´ PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE Escuela Escuel a de Ingenie Ingenierr´ıa, Departame Departamento nto de Mec´ anica y Metal´ anica urgica urgica
Dise˜ no Me no Mec´ c´ an ico anic o
Resortes
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Dise˜ no Mec´ anico
Su objeto es oponerse a una fuerza o torque ofreciendo una resistencia proporcional a un desplazamiento controlado (t´ıpicamente lineal).
Ello permite numerosos usos tales como por ejemplo proteger/aislar una estructura o cuerpo contra impactos, o para apriete de piezas.
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Dise˜ no Mec´ anico
Compresi´ on • V´ alvulas en motores de autom´ovil • Cerrarduras • V´ alvulas •
neum´aticas
V´alvulas hidr´aulicas
• Mecanismos
de accionamiento (Disparo de armas)
• Amortiguaci´ on
McPherson
Tracci´ on • Muebles Torsi´on • Pinzas • Palancas
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Dise˜ no Mec´ anico
De hojas • Sistema amortiguaci´ on de veh´ıculos • Rel´ es
electromec´anicos
• Contactores
el´ectricos
De barras • Barras estabilizadoras en veh´ıculos
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Dise˜ no Mec´ anico
Recomendaci´on No utilizar alambre preendurecido <4 si D d • Aceros
al carbono
• Aceros
de aleaci´ on
• Aceros
resistentes a la corrosi´ on
• Materiales
no ferrosos (Lat´on, cobre al berilio y aleaciones de n´ıquel)
Resistencia a la tensi´on Ap S ut = m d
Resistencia a la fluencia torsional 0,35S ut ≤ S sy ≤ 0,52S ut S sy = 0,45S ut S sy = 0,56S ut
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Dise˜ no Mec´ anico
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Esfuerzos II Se define el ´ındice C = τ = K S
D d
8FD π d 3
Donde K S es: K S =
2C + 1 2C
Facotores Esfuerzos I Tr F + J A 8FD 4F τ = + 3 π d π d 2 τ =
4C − 1 0,615 K W = + C 4C − 4 4C + 2 K B = 4C − 3 K C =
K B 2C (4C + 2) = (4C − 3)(2C + 1) K S
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Deformaci´ on
Energ´ıa de deformaci´ on T 2 l F 2 l U = + 2GJ 2AG 2
U =
3
4F D N d 4 G
2
+
2F DN d 2 G
y = 3
y =
Rigidez d 4 G k = 8D 3 N
8FD 3 N
8FD N d 4 G
d 4 G
1+
+
4FDN d 2 G
1
2C 2
=
8FD 3 N d 4 G
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Zimmerli Dise˜no Mec´anico Descubri´ o que el tama˜no del material y la resistencia a la tensi´ on no tienen efecto en los l´ımites de la resistencia a la fatiga (vida infinita), para resortes de acero en tama˜ nos menores a 10mm. Tensiones
Fuerzas F a =
F max − F min
2 F max + F min F a = 2 S su = 0,67S ut
Factor de seguridad S sa nf = τ a
τ a = K B τ m = K B
8F a D π d 3
8F m D π d 3
Componenetes de la resistencia a la fatiga Sin martillar: S sa = 241MPa, S sm = 379MPa Martillado: S sa = 398MPa, S sm = 534MPa
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Dise˜ no Mec´ anico
Esfuerzos
σA = F (K )A
16D π d 3
τ B = (K )B
+
4
π d 2
8FD π d 3
Facotores 4C 12 − C 1 − 1 (K )A = 4C 1 (C 1 − 1) 4C 2 − 1 (K )B = 4C 2 − 4 C 1 =
2r 1 d
y C 2 =
2r 2 d
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Deformaci´ on y =
8(F − F i )D 3 N d 4 G
Rigidez F − F i d 4 G k = = y 8D 3 N
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Esfuerzo 32Fr
σ = K
π d 3
Facotores 4C 2 − C − 1 (K )i = 4C (C − 1) 4C 2 + C − 1 (K )o = 4C (C + 1)
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Deformaci´ on
θ =
10,8MD d 4 E
l 1 + l 2 N b + 3π D
Rigidez d 4 E k = 64DN a d 4 E k = 10,8DN a
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Dise˜ no Mec´ anico
Esfuerzo σ=
6M bh2
=
6Fx
bh2 6M 6Fl σmax = = 2 2 bh bh
Deformaci´ on y =
6Fl 3 bh3 En
Rigidez bh3 En k = 6l 3
