INDICE 1. La Naturaleza del Diseño Mecánico 2. Materiales en el Diseño Mecánico 3. Análisis de Tensiones

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1 INDICE 1. La Naturaleza del Diseño Mecánico Objetivos del capitulo Ejemplos de diseño mecánico Conocimientos necesarios para el diseño mecánico Funciones y especificaciones para el diseño mecánico Criterios para evaluar decisiones en el diseño Ejemplo de la integración de elementos de maquinaria en un 10 diseño mecánico 1.7. Programas de computación que se utilizan en este libro Cálculos en diseño Sistemas de unidades Diferencias entre peso, fuerza y masa Materiales en el Diseño Mecánico Objetivos del capitulo Propiedades de los metales Acero al carbón y acero con aleaciones Condiciones para aceros y tratamiento térmico Aceros inoxidables Acero estructural Hierro fundido Metales en polvo Aceros y carburos para herramientas Aluminio Titanio Cobre, latón y bronce Aleaciones con níquel como base Plásticos Materiales compuestos Análisis de Tensiones Objetivos de este capítulo Filosofía de un diseño seguro Representación de tensiones en un elemento que genera tensión Tensiones directas: tensión y compresión Deformación bajo carga axial directa Tensión por esfuerzo de corte directo Relación entre torque, potencia y velocidad de giro Tensión de esfuerzo de corte por torsión Deformación por torsión Torsión en piezas que tienen secciones transversales no 70 circulares Torsión en tubos cerrados de pared delgada Tubos abiertos en comparación a tubos cerrados Tensión por esfuerzo de corte vertical 75

2 3.14. Fórmulas especiales para tensión por esfuerzo de corte Tensión debida a la flexión Centro de flexión para vigas Deflexiones de vigas Ecuaciones para formas deflexionadas de vigas Vigas con momentos de flexión concentrados Tensiones normales combinadas: principio de sobreposición Concentraciones de tensión Sensibilidad debida a ranuras y factor de reducción de resistencia Tensiones Combinadas y Circulo de MOHR Objetivos de este capítulo Caso general de tensión combinada Círculo de Mohr Problemas prácticos del círculo de Mohr Precauciones cuando ambas tensiones principales tienen el 124 mismo signo 4.6. Círculo de Mohr para condiciones especiales de tensión Análisis de condiciones complejas de carga Diseño para Distintos Tipos de Carga Objetivos de este capítulo Tipos de carga y razón de carga Resistencia por durabilidad Factores que afectan la resistencia por durabilidad Estimación de la resistencia por durabilidad real Sn Diseño para distintos tipos de carga Predicción de fallas Factores de diseño Métodos para calcular factor o tensión de diseño Ejemplos de problemas de diseño Columnas Objetivos de este capítulo Propiedades de la sección transversal de una columna Empotramiento o fijación en un extremo y longitud efectiva Razón de delgadez o relación de esbeltez Razón de transición de delgadez Análisis de columna larga: la fórmula de Euler Análisis de columna corta: la fórmula de J. B. Johnson Formas eficientes para secciones transversales de columnas Diseño de columnas Columnas torcidas Columnas cargadas en forma excéntrica Programas para análisis de columnas Programa de computación: Análisis de Columnas Resortes Objetivos de este capítulo 204

3 7.2. Tipos de resortes Resortes helicoidales de compresión Tensiones y deflexión para resortes helicoidales de compresión Análisis de características de los resortes Diseños de resortes helicoidales de compresión Resortes de extensión Resortes helicoidales de torsión Programa de computación: Diseño de resortes helicoidales 228 (Método 1) Programa de computación: Diseño de resortes helicoidales 233 (Método 2) 8. Tolerancia y Ajuste Objetivos de este capítulo Factores que afectan las tolerancias y los ajustes Tolerancias, procesos de producción y costo Tamaños básicos recomendables Ajustes para juego Ajustes de interferencia Ajustes de transición Diseño resistencia de productos Tensiones para ajustes de fuerzas Programa de computación: Tensiones para ajustes de fuerzas Diseño de Flechas o Ejes Objetivos de este capítulo Procedimiento de diseño de flechas o ejes Fuerzas que ejercen elementos de maquinaria sobre flechas o 287 ejes 9.4. Concentración de tensiones en flechas o ejes Tensiones de diseño para flechas o ejes Flechas y ejes en flexión y torsión Ejemplo de diseño de una flecha o eje Tamaños básicos recomendables para flechas o ejes Ejemplos de diseño adicionales Programa de calculadora par diámetro de flecha o eje Cuñas de Unión, Coples y Sellos o Empaques Objetivos de este capítulo Cuñas de unión Materiales para cuñas de unión Análisis de tensión para determinar la longitud de la cuña de 339 unión Ranuras Otros métodos para afianzar elementos en flechas o ejes Coples Juntas universales Anillos de sujeción y otros medios de ubicación axial 362

4 Tipos de sellos o empaques Materiales para sellos o empaques Ruedas Dentadas de Tallas Recta Objetivos de este capitulo Geometría de engranes: forma de diente evolvente Nomenclatura de engranes y características de los dientes de los 381 engranes Interferencia Trenes de engranes Número de tensión permisible Materiales para engranes Fabricación de engranes Calidad de engranes Fuerza en los dientes de los engranes Tensiones en los dientes de los engranes Selección de material para engranes con base en la tensión por 428 flexión Resistencia a la corrosión de dientes de engranes Selección de material para engranes con base en la tensión por 435 el contacto Diseño de engranes de talla recta o cilíndricos Diseño de engranes para el sistema de coeficiente métrico o 443 módulo métrico Diseño de engranes asistido por computadora Consideraciones prácticas para engranes e interfaces con otros 455 elementos o piezas Programa de computación: Diseño en engranes Engranes Helicoidales, Engranes Cónicos y Mecanismos de 465 Tornillo SINFÍN y Rueda Helicoidal Objetivos de este capítulo Geometría de engranes helicoidales y análisis de fuerzas Tensiones en los dientes de engranes helicoidales Resistencia a la corrosión para dientes de engranes helicoidales Reductores de engranes helicoidales disponibles en el mercado Diseño de engranes helicoidales Geometría de engranes helicoidales Fuerzas en engranes cónicos rectos Fuerzas en los cojines de los ejes con engranes cónicos Momentos de flexión en ejes que llevan engranes cónicos Tensiones en dientes de engranes cónicos rectos Diseño de engranes cónicos resistentes a la corrosión Tipos de mecanismos de tornillo sinfín con rueda helicoidal Geometría de tornillo sinfín y mecanismos de tornillo sinfín con 504 rueda helicoidal Fuerzas, fricción y eficiencia en conjuntos de mecanismos de 507

5 tornillo sinfín con rueda helicoidal Tensiones en los dientes de mecanismos de tornillo sinfín con 513 rueda helicoidal Durabilidad superficial de impulsores de mecanismos de tornillo 514 sinfín con rueda helicoidal Geometría típica de conjuntos de mecanismos de tornillo sinfín 521 con rueda helicoidal 13. Impulsores de Banda e Impulsores de Cadena Objetivos de este capítulo Tipos de impulsores de banda Impulsores de banda en V Diseño de impulsores de banda en V Impulsores de cadena Diseño de impulsores de cadena Cojines de Superficie Plana Objetivos de este capítulo La actividad de diseñar cojinetes Parámetros de cojinetes, un/p Materiales para cojines Diseño de cojinetes lubricados en el límite Cojines hidrodinámicos de película completa Diseño de cojines de película completa lubricados en forma 582 hidrodinámica Consideraciones prácticas para cojines de superficie plana Cojines hidrostáticos Cojines de Contacto Giratorio Objetivos de este capítulo Tipos de cojinetes de contacto giratorio Cojinetes de empuje Cojinetes montados Materiales para cojinetes Relación entre carga y vida útil Información de los fabricantes de engranes Vida útil del diseño Selección de cojinetes: solo cargas radiales Selección de cojinetes: cargas radial y de empuje combinadas Montaje de cojinetes Cojinetes con rodamientos ahusados Consideraciones prácticas en la aplicación de cojinetes Importancia del espesor de la película de aceite en cojinetes Proyecciones de vida útil bajo cargas variables Control del Movimiento: Embragues Y Frenos Objetivos de este capítulo Descripción de embragues y frenos Tipos de embragues y frenos de fricción 642

6 16.4. Parámetros de desempeño o rendimiento Tiempo que necesita para acelerar una carga Inercia de un sistema en relación con la velocidad de la flecha del 653 embrague Inercia efectiva para cuerpos que se mueven en forma lineal Absorción de energía: requisitos de disipación de calor Tiempo de respuesta Materiales para fricción y coeficientes de fricción Embrague o freno tipo placa Frenos de disco con calibrador Embrague o freno cónico Frenos de tambor Frenos de banda Otros tipos de embragues y frenos Motores Eléctricos Objetivos de este capítulo Factores en la selección de motores Energía de CA e información general de motores de CA Principios de operación de motores de inducción de CA Rendimiento de motores de CA Motores trifásicos de inducción por inducido de barras (de jaula 689 de ardillas) Motores monofásicos Tipos de armazones o bastidores y carcasas de motores de CA Controles para motores de CA Energía de CD Motores de CD Control de motor de CD Otros tipos de motores Tornillos de Potencia, de Cabeza Redonda y Afianzadores Objetivos de este capítulo Tornillos de potencia Tornillos de cabeza redonda Afianzadores Otros medios para afianzar Armazones o Bastidores de Maquinas, Conexiones Atornilladas 755 y Ensambles Soldados Objetivos de este capitulo Armazones o bastidores de máquinas y estructuras Ensambles atornillados que se someten a cargo excéntrica Ensambles soldados Proyectos de Diseño Objetivos de este capítulo Proyectos de diseño 782 Apéndices A-1

7 A-1. Propiedades de áreas A-1 A-2. Factores de conversión A-3 A-3. Propiedades de los aceros al carbón y aceros con aleaciones A-6 A-4. Propiedades de los aceros con tratamiento térmico A-8 A-5. Propiedades de los aceros carburizados A-14 A-6. Propiedades de los aceros inoxidables A-15 A-7. Propiedades de los aceros estructurales A-16 A-8. Propiedades de diseño del hierro fundido A-17 A-9. Propiedades de los metales en polvo A-18 A.10. Propiedades típicas del aluminio A-19 A.11. Propiedades de las aleaciones con titanio A-20 A.12. Propiedades de los bronces A-21 A.13. Propiedades típicas de plástico seleccionados A-22 A.14. Fórmulas para deflexión de vigas A-23 A.15. Factores de concentración de tensión A-28 A.16. Propiedades de formas estructurales de acero A-32 A.17. Propiedades de vigas y perfiles de estándar I de la aluminum A-42 Association A.18. Propiedades de tubería estructural, cuadrada y rectangular A-44 A.19. tensiones por esfuerzo de corte, de diseño, para alambre de resortes A-45 que se utiliza en resortes helicoidales de compresión y en resortes helicoidales de tensión A.20. Módulo de elasticidad de alambre para resortes en corte (G) y tensión A-48 (E) A.21. Tensiones de diseño por flexión para alambre para resortes que A-49 utiliza en resortes helicoidales de torsión Respuestas a problemas seleccionados A-53 Índice I-1