la figura 1-1, comienza con la identificación de una necesidad y la decisión de hacer algo alrespecto. Después de muchas iteraciones, termina con la presentación de los planes para satisfacer la necesidad. De acuerdo con la naturaleza de la tarea de diseño, algunas fases de éstepueden repetirse durante la vida del producto, desde la concepción hasta la terminación. Enlas siguientes secciones se examinarán estos pasos del proceso de diseño con más detalle.Por lo general, el proceso de diseño comienza con la identificación de una necesidad.Con frecuencia, el reconocimiento y la expresión de ésta constituyen un acto muy creativo,porque la necesidad quizá sólo sea una vaga inconformidad, un sentimiento de inquietudo la detección de que algo no está bien. A menudo la necesidad no es del todo evidente; elreconocimiento se acciona por una circunstancia adversa particular o por un conjunto de cir-Primero se aborda la naturaleza del diseño en general, luego el diseño en la ingenieríamecánica en particular. El diseño es un proceso iterativo con muchas fases interactivas. Existen muchos recursos para apoyar al diseñador, entre los que se incluyen muchas fuentes deinformación y una gran abundancia de herramientas de diseño por computadora. El ingenierode diseño no sólo necesita desarrollar competencia en su campo, sino que también debe cultivar un fuerte sentido de responsabilidad y ética de trabajo profesional.Hay funciones que deben realizarse mediante códigos y normas, por la siempre presenteeconomía, por seguridad y por consideraciones de responsabilidad legal del producto. Lasupervivencia de un componente mecánico está frecuentemente relacionada con el esfuerzo yla resistencia. Los aspectos de incertidumbre siempre han estado presentes en el diseño en laingeniería y se abordan de manera típica mediante el factor de diseño y el factor de seguridad,ya sea en la forma determinista (absoluta) o en un sentido estadístico. El enfoque estadísticose refiere a la confiabilidad del diseño y necesita buenos datos estadísticos.En el diseño mecánico existen otras consideraciones que incluyen las dimensiones y lastolerancias, unidades y cálculos.Este libro consta de cuatro partes. La parte 1, Fundamentos, comienza con la explicaciónde algunas de las diferencias entre el diseño y el análisis, y presenta diversas nociones y enfoques fundamentales del diseño. Continúa con tres capítulos donde se repasan las propiedadesde los materiales, el análisis de esfuerzos y el análisis de la rigidez y de la deflexión, querepresentan los principios clave necesarios para el resto del libro.La parte 2, Prevención de fallas, consta de dos capítulos acerca de la prevención de fallasen partes mecánicas. Por qué fallan las máquinas y cómo pueden diseñarse para prevenir lafalla son preguntas difíciles y por lo tanto se requieren dos capítulos para responderlas; unosobre la prevención de la falla debida a cargas estáticas, y el otro sobre la prevención de lafalla por fatiga provocada por cargas cíclicas que varían con el tiempo.En la parte 3, Diseño de elementos mecánicos, el material de las partes 1 y 2 se apl

ica alanálisis, selección y diseño de elementos mecánicos específicos, como ejes, sujetadores, partes soldadas, resortes, cojinetes de contacto de bolas, cojinetes de película, engranes, bandas,cadenas y cables.En la parte 4, Herramientas de análisis, se proporcionan introducciones a dos importantes métodos que se utilizan en el diseño mecánico: análisis del elemento finito y análisisestadístico. Éste es material de estudio opcional, pero algunas secciones y ejemplos de laspartes 1, 2 y 3 demuestran el uso de estas herramientas.Hay dos apéndices al final del libro. El apéndice A contiene muchas tablas útiles referenciadas a lo largo del texto. El apéndice B presenta las respuestas a algunos de los problemasque se encuentran al final de los capítulos.cónicos.A Área, coeficienteA Variable de áreaa Distancia, constante de regresióna � Estimación de la constante de regresióna Variable de distanciaB CoeficienteBhn Dureza BrinellB Variableb Distancia, parámetro de forma de Weibull, número de intervalo, constante deregresión, anchob � Estimación de la constante de regresiónb Variable de distanciaC Capacidad de carga básica, constante de junta atornillada, distancia entre ejes,coeficiente de variación, condición de extremo de columna, factor de corrección, capacidad del calor específico, índice de resortec Distancia, amortiguamiento viscoso, coeficiente de velocidadFDA Función de distribución acumuladaCDV Coeficiente de variaciónc Variable de distanciaD Diámetro de la héliced Diámetro, distanciaE Módulo de elasticidad, energía, errore Distancia, excentricidad, eficiencia, base logarítmica neperianaF Fuerza, dimensión fundamental de la fuerzaf Coeficiente de fricción, frecuencia, funcióncdm Cifra de méritoG Módulo de elasticidad en torsióng Aceleración debida a la gravedad, funciónH Calor, potenciaHBDureza BrinellHRC Dureza Rockwell escala Ch Distancia, espesor de película�CR Coeficiente global combinado de transferencia de calor por convección yradiaciónI Integral, impulso lineal, momento de inercia de la masa, segundo momento deláreaMichael Latcha, Oakland UniversityJohn Lee, McGill UniversityChi-Wook Lee, University of the Pacifi cSteven Y. Liang, Georgia Institute of TechnologyLiwei Lin, University of California at BerkeleyJohn Leland, University of Nevada RenoKemper Lewis. SUNY Buffalo

Kerr-Jia Lu. George Washington UniversityStan Lukowski, University of Wisconsin-PlattevilleMichael Magill, George Fox UniversityAjay Mahajan, Southern Illinois UniversityEnayat Mahajerin, Saginaw Valley State UniversityRonald Mann, University of South FloridaNoah Manring, University of MissouriDan Marghitu, Auburn UniversityRoy McGrann, Binghamton UniversityDavid McStravick, Rice UniversityMorteza M. Mehrabadi, Tulane UniversityPeter Mente, North Carolina State UniversityClint Morrow, Florida Institute of TechnologyWalied Moussa, University of AlbertaJoe Musto, Milwaukee School of EngineeringByron L. Newberry, Oklahoma Christian UniversityEfstratios Nikolaidis, University of ToledoEdwin M. Odom, University of IdahoMarcia K. O�Malley, Rice UniversityRobert Paasch, Oregon State UniversityStephen J. Piazza, Penn State UniversityHeidi-Lynn Ploeg, University of WisconsinRamamurthy Prabhakaran, Old Dominion UniversityWilliam Pratt. Southern Utah UniversityGovindappa Puttaiah, West Virginia University Institute of TechnologyHamid Rad, Washington State University-VancouverM. K. Ramasubramanian, North Carolina State UniversityMichael Raulli, Villanova UniversityHassan Rejali, California State University, PomonaMichael Rider, Ohio Northern UniversityJohn Ridgely, California Polytechnic State University, San Luis ObispoDon Riley, Walla Walla CollegeJames R. Rinderle, University of Massachusetts-AmherstGreg Rohrauer, University of WindsorAli Sadegh, The City College of New YorkAkhtar Safder, Bluefi eld State CollegeIgor Sevostianov, New Mexico State UniversityPaul S. Sherman, Arkansas State UniversityLos autores desean reconocer a los múltiples revisores cuya retroalimentación ha contribuidoal éxito de esta nueva edición de Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley:RevisoresOm P. Agrawal, Southern Illinois UniversityStanton C. Apple, Arkansas Tech UniversityAra Arabyan, University of ArizonaNagaraj Arakere, University of FloridaEric Austin, Clemson UniversityHaim Baruh, Rutgers UniversityAbdel Bayoumi, University of South CarolinaHenry R. Busby, The Ohio State UniversityLarry W. Carpenter, Bradley UniversityTsuchin Chu, Southern Illinois UniversityMasood Ebrahimi, Virginia State UniversityRaghu Echempati, Kettering UniversityKambiz Farhang, Southern Illinois UniversityTony Farquhar, University of Maryland-Baltimore CountyForrest Flocker, Tri-State University, Angola, IndianaJ. Earl Foster, University of Illinois-ChicagoPaul E. Funk, University of EvansvilleMax Gassman, Iowa State UniversityJenn-Terng Gau, Northern Illinois University

Slade Gellin, Buffalo State UniversityJon S. Gerhardt, University of AkronJ. Darrell Gibson, Rose-Hulman Institute of TechnologyJames Glancey, University of DelawareVladimir Glozman, California State Polytechnic University-PomonaItzhak Green, Georgia Institute of TechnologyThomas R. Grimm, Michigan Tech UniversityKarl H. Grote, California State University, Long BeachA.H. Hagedoorn, University of Central FloridaMohamed Samir Hefzy, University of ToledoMichael Histand, Colorado State UniversityDennis W. Hong, Virginia TechVinod K. Jain, University of DaytonDuane Jardine, University of New OrleansRichard F. Johnson, Montana College of Mineral Science & TechnologyE. William Jones, Mississippi State UniversityZella L. Kahn-Jetter, Manhattan CollegeFrank Kelso, University of MinnesotaMichael R. Kendall, St. Martin�s UniversityVictor Kosmopoulos, The College of New JerseyJohn D. Landes, University of TennesseeDavid Lascurain, Pensacola Christian College� Capítulo 12, Cojinetes de contacto deslizante y lubricación.� Capítulo 13, Engranes: descripción general. Se incluyen nuevos problemas de ejemplopara abordar el diseño de trenes de engranes compuestos para lograr razones de engraneespecíficas. Se clarifica el análisis de la relación entre el par de torsión, la velocidad y lapotencia.� Capítulo 14, Engranes rectos y helicoidales. Se ha revisado la norma actual AGMA (ANSI/AGMA 2001-D04) para asegurar la actualidad de la información en los capítulos sobre engranes. Todas las referencias de este capítulo están renovadas para reflejar la norma actual.� Capítulo 15, Engranes cónicos y de tornillo sinfín.� Capítulo 16, Embragues, frenos, coples y volantes de inercia.� Capítulo 17, Elementos mecánicos flexibles.� Capítulo 18, Estudio de caso de transmisión de potencia. Este nuevo capítulo proporcionaun estudio de caso completo de una transmisión de potencia de doble reducción. El enfoqueestá en proporcionar un ejemplo para los estudiantes de diseño del proceso de integraciónde los temas incluidos en múltiples capítulos. Los profesores se ven motivados a incluir unade las variaciones de este caso de estudio como un proyecto de diseño en el curso. La retroalimentación del estudiante muestra de manera consistente que este tipo de proyecto esuno de los aspectos más valiosos de un primer curso en diseño de máquinas. Este capítulopuede utilizarse en forma de ayuda para los estudiantes que trabajan en un diseño similar.Parte 4: Herramientas de análisisEn la parte 4 se incluye un nuevo capítulo sobre métodos de elemento finito, y una nuevaubicación para el capítulo sobre consideraciones estadísticas. Los profesores pueden hacerreferencia a estos capítulos cuando así lo requieran.dependientes en un proceso de diseño más grande. Por esa razón se incorpora un extensocaso de estudio a través de ejemplos resueltos en múltiples capítulos, lo cual culmina con

un nuevo capítulo en el que se analiza y se demuestra la integración de las partes en unproceso de diseño completo. Los problemas resueltos que son relevantes para el caso deestudio, se presentan sobre un fondo de papel de ingeniería, para poder identificarlos conrapidez como parte del caso de estudio.� Cobertura revisada y expandida del diseño de ejes. Como complemento al nuevo caso deestudio de transmisión se tiene un capítulo significativamente revisado y expandido quese enfoca en aspectos relevantes para el diseño de ejes. El objetivo de ello es proporcionaruna presentación significativa que permita a un nuevo diseñador pasar a través de todo elproceso de diseño de ejes: desde la configuración general del eje hasta la especificación desus dimensiones. Ahora, este capítulo se ha colocado inmediatamente después del capítulosobre fatiga, lo que brinda la oportunidad de una transición continua desde el tema de fatigahasta su aplicación en el diseño de ejes.Richard G. Budynas es profesor emérito del Colegio de Ingeniería Kate Gleason en elInstituto de Tecnología Rochester. Tiene más de 40 años de experiencia en la enseñanza y lapráctica del diseño para ingeniería mecánica. Es el autor de un libro de texto de McGrawHill, Advanced Strength and Applied Stress Analysis, segunda edición; y coautor de un librode referencia reciente para McGraw-Hill, Roark�s Formulas for Stress and Strain, séptimaedición. Recibió el grado de Licenciatura en Ingeniería Mecánica en el Union College,el de Maestría en la Universidad de Rochester y el de Doctorado en la Universidad deMassachussets. Es ingeniero profesional con licencia en el estado de Nueva York.J. Keith Nisbett es profesor asociado y catedrático asociado de Ingeniería Mecánica en laUniversidad de Missouri en Rolla. Tiene más de 20 años de experiencia en el uso y la ense-ñanza de este libro clásico. Como lo demuestran los continuos premios a la enseñanza que harecibido, incluyendo el premio que otorga el gobernador para la excelencia en la enseñanza,está dedicado a encontrar formas de comunicar conceptos a los estudiantes. Recibió el gradode licenciatura, maestría y doctorado de la Universidad de Texas en Arlington.Joseph Edward Shigley (1909-1994) es indudablemente una de las personas más conocidasy respetadas por sus aportaciones a la enseñanza del diseño de máquinas. Fue autor o coautorde ocho libros, incluyendo Theory of Machines and Mechanisms (con John J. Uicker, Jr.),y Handbook of Machine Design. Comenzó con Machine Design como autor único en 1956,hasta que el texto evolucionó hasta convertirse en Mechanical Engineering Design (Diseñoen ingeniería mecánica), con el que se estableció el modelo para este tipo de libros de texto.Contribuyó con las primeras cinco ediciones de este libro, junto con los coautores LarryMitchell y Charles Mischke. Un número incontable de estudiantes a lo largo del mundo tienen su primer encuentro con el diseño de máquinas a través del libro de texto de Shigley, que

se ha convertido en un verdadero clásico. Prácticamente todos los ingenieros mecánicos delpasado medio siglo han hecho referencia a terminología, ecuaciones o procedimientos comoprovenientes de �Shigley�. McGraw-Hill tiene el honor de haber trabajado con el ProfesorShigley durante más de cuarenta años, y como un tributo a su última contribución a estelibro, su título reflejará de manera oficial el nombre que muchas personas ya le dan al texto:Diseño en ingeniería mecánica de Shigley.Después de haber recibido títulos en Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Mecánica por laUniversidad Purdue y una maestría en ciencias en ingeniería mecánica por la Universidadde Michigan, el profesor Shigley realizó una carrera académica en el Clemson College, de1936 a 1954. Esto lo condujo a su puesto como profesor y jefe de diseño mecánico y dibujoen dicha institución. Se unió al magisterio del Departamento de Ingeniería Mecánica de laUniversidad de Michigan en 1956, donde permaneció durante veintidós años hasta su retiroen 1978.El profesor Shigley obtuvo el rango de catedrático de la Sociedad Estadounidense deIngenieros Mecánicos (ASME) en 1968. Recibió el premio del Comité de Mecanismos de laASME en 1974, la medalla Worcester Reed Warner por su destacada contribución a la literatura permanente para ingeniería en 1977, y el premio para el Diseño de Máquinas de la ASMEen 1985.Joseph Edward Shigley ciertamente marcó la diferencia. Su legado perdurará.envió un cuestionario a 200 catedráticos estadounidenses del curso de Elementos, con lafinalidad de solicitarles sus opiniones sobre la importancia y la conveniencia de los temas recurrentes en un texto de Elementos. En cada revisión a la segunda, tercera y cuarta ediciones,los usuarios fueron consultados de nueva cuenta, para determinar qué debería cambiarse ote libro en todas las ediciones. Una de las solicitudes más fuertemente expresada originalmente por los consultados fue que los estudios de caso trataran problemas de diseño reales.Hemos intentado cumplir con esta petición, estructurando el texto en torno a una seriede diez estudios de caso, los cuales presentan diferentes aspectos del mismo problema dediseño en capítulos sucesivos; por ejemplo, la definición de cargas estáticas o dinámicas enel capítulo 1, el cálculo de esfuerzos debidos a cargas estáticas en el capítulo 2, y la aplicación de la teoría de falla adecuada para determinar su factor de seguridad en el capítulo 3.Los capítulos posteriores presentan estudios de caso más complejos, con mayor contenidode diseño. El estudio de caso del capítulo 4 sobre diseño contra la fatiga es un ejemplo deun problema real tomado de la práctica del autor como consultor. El apéndice C presenta elanálisis de elementos finitos de varios de estos estudios de caso, y compara tales resultadoscon las soluciones clásicas obtenidas en capítulos anteriores.A lo largo del libro, los estudios de casos brindan una serie de proyectos de diseño demáquinas, que contienen diversas combinaciones de los elementos generalmente trata

dosen este tipo de textos. Los ensambles contienen un conjunto de elementos como eslabonessujetos a cargas axiales y de flexión combinadas, miembros de columnas, ejes que combinan flexión y torsión, engranajes bajo cargas alternantes, resortes de regreso, sujetadoresbajo cargas de fatiga, cojinetes de rodamiento, etcétera. Este enfoque integral tiene variasventajas. s. Estos estudios de casos más integrales se encuentran en la parte II del texto. Losestudios de caso de la parte I están más limitados en alcance y están orientados a los temas deingeniería mecánica del capítulo. Además de los estudios de caso, cada capítulo incluye unaselección de ejemplos resueltos para reforzar temas específicos.El apéndice D, Estudios de caso de diseño, está dedicado a la organización de tres estudios de caso sobre diseño, los cuales se usan en los últimos capítulos para reforzar losconceptos detrás del diseño y el análisis de ejes, resortes, engranes, sujetadores, etcétera.No todos los aspectos de estos estudios de caso de diseño se tratan como ejemplos resueltos,ya que otro objetivo consiste en ofrecer material para la asignación de tareas de proyecto alestudiante. El autor utilizó con mucho éxito estos temas de estudio de caso, como tareas deproyecto para varias semanas, o de largo plazo, para grupos de estudiantes o algún estudianteen particular. La asignación de tareas de proyecto abierto-cerrado sirve para reforzar muchomejor los aspectos de análisis y diseño del curso, que partes de tarea para realizar en casa.Grupos de problemasLa mayoría de los 790 problemas (590 o 75%) son independientes dentro del capítulo, enrespuesta a las solicitudes de los usuarios de la primera edición para independizarlos. El otro25% de los problemas aún están construidos sobre capítulos sucesivos. Estos problemas relacionados tienen el mismo número en cada capítulo y su número de problema está en negritaspara indicar su continuidad entre capítulos. Por ejemplo, el problema 1-4 requiere el análisisde fuerza estática sobre el gancho de un remolque; el problema 2-4, un análisis de esfuerzo delmismo gancho con base en las fuerzas calculadas en el problema 1-4; el problema 3-4, el factor de seguridad estático para el gancho usando los esfuerzos calculados en el problema 2-4;el problema 4-4, un análisis de falla por fatiga del mismo gancho; y el problema 5-4, un aná-lisis de esfuerzo superficial. El mismo gancho del remolque se usa como un estudio de casopara FEA en el apéndice C. De modo que, la complejidad subyacente del problema de diseñoPREFACIOA01_NORTON_5894_4ED_SE_I-XXX.indd XXV 4/4/11 12:14 PMXXVI DISEÑO DE MÁQUINAS - Un Enfoque Integradose extiende conforme se introduce un nuevo tema. Un profesor que desee usar este enfoquepuede asignar problemas con el mismo número identificador en capítulos subsiguientes. Si

uno no quiere asignar un problema anterior sobre el cual se basa uno posterior, se puede dar alestudiante los datos de la solución del problema anterior. Los profesores a quienes no les gustavincular problemas tienen la opción de descartarlos completamente y elegir de entre los 590problemas con números de problema sin negritas que son independientes de otros capítulos.Organización del textoEl capítulo 1 presenta un repaso del análisis de cargas estáticas y dinámicas, incluyendo vigas, vibración y cargas de impacto; asimismo, establece una serie de estudios de caso que seutilizan en capítulos posteriores, con la finalidad de ilustrar los temas del análisis de esfuerzoy deflexión con cierta continuidad.El curso Diseño de elementos de máquinas, en esencia, es realmente un curso de análisisde esfuerzo aplicado de nivel intermedio. Por lo tanto, en el capítulo 2 se ofrece un repaso delos fundamentos del análisis de esfuerzo y deflexión. Las teorías de falla estática se presentancon detalle en el capítulo 3, ya que el estudiante generalmente no cuenta todavía con conocimientos sólidos acerca de tales conceptos, a partir de su curso introductorio de análisis deesfuerzo. También se introduce el análisis de la mecánica de la fractura para cargas estáticas.El curso de Elementos suele ser el primer contacto del estudiante con el análisis de