Asignatura: ELEMENTOS DE MAQUINA (Ing. Mec.). AÑO LECTIVO 2010 Docente: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan Auxiliar: Ing. Andrés Romero

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1 Asignatura: ELEMENTOS DE MAQUINA (Ing. Mec.). AÑO LECTIVO 2010 Docente: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan Auxiliar: Ing. Andrés Romero OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA Como objetivos en términos de competencias, se pretende que al final del proceso de aprendizaje, el alumno cuente con las siguientes aptitudes: 1) Capacidad para elaborar esquemas de tareas tendientes al diseño y desarrollo de máquinas y sus componentes, implicando a su vez el empleo de criterios y juicio propios. 2) Capacidad para juzgar objetivamente diseños mecánicos, basado en argumentos ingenieriles. 3) Capacidad para reconocer los diferentes esquemas y criterios de análisis y cálculo y optar por el más conveniente en términos de efectividad y de economía. 4) Capacidad para calcular, dimensionar, verificar, auditar componentes de máquina a partir de condiciones preestablecidas. 5) Estimación de vida útil y resistencia de componentes de una máquina. 6) Capacidad de elaboración de documentación ingenieril a través de la redacción de informes técnicos del funcionamiento de máquinas. ACTIVIDADES DEL PERIODO LECTIVO: A1) PARCIALES: Se tomarán DOS parciales con contenidos Teóricos y Prácticos. Cada parcial se aprueba con 60 puntos sobre 100. Esta actividad tendrá un peso total de 100% en la calificación global para el cursado. A2) TRABAJOS PRACTICOS DE LABORATORIO: Se efectuarán una serie de trabajos prácticos de laboratorio experimental y/o computacional. REGIMEN DE CURSADO Y APROBACION DE LA ASIGNATURA La evaluación de los alumnos se hará casi con exclusividad en forma escrita, para poder tener constancias y control de seguimiento. Condiciones para cursar la materia: La condición para cursar la asignatura está asociada a: C1) Aprobar los dos parciales con más de 60 puntos sobre 100 puntos. C2) Quienes reprueben uno o los dos parciales tendrán la posibilidad de aprobar el cursado mediante un único recuperatorio a final de año. El recuperatorio será estrictamente individual y su contenido estará asociado a la cantidad de temas que el alumno en particular deba recuperar desde lo teórico-conceptual a lo formal-práctico. Es decir si el alumno desaprueba el primer (segundo) parcial, recuperará el primer (segundo) parcial y si desaprueba ambos, recuperará ambos. Condiciones para aprobar la materia: AP1) Aquellos alumnos que hayan cursado la asignatura con promedio entre 60 y 80 deberán rendir un FINAL CONVENCIONAL consistente en contenidos teóricos y prácticos para aprobar la materia. AP2) Aquellos alumnos que hayan cursado la asignatura con un promedio por encima de 80 sin recuperatorio, tendrán el derecho de elegir si son examinados con un FINAL CONVENCIONAL, o desarrollar un proyecto de diseño y/o construcción de minimáquina (ofrecido por la cátedra) o participar con un desarrollo personal dentro de un proyecto de investigación (a convenir con la cátedra). Nota: Cualquier otra alternativa no contemplada en el presente régimen de cursado y aprobación será evaluada por la cátedra y su dictamen será inapelable. Descripción Resumida de los Capítulos Temáticos Capitulo 1: Estudio conceptual de elementos de máquina. El diseño. TOTAL: 5 horas cátedra (1 a 2 días) El diseño mecánico. Fases y rutinas de un diseño (esquemas). Consideraciones de diseño: Resistencia, fiabilidad, corrosión, propiedades térmicas, utilidad, desgaste, costo, duración, ruido, esterilización, forma, tamaño, rigidez, control, etc. Recapitulación de herramientas y métodos matemáticos, físicos e ingenieriles. Presentación de los

2 conceptos de diseño y fases. Vinculación con conceptos de materias previas (Integración conceptual). Explicación de problemas de diseño sobre casos cotidianos. Capítulo 2: Mecanismos. TOTAL: 40 horas (12 días) Nociones de cinemática del cuerpo rígido y tipologías de movimientos: rotación, traslación y roto-traslación. Conceptos y definiciones: juntas, eslabones, cadenas cinemáticas, grados de libertad, etc. Mecanismos de 4 eslabones genéricos. Movimientos especializados: intermitentes, inversiones, etc. Síntesis numérica y gráfica de cadenas cinemáticas. Curvas de movimientos: Velocidad, posición, etc. Utilización de las ecuaciones clásicas de cinemática para analizar movimientos simples. Establecimiento de la importancia del uso de PC para ciertos problemas. Realización de curvas de posición, velocidad, aceleración de mecanismos. Generación de modelos de mecanismos con programas académicos y comerciales: SAM, Working Model o Unigraphics. Capítulo 3: Tensiones y Deformaciones. Revisión de principios físicos. TOTAL: 30 horas cátedra (10 días) Evaluación de las solicitaciones que pueden ejercerse sobre una pieza. Evaluación de los modelos matemáticos disponibles para analizar tensiones y deformaciones. Solicitaciones simples y complejas: Fatiga e impacto, solicitaciones estáticas y dinámicas. Estados tensionales simples: tracción, flexión, torsión, pandeo, etc. Modelos unidimensionales y bidimensionales. Teorías avanzadas de vigas para análisis de ejes. Análisis de las teorías de falla de materiales. Comparación de los enfoques de resistencia de materiales y de la mecánica del continuo. Introducción a Flexpde para visualizar determinados problemas y para encarar el cálculo de otros. Capítulo 4: Proyecto de elementos de sujeción, anclaje y cierre. TOTAL: 10 horas cátedra (4 días). Uniones por soldadura, uniones por pernos, uniones por pegamento. Cálculo de diversos tipos de solicitaciones. Enfoque de las concentraciones de tensiones. Evaluación de piezas fabricadas por soldadura. Mecánica de Tornillos; Tornillos de sujeción y Par de apriete. Tornillos de potencia: transmisión de movimiento mediante tornillos. Descripción de accesorios para sellado y/o aislamiento de componente de máquina: sellos, juntas, empaquetaduras, etc. Capítulo 5: Proyecto de elementos accesorios elásticos: Resortes. TOTAL: 9 horas cátedra. (3 días) Tensiones y deformaciones en muelles helicoidales. Resortes a extensión y a compresión. Capacidad de carga y almacenamiento de energía. Calculo de muelles. Capítulo 6: Proyecto de elementos de transmisión Flexibles. TOTAL: 10 horas cátedra. (2 a 3 días) Tipos de correas: planas, correas en V, correas sincrónicas. Modelos analíticos para establecer las fuerzas de fricción entre poleas y correas. Distintos tipos de cadenas. Calculo de transmisiones por cadenas y correas. Utilización de catálogos. Cables metálicos y ejes flexibles (Descripción). Capítulo 7: Proyecto y cálculo de ejes y elementos accesorios. TOTAL: 16 horas cátedra. (6 a 7 días) Definiciones y aplicaciones. Teorías para calcular y dimensionar ejes. Análisis de las concentraciones de tensiones. Utilización de diferentes sistemas de calculo por elementos finitos para dimensionar ejes: BEAM2D, DTBEAM, etc.. Análisis de diversos casos de carga. Dimensionamiento y verificación de chavetas. Cálculo y selección de cojinetes. Diferentes tipos de cargas que se ejercen sobre un cojinete. Algunos problemas derivados de la lubricación. Descripción de rodamientos y selección por manuales. Capítulo 8: Proyecto de elementos de acoplamiento. TOTAL: 14 horas cátedra. (5 a 6 días) Embragues, definiciones y tipos. Cargas y solicitaciones que actúan sobre los embragues. Calculo de embragues. Consideraciones energéticas. Modelos matemáticos de fricción. Análisis de acoplamientos. Rígidos, Flexibles, Dentados. Utilización de catálogos. Capítulo 9: Trenes de engranajes. Reductores, planetarios y diferenciales. TOTAL: 26 horas cátedra (9 a 12 días) Definición y aplicaciones. Diversos tipos de engranajes: Rectos, cónicos, helicoidales, sinfín, etc. Aplicaciones más frecuentes. Geometría y cinemática del dentado, propiedades. Tipos de cargas que se ejercen sobre los engranajes. Análisis de tensiones y deformaciones en los dientes de engranajes rectos, cónicos helicoidales y sinfín. Duración superficial. Introducción a las normas AGMA ACTIVIDADES DE PRACTICA EXPERIMENTAL: 15 horas cátedra (6 a 8 días) EXAMENES PARCIALES: 2 días. Bibliografía En el caso de libros Cantidad* Año de edición Elementos de Máquina, Shigley-Mishcke (McGraw-Hill) Elementos de Máquina, Spotts (Reverte) Elementos de Máquina, Mott (McGraw-Hill) Elementos de Máquina, Hamrock-Jacobson-Smith (McGraw-Hill) 1 (+) 2000

3 Elementos de Máquina, Shigley-Mishcke (McGraw-Hill) 1 (+) 2002 Diseño de componentes de Máquinas, Orthwein (Ed. CECSA) Diseño de Maquinaria, Norton (McGraw-Hill) 1 (+) 2000 Diseño de Máquinas, Norton (McGraw-Hill) Elementos de Máquina, Spotts (Ed. Prentice Hall) 1, 1 (+) 1998 Diseño de Mecanismos, Sandor-Erdman (Ed. Prentice Hall) 1, 1 (+) 1998 Dinâmica de Sistemas Mecânicos, I.F.Santos (Ed. Makron) 1 (+) 2001 Mechanical Design of Machine Elements and Machines, J.A. 1 (+) 2003 Collins (Ed. John Wiley Sons) Elementos de Máquinas: Notas de Cátedra. M.T. Piovan Ver Página web de la materia * Disponible en la biblioteca para uso de los alumnos. (+) Disponible por la cátedra CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES CURRICULARES DE LA ASIGNATURA Carga Horaria Semanal: 5 horas cátedra (3 horas 45 minutos, reloj) repartidas en dos días: lunes y miércoles Carga Horaria Total (32 semanas): 160 horas cátedra (120 horas reloj) Día Fecha Actividades Curriculares 1 08 Mar. Presentación del cuerpo docente y los alumnos, explicación y alcances de las actividades que se realizaran durante el año. Presentación de todos los contenidos de la asignatura. Capítulo Mar. Prueba Diagnóstica. Capítulo 1. El Diseño y su enfoque en el contexto de elementos de máquina Mar. Capítulo 1: Continuación del enfoque de diseño. Ejemplos y casos de estudio Mar. Capítulo 2: Revisión de nociones de cinemática de los cuerpos rígidos. Conceptos y definiciones 5 22 Mar. Capítulo 2: Cadenas cinemáticas de cuerpos sólidos. Ejemplos de mecanismos: movimientos particulares, esquemas de 4 o más barras. Ejemplos. 6(*) 24 Mar Feriado Nacional 7 29 Mar Capítulo 2: Cadenas cinemáticas de cuerpos sólidos. Ejemplos de mecanismos: movimientos particulares, esquemas de 4 o más barras. Ejemplos Mar Capítulo 2: Movimientos especializados. TP1: Analogías electrónicas de mecanismos Abr Capitulo 2: Mecanismos Desmodrómicos y levas. Ejemplos Abr Capítulo 2: Continuidad de los tópicos de la clase anterior Abr Capítulo 2: Síntesis general de mecanismos en el plano. Ejemplos y ejercicios Ejercicios con Computadora. Casos de Estudio Abr Capítulo 2: Ejercicios de computadora. TP2: Juntas Articuladas Abr Capítulo 2: Continuidad de los tópicos de la clase anterior Abr Capítulo 2: Continuidad de los tópicos de la clase anterior Abr Capítulo 3: Enfoques de tensiones y de deformaciones en piezas simples y complejas Abr Capítulo 3: Repaso de modelos de Resistencia estática. Casos de Estudio. Ejercicios May Capitulo 3: Diferencias entre resistencia de materiales y teoría de la elasticidad y mecánica del continuo. Repaso de Modelos Matemáticos de Elasticidad y Mecánica de Materiales. Modelos generalizados para problemas estructurales unidimensionales. TP3: Modelos computacionales y de resistencia de materiales, comparaciones May Capítulo 3: Continuación clase anterior May Capítulo 3: Continuación clase anterior May Capítulo 3: Modelos de resistencia por Fatiga. Casos de Estudio. Ejercicios May Capítulo 3: Modelos de resistencia por Fatiga. Casos de Estudio. Ejercicios May Capitulo 3: Modelos para análisis de cargas dinámicas generales. Casos de Estudio. Ejercicios May Capítulo 3: Continuación clase anterior May Capítulo 4: Uniones de piezas: casos de soldadura, pegamento y atornillado. Esquema general de análisis de tensiones y deformaciones. Ejemplos de cálculo de uniones por pegamento May Capítulo 4: Uniones de piezas: casos de soldadura, pegamento y atornillado. Esquema general de análisis de tensiones y deformaciones. Ejemplos de cálculo de uniones por pegamento Jun Capítulo 4: Cálculo de solicitaciones diversas por soldadura y por atornillado. Ejemplos Jun Capítulo 4: Tornillos y su descripción, par de apriete. Ejercicios. TP4: Tornillo diferencial Jun Capítulo 4: Tornillos y su descripción, par de apriete. Ejercicios Jun Capítulo 5: Descripción tipos de resortes, Mecánica de los resortes. Tensiones y deformaciones Jun Capítulo 5: Problemas y ejemplos prácticos. 31 (*) 21 Jun Feriado correspondiente al Día de la Bandera Jun Capítulo 5: Problemas y ejemplos prácticos.

4 33 28 Jun PRIMER PARCIAL Jun Capítulo 5: Problemas y ejemplos prácticos. TP5: máquina de resortes. 05 Jul Clase prevista para recuperación de potenciales días feriados 07 Jul Clase prevista para recuperación de potenciales días feriados 02 Jul Final del Primer cuatrimestre Ago Comienzo de Segundo cuatrimestre Ago Capítulo 6: Descripción de las correas y sus tipos. Ecuación de Prony. Análisis de Correas Ago Capítulo 6: Descripción de cadenas. Comparaciones funcionales entre cadenas y correas. Ejemplos prácticos. TP6: Máquina de polea partida. 37 (*) 16 Ago Feriado correspondiente al Aniversario de la Muerte del Gral San Martín 17/ Ago Capitulo 6: Ejercicios y selección de elementos flexibles. Casos de Estudio Ago Capitulo 6: Ejercicios y selección de elementos flexibles. Casos de Estudio Capítulos 4 y 6: Otros elementos de máquina flexibles: sellos Ago Capítulos 4 y 6: Selección de sellos y juntas en aplicaciones industriales Ago Capítulo 7: Descripción de elementos activos en un sistema de ejes Sep Capítulo 7: Teorías para dimensionado de ejes. Aspectos estáticos y especialmente dinámicos Sep Capítulo 7: Continuación de los conceptos de la clase anterior. Casos de Estudio. Ejemplos Sep Capítulo 7: Teoría de la lubricación aplicada. Ejemplos de dimensionado de cojinetes de fricción Cojinetes y rodamientos. El problema del desgaste. TP7: Máquina de cojinetes Sep Capítulo 7: Cálculo de cojinetes de empuje. Ejemplos de dimensionado de cojinetes de fricción. 46 (*) 15 Sep Feriado por el día del estudiante Sep Capítulo 7: Descripción y selección de rodamientos Sep Capítulo 7: Dinámica de rotores: repaso y diversas teorías de modelación Sep Capítulo 7: Dinámica de rotores: ejercicios Sep Capítulo 8: Dimensionado y cálculo de Frenos. Casos de Estudio. Selección Oct Capítulo 8: Dimensionado y cálculo de Frenos. Casos de Estudio. Selección Oct Capítulo 8: Casos de Estudio y ejercicios. TP8: Control de velocidad inercial. 53 (*) 11 Oct Feriado por el día de la raza Oct Capítulo 8: Descripción de mecanismos especiales para embrague. Selección de embragues Oct Capítulo 8: Descripción de componentes de embragues y acoplamientos Oct Capítulo 8: Selección de acoplamientos Oct Capítulo 9: Descripción de engranajes Oct Capítulo 9: Metodologías de dimensionado. TP9: Caracterización y Tipificación de engranajes Nov Capítulo 9: Ejercicios y Casos de Estudio Nov Capítulo 9: Sistemas de Transmisión por engrane: TP10: Sistema diferencial Nov Capítulo 9: Sistemas de Transmisión por engrane: Nov Capítulo 9: Metodologías de cálculo Nov Capítulo 9: Sistemas de trenes de engranajes. Metodologías de cálculo Nov SEGUNDO PARCIAL Nov Clase prevista para recuperación de potenciales días feriados Nov Clase prevista para recuperación de potenciales días feriados 26 Nov Finalización de las clases 67 Dic Recuperatorio General (*) Días que seguramente o probablemente no haya actividad según el Calendario Académico 2010 (Confeccionado por el Consejo Directivo de FRBB) Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2010 (entiéndase reales y probables): 5/64 => 7.9 % Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2009 (entiéndase reales acontecidos): 5/64 => 7.9 % Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2008 (entiéndase reales acontecidos): 7/64 => 10.9 % Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2007 (entiéndase reales acontecidos): 8/64 => 12.5 % Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2006 (entiéndase reales acontecidos): 8/64 => 12.5 % Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2004 (entiéndase reales acontecidos): 7/64 => 10.9 % Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2003 (entiéndase reales acontecidos): 11/64 => 17.2 % Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2002 (entiéndase reales acontecidos): 10/32 => 31.3 % NOTA 1: En días Lunes o Miércoles, se prevén actividades extracurriculares asociadas a temas de la asignatura y temas de conocimiento general de la carrera, principalmente asistencia a conferencias de profesores visitantes y/o cursillos dictados por docentes de la UTN u otras universidades. Esto empero, no conlleva modificar sustancialmente el calendario previsto, aún así se estima flexibilidad en el dictado.

5 NOTA 2: todos los contenidos de la asignatura, tales como notas de clase, diapositivas de presentación, apuntes de cátedra, notas de ejercicios y de trabajos prácticos y/o de laboratorio, están o serán oportunamente ubicadas en la página WEB: