensiones en las bandas son paralelas. Para la polea A considereque la tensin de la banda, cuando esta suelta, es igual a 15% de la tensin que se presenta en ellado apretado. Para esta aplicacin, se seleccionar un eje de acero UNS G10180 estirado en filo,con dimetro uniforme. Para un anlisis esttico con un factor de seguridad de 3.0, determine eltamao de dimetro mnimo preferido. Use la teora de la energa de distorsin.

7. Repita el problema 6 usando el esfuerzo cortante mximo.

8. El pasador de la horquilla que se muestra en la figura 8 tiene 12 mm de dimetro y las dimensionesa = mm y b = 18 mm. El pasador se maquina a partir de acero AISI 1018 laminado en caliente (Vealas tablas de propiedades fsicas y mecnicas del acero AISI 1018) y se someter a una carga no ma-yor que 4.4 kN. Determine si la carga supuesta de c produce o no propicia un factor de seguridaddiferente del de d. Use la teora del esfuerzo cortante mximo.

Figura 5

Figura 6

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9. En la figura se muestra un collarn de eje del tipo abrazadera de anillo abierto. El collarn tiene2 pulg DE por 1 pulg de DI por 1/2 pulg de ancho. El tomillo esta designado como UNF 1/4-28.La relacin entre el par de torsin de apriete de tornillo T, el dimetro nominal del tornillo d y latensin en el tornillo Fi es aproximadamente T = 0.2 Fi.d. El eje est dimensionado para obtenerun ajuste de operacin estrecho. Encuentre la fuerza de sujecin axial Fxdel collarn como unafuncin del coeficiente de friccin y del par de torsin del tornillo.

10. Dos tubos de acero se ajustan por contraccin donde los dimetros son 1.50, 1.75 y 2.0 pulg. Medi-ciones cuidadosas que se realizaron antes del ajuste revelaron que la interferencia diametral entre

los tubos es de 0.00246 pulg. Despus del ajuste, el ensamble se sujeta a un par de torsin de 8000lbf .pulg y un momento flexionante de 6000 lbf.pulg. Suponiendo que no hay deslizamiento entrelos cilindros, analice el cilindro exterior en los radios interno y externo. Determine el factor deseguridad usando la energa de distorsin con Sy= 60 kpsi.

11. Repita el problema 10 para el tubo interno.

12. Una placa de 4 pulg de ancho, 8 pulg de longitud y 0.5 pulg de espesor se carga en tensin en la di-reccin de la longitud. La placa contiene una grieta como la que se muestra en la figura 12 con unalongitud de 0.625 pulg. El material es acero con KIC= 70 kpsi . pulg y Sy, = 160 kpsi. Determine la

carga posible mxima que puede aplicarse antes de que la placa a) fluya y b) tenga un crecimientode grieta incontrolable.

Figura 8

Figura 9

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Figura 12