Diseño Elem Máquinas I (7125)

 

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA CARRERA DE: LICENCIATURA EN INGENIERÍA MECÁNICA

DESCRIPCIÓN DE ASIGNATURA

 ASIGNATURA: CÓDIGO: CLASES: LABORATORIOS: CRÉDITOS: PRE-REQUISITOS: PROFESOR:

Diseño de Elementos de Máquinas I 7125 4 0 4 Mec. De Materiales (7896), Tecnología Mecánica (0623) Dimas E. Portillo L. Ph.D.

DESCRIPCIÓN

En este curso se estudia la metodología y la práctica del diseño de componentes de máquinas. La comprensión y aplicación de los principios de la mecánica de sólidos y resistencia de materiales es un aspecto fundamental de este curso. El estudiante estará continuamente expuesto a la compresión y análisis de conceptos de diseño mecánico. Un conocimiento b básico ásico de los principios del diseño de componentes mecánicos es un requisito esencial para los Ingenieros Mecánicos en la industria. Se da importancia a la presentación de las asignaciones, a la utilización de programas de computadora (INVENTOR, etc.), a la habilidad de aplicar los conocimientos matemáticos, de la ciencia y la ingeniería, diseñar componentes y sistemas que satisfagan las necesidades. Identificar, formular y resolver problemas de diseño. Comunicarse efectivamente de forma oral, gráfica y escrita. Primeramente se estudian los fundamentos del diseño mecánico, las fases y factores de diseño, seguidamente se revisan tópicos básicos y avanzados de resistencia de materiales (análisis de esfuerzo y deformación). Se estudia la concentración de esfuerzo, ajustes y tolerancias, esfuerzos en cilindros de pared delgada y gruesa, teorías de falla para materiales dúctiles y frágiles sometidos a cargas estáticas o dinámicas, así como fallas por fatiga. Como una segunda parte se realiza el diseño de ejes de transmisión, estudio de elementos utilizados en transmisión de potencia mediante ejes, juntas no permanentes (tornillos, pernos, cuñas, etc.) y juntas permanentes (soldadura). OBJETIVOS GENERALES:

1. Preparar a los estudiantes estudiantes en el arte del pr proceso oceso del diseñ diseño o mecánico mediante la identificación de necesidades, definición del problema y de factores de diseño y aplicación de conceptos fundamentales de la ciencia

 

de los materiales, mecánica de sólidos y otras disciplinas ligadas al proceso del diseño. 2. Aplicación del programa INVENTOR para la determinación de los esfuerzos máximos causados por concentradores de esfuerzo. El estudiante debe ser capaz de resolver un problema asignado utilizando INVENTOR y verificarlo analíticamente. 3. Conocer y aplicar los diferentes criterios de falla para el diseño y selección de componentes mecánicos que garanticen cumplir con las especificaciones de operación de los eq equipos. uipos. 4. Proporcionar la base base analítica para el diseño d de e juntas permanentes permanentes y no no permanentes entre componentes. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

 Al terminar este curso el estudiante estudiante debe estar capacitado p para: ara: 1. Aplicar la filosofía del diseño mecánico. 2. Determinar el estado de esfuerzo en cualquier punto punto de un co componente mponente mecánico en función de las cargas impuestas y determinar deter minar los esfuerzos principales y es esfuerzo fuerzo cortante máx máximo. imo. 3. Estudiar el diagrama esfuerzo-deformación esfuerzo-deformación unitaria para materiales 4. 5. 6. 7. 8. 9.

dúctiles y frágiles, comprendiendo sus características principales. Determinar las propiedades mecánicas de materiales como aluminio, bronce, acero, entre otros y sus especificaciones. Estudiar las propiedades mecánicas d del el acero en función de los diferentes tratamientos térmicos a los cuales puede ser sometido. Determinar el estado estado de de deformación formación en cualquier pu punto nto de u un n componente mecánico en función de las cargas impuestas. Aplicar teorías de fallas es estáticas táticas en el diseño de componentes componentes mecánicos, tanto para materiales dúctiles como frágiles. Aplicar conceptos conceptos para el diseño por fatiga de elementos mecá mecánicos. nicos. Adquirir del mercado mercado local la información téc técnica nica correspondiente a los diferentes elementos mecánicos estandarizados y materiales para fabricación.

CONTENIDO PARTE I FUNDAMENTOS DEL DISEÑO MECÁNICO 1. Introducción al Diseño en Ingenie Ingeniería ría Mecánic Mecánica a 1.1 El Proceso de Diseño 1.2 Responsabilidades Profesionales del Ingeniero Mecánico 1.3 Normas, Estándares y Códigos 1.4 Terminología Utilizada en el Diseño Mecánico 1.5 Estudio de Caso Introducción Introducción al Diseño 2. Materiales 2.1 Esfuerzo y Resistencia 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

Diagrama Esfuerzo  – Deformación Unitaria Propiedades Mecánicas Propiedades Físicas Sistemas de Numeración Procesos de Fabricación Aceros Aleados

 

 

2.7 Tratamientos Térmicos 2.8 Carbón Equivalente 2.8 Otros Materiales 2.9 Selección de Materiales 2.10 Estudio de Caso Materiales y Procesos

3. Esfuerzos 3.1 Diagramas de Equilibrio 3.2 Esfuerzo vs Tipo de Carga Carga 3.3 Estado de Esfuerzo Plano en un Punto 3.4 Círculo d de e Mohr del Esfuerzo Esfuerzo Plano 3.7 Concentración de Esfuerzo 3.8 Esfuerzos bajo otras Condic Condiciones iones de C Carga arga 3.9 Esfuerzos de Contacto 3.10 Estudios de Casos de Esfuerzo Estático y Análisis de Deflexión 4. Deflexión 4.1 Constantes de Elasticidad 4.2 Deflexión de Vigas 4.5 Deflexión de Elementos 4.6 Columnas 4.8 Estudios de Casos de Esfuerzo Estático y Análisis de Deflexión PARTE II

PREVENCIÓN DE FALLAS

5. Teorías de Fallas Re Resultantes sultantes d de e Cargas Estáticas 5.1 Materiales Dúctiles 5.2 Materiales Frágiles 5.3 Mecánica de Fractura 5.3.1 Fractura Frágil 5.3.2 Fractura Dúctil 5.4 Estudios de Ca Casos sos con Análisis Análisis de Fallas Es Estáticas táticas 6. Fallas por Fatiga R Resultantes esultantes de Cargas Variables Variables 6.1 Fracturas por Fatiga 6.3 Resistencia a la F Fatiga atiga de un Material 6.4 Factores que modifican el Límite de Resistencia a la Fatiga 6.5 Esfuerzos Fluctuantes 6.6 Criterios de Falla por Fatiga 6.9 Resistencia a la Fatiga Superficial Superficial 6.10 Estudios de Casos de Diseño por Fatiga PARTE III

DISEÑO DE ELEMENTOS MECÁNICOS

7. Ejes, Flechas y sus Componentes 7.1 Definición y Aplicaciones 7.2 Diseño de Ejes por Esfuerz Esfuerzo o 7.3 Diseño de Ejes por Deflexión 7.5 Componentes de Ejes 7.6 Estudios Normas yde Estándares Diseño de Ejes 7.7 Casos de para Diseño de Ejes 8. Juntas Mecánicas no Permanentes 8.1 Definición y Aplicaciones 8.2 Tornillos. De Definiciones finiciones d de e Roscas

 

8.4 Resistencia de Ele Elementos mentos Roscados 8.5 Precarga de Pernos 8.6 Diseño de Uniones bajo bajo Carga Estática 8.6.1 Cagas de Tensión 8.6.2 Cargas Cortantes 8.8 Uniones con Empaque 8.9 Normas y Estándares 8.10 Estudios de Casos de Diseño de Pernos 9. Juntas Mecánicas Permanentes 9.1 Definición y Aplicaciones 9.2 Símbolos de Soldadura 9.3 Tipos d de e Uniones Uniones Soldadas Soldadas 9.4 Esfuerzos en Unione Unioness Soldadas 9.4.1 Cargas de Torsión 9.4.2 Cargas de Flexión 9.5 Resistencia de U Uniones niones Solda Soldadas das 9.6 Diseño de Uniones Uniones Soldadas bajo Carga Estática 9.8 Normas y Estándares 9.10 Estudios de Casos de Diseño de Juntas Soldadas SISTEMA DE EVALUACIÓN RECOMENDADO Evaluación Tareas Ejercicios Exámenes Parciales Proyecto de Medio Semestre Proyecto Final Exámen Semestral Total

% 10 7 30 10 10 33 100%

METODOLOGÍA RECOMENDADA 1. El contenido de este ccurso urso será d desarrollado esarrollado por el profesor mediante exposiciones orales en el aula de clase utilizando el tablero, t ablero, elementos mecánicos físicos, presentaciones en Power Point, modelos prácticos visuales, etc. 2. Se tendrá un periodo de revisión revisión de los temas antes de cada examen. 3. Las tareas asignadas asignadas incluyen incluyen la solución de problemas de manera manera analítica, numérica por computadora (Excel y mediante un programa como INVENTOR). 4. Se promoverá el uso extensivo de manuales, normas, estándares e información de catálogos de fabricante. 5. El proyecto final tiene tiene como objetiv objetivo o que los es estudiantes tudiantes desarrollen desarrollen un diseño complejo en que utilicen lo aprendido en el curso, utilicen un programa como INVENTOR, preparen un informe, presenten y sustenten el mismo.

BIBLIOGRAFÍA TEXTO: Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley, R.G. Budynas y J.K. Nisbett, 8th edition, McGraw Hill, 2008

 

  REFERENCIAS: 1. Diseño de Elementos de Máquinas, Ro Robert bert L. Mott, Pearson, Prentic Prentice e Hall, 4ta edición, 2006. 2. Diseño de Máquinas  – Un Enfoque Integrado, R. L. Norton, 4ta edición, Prentice-Hall Inc., 2011 3. Diseño Mecánico, Holowenko Hall, Mc McGraw-Hill Graw-Hill 4. Machinery`s Handbook, 28th edition