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Universidad del Azuay Facultad de Ciencia y Tecnología Escuela de Ingeniería Mecánica DISEムO Y CONSTRUCCIモN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIメN PARA LOS DIFERENTES ACEROS TRABAJO DE GRADUACIモN PREVIO A LA OBTENCIモN DEL TヘTULO DE INGENIERO MECチNICO AUTOMOTRIZ. AUTORES: JHON STALIN CモRDOVA ALVARRACヘN HERMAN PATRICIO LOAYZA HIDALGO DIRECTOR: ING. HERNタN VITERI CERDA. Cuenca, Ecuador 2010

Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

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Universidad del Azuay

Facultad de Ciencia y Tecnologiacutea

Escuela de Ingenieriacutea Mecaacutenica

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR

ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES

ACEROS

TRABAJO DE GRADUACIOacuteN PREVIO A LA OBTENCIOacuteN DEL TIacuteTULO DE

INGENIERO MECAacuteNICO AUTOMOTRIZ

AUTORES

JHON STALIN COacuteRDOVA ALVARRACIacuteN

HERMAN PATRICIO LOAYZA HIDALGO

DIRECTOR

ING HERNAgraveN VITERI CERDA

Cuenca Ecuador

2010

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ii

DEDICATORIA

Primeramente quiero agradecer y dedicar este logro a Dios por permitirme llegar hasta

eacuteste momento tan importante de mi vida por brindarme sabiduriacutea y guiarme por el

camino del bien

A mis apreciados padres Luis Alfredo Coacuterdova Salcedo y Manuela Mariacutea Alvarraciacuten

Serrano por ser el pilar fundamental en mis estudios ya que con su apoyo

incondicional tenacidad e incansable lucha me ayudaron a superar todas las

adversidades que se presentaron en la vida para lograr ser un profesional

A mis hermanas Mary y Mariacutea que me brindaron su apoyo para culminar esta tesis

desinteresadamente

A mi esposa Tatiana Cueva quien me brinda diacutea a diacutea todo su amor confianza y

comprensioacuten

A todos mis demaacutes familiares y amigos por el aacutenimo confianza y apoyo en todo

momento

Gracias a todos por formar parte de mi vida y apoyar este suentildeo

Con todo carintildeo Stalin

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo iii

DEDICATORIA

Con profunda emocioacuten por el suentildeo alcanzado dedico este trabajo a mis queridos padres

Herman y Josefina por el apoyo incondicional que me dieron con profundo amor y

respeto Patricio

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo iv

AGRADECIMIENTO

Nuestro sincero agradecimiento a la noble institucioacuten forjadora de hombres y mentes

para el engrandecimiento de nuestra patria ldquoUniversidad del Azuayrdquo A toda la planta

docente que incondicionalmente nos facilitaron los diversos aprendizajes con sus sabias

y amables ensentildeanzas de manera especial al Sr Ing Hernaacuten Viteri director del

proyecto por la eficiente orientacioacuten para llegar a feliz culminacioacuten del mismo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo v

RESUMEN

Esta tesis se basa en el disentildeo y la implementacioacuten de un Banco de Pruebas para realizar

ensayos de fatiga rotacional en diferentes tipos de aceros utilizados en nuestro medio

(Maacutequina RR Moore)

El proyecto se divide en tres partes principales disentildeo aplicacioacuten y los resultados de las

pruebas Los capiacutetulos 3 y 4 incluyen el disentildeo del equipo y detalles de su construccioacuten

Tambieacuten se documentan los resultados de las pruebas al final del capiacutetulo 4

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos el proyecto puede ser considerado exitoso

porque todos los materiales probados respondieron de la manera esperada dentro de un

margen de error aceptable

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vi

ABSTRACT

This thesis is based on design and implementation of a testing bank to rotational flexion

fatigue test for different steels used in our media (Machine RR Moore)

The project is divided in to three main parts desing implementation and results testing

Chapter 3 and 4 includes desing and construction details Also test results are

documented at the end of chapter 4

As a result of final analysis the project can be considered successful because all material

tested gave the expected response within acceptable error range

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vii

IgraveNDICE DE CONTENIDOS

Paacutegs

Dedicatoriahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipii

Agradecimientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiv

Resumenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv

AbstracthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviIacutendice de Contenidoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii

Iacutendice de ilustraciones y tablashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxIacutendice de Anexoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxii

INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

CAPIgraveTULO I FATIGA DE LOS METALES

11 Fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

111 Fases del fallo por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

1113 Fase 3 (Rotura)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

12 Teoriacuteas de fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

122 Fatiga de bajo nuacutemero de cicloshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

123 Mecaacutenica lineal de la fracturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

13 Aspectos estructurales de la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

14 Relaciones esfuerzo-vidahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

15 Liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

16 Resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

171 Factor de superficie helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

172 Factor de tamantildeo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo viii

173 Factor de carga helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

174 Factor de temperatura helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

175 Factor de efectos diversos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

18 Esfuerzos fluctuanteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vidahelliphelliphelliphelliphellip21

191 Foacutermula de la vida nominalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

CAPIgraveTULO II ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

211 Maacutequina Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

212 Maacutequina Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

213 Maacutequina RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

22 Seleccioacuten de la maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

23 Probetas para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

231 Preparacioacuten de las probetashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

24 Sistema de articulacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

241 Acoplamientos flexibleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

25 Sistema de sujecioacuten de la probetahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33

CAPIgraveTULO III DISENtildeO DE LA MAgraveQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

32 Dimensionamientohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

33 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

34 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

35 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

36 Elementos de soporte del tornillo portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

37 Elemento de soporte de la manilla portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

38 Elementos de soportes de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 2: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ii

DEDICATORIA

Primeramente quiero agradecer y dedicar este logro a Dios por permitirme llegar hasta

eacuteste momento tan importante de mi vida por brindarme sabiduriacutea y guiarme por el

camino del bien

A mis apreciados padres Luis Alfredo Coacuterdova Salcedo y Manuela Mariacutea Alvarraciacuten

Serrano por ser el pilar fundamental en mis estudios ya que con su apoyo

incondicional tenacidad e incansable lucha me ayudaron a superar todas las

adversidades que se presentaron en la vida para lograr ser un profesional

A mis hermanas Mary y Mariacutea que me brindaron su apoyo para culminar esta tesis

desinteresadamente

A mi esposa Tatiana Cueva quien me brinda diacutea a diacutea todo su amor confianza y

comprensioacuten

A todos mis demaacutes familiares y amigos por el aacutenimo confianza y apoyo en todo

momento

Gracias a todos por formar parte de mi vida y apoyar este suentildeo

Con todo carintildeo Stalin

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo iii

DEDICATORIA

Con profunda emocioacuten por el suentildeo alcanzado dedico este trabajo a mis queridos padres

Herman y Josefina por el apoyo incondicional que me dieron con profundo amor y

respeto Patricio

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo iv

AGRADECIMIENTO

Nuestro sincero agradecimiento a la noble institucioacuten forjadora de hombres y mentes

para el engrandecimiento de nuestra patria ldquoUniversidad del Azuayrdquo A toda la planta

docente que incondicionalmente nos facilitaron los diversos aprendizajes con sus sabias

y amables ensentildeanzas de manera especial al Sr Ing Hernaacuten Viteri director del

proyecto por la eficiente orientacioacuten para llegar a feliz culminacioacuten del mismo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo v

RESUMEN

Esta tesis se basa en el disentildeo y la implementacioacuten de un Banco de Pruebas para realizar

ensayos de fatiga rotacional en diferentes tipos de aceros utilizados en nuestro medio

(Maacutequina RR Moore)

El proyecto se divide en tres partes principales disentildeo aplicacioacuten y los resultados de las

pruebas Los capiacutetulos 3 y 4 incluyen el disentildeo del equipo y detalles de su construccioacuten

Tambieacuten se documentan los resultados de las pruebas al final del capiacutetulo 4

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos el proyecto puede ser considerado exitoso

porque todos los materiales probados respondieron de la manera esperada dentro de un

margen de error aceptable

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vi

ABSTRACT

This thesis is based on design and implementation of a testing bank to rotational flexion

fatigue test for different steels used in our media (Machine RR Moore)

The project is divided in to three main parts desing implementation and results testing

Chapter 3 and 4 includes desing and construction details Also test results are

documented at the end of chapter 4

As a result of final analysis the project can be considered successful because all material

tested gave the expected response within acceptable error range

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vii

IgraveNDICE DE CONTENIDOS

Paacutegs

Dedicatoriahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipii

Agradecimientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiv

Resumenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv

AbstracthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviIacutendice de Contenidoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii

Iacutendice de ilustraciones y tablashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxIacutendice de Anexoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxii

INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

CAPIgraveTULO I FATIGA DE LOS METALES

11 Fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

111 Fases del fallo por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

1113 Fase 3 (Rotura)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

12 Teoriacuteas de fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

122 Fatiga de bajo nuacutemero de cicloshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

123 Mecaacutenica lineal de la fracturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

13 Aspectos estructurales de la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

14 Relaciones esfuerzo-vidahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

15 Liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

16 Resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

171 Factor de superficie helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

172 Factor de tamantildeo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo viii

173 Factor de carga helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

174 Factor de temperatura helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

175 Factor de efectos diversos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

18 Esfuerzos fluctuanteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vidahelliphelliphelliphelliphellip21

191 Foacutermula de la vida nominalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

CAPIgraveTULO II ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

211 Maacutequina Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

212 Maacutequina Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

213 Maacutequina RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

22 Seleccioacuten de la maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

23 Probetas para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

231 Preparacioacuten de las probetashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

24 Sistema de articulacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

241 Acoplamientos flexibleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

25 Sistema de sujecioacuten de la probetahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33

CAPIgraveTULO III DISENtildeO DE LA MAgraveQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

32 Dimensionamientohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

33 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

34 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

35 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

36 Elementos de soporte del tornillo portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

37 Elemento de soporte de la manilla portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

38 Elementos de soportes de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 3: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo iii

DEDICATORIA

Con profunda emocioacuten por el suentildeo alcanzado dedico este trabajo a mis queridos padres

Herman y Josefina por el apoyo incondicional que me dieron con profundo amor y

respeto Patricio

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo iv

AGRADECIMIENTO

Nuestro sincero agradecimiento a la noble institucioacuten forjadora de hombres y mentes

para el engrandecimiento de nuestra patria ldquoUniversidad del Azuayrdquo A toda la planta

docente que incondicionalmente nos facilitaron los diversos aprendizajes con sus sabias

y amables ensentildeanzas de manera especial al Sr Ing Hernaacuten Viteri director del

proyecto por la eficiente orientacioacuten para llegar a feliz culminacioacuten del mismo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo v

RESUMEN

Esta tesis se basa en el disentildeo y la implementacioacuten de un Banco de Pruebas para realizar

ensayos de fatiga rotacional en diferentes tipos de aceros utilizados en nuestro medio

(Maacutequina RR Moore)

El proyecto se divide en tres partes principales disentildeo aplicacioacuten y los resultados de las

pruebas Los capiacutetulos 3 y 4 incluyen el disentildeo del equipo y detalles de su construccioacuten

Tambieacuten se documentan los resultados de las pruebas al final del capiacutetulo 4

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos el proyecto puede ser considerado exitoso

porque todos los materiales probados respondieron de la manera esperada dentro de un

margen de error aceptable

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vi

ABSTRACT

This thesis is based on design and implementation of a testing bank to rotational flexion

fatigue test for different steels used in our media (Machine RR Moore)

The project is divided in to three main parts desing implementation and results testing

Chapter 3 and 4 includes desing and construction details Also test results are

documented at the end of chapter 4

As a result of final analysis the project can be considered successful because all material

tested gave the expected response within acceptable error range

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vii

IgraveNDICE DE CONTENIDOS

Paacutegs

Dedicatoriahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipii

Agradecimientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiv

Resumenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv

AbstracthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviIacutendice de Contenidoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii

Iacutendice de ilustraciones y tablashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxIacutendice de Anexoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxii

INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

CAPIgraveTULO I FATIGA DE LOS METALES

11 Fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

111 Fases del fallo por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

1113 Fase 3 (Rotura)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

12 Teoriacuteas de fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

122 Fatiga de bajo nuacutemero de cicloshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

123 Mecaacutenica lineal de la fracturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

13 Aspectos estructurales de la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

14 Relaciones esfuerzo-vidahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

15 Liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

16 Resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

171 Factor de superficie helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

172 Factor de tamantildeo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo viii

173 Factor de carga helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

174 Factor de temperatura helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

175 Factor de efectos diversos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

18 Esfuerzos fluctuanteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vidahelliphelliphelliphelliphellip21

191 Foacutermula de la vida nominalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

CAPIgraveTULO II ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

211 Maacutequina Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

212 Maacutequina Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

213 Maacutequina RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

22 Seleccioacuten de la maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

23 Probetas para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

231 Preparacioacuten de las probetashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

24 Sistema de articulacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

241 Acoplamientos flexibleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

25 Sistema de sujecioacuten de la probetahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33

CAPIgraveTULO III DISENtildeO DE LA MAgraveQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

32 Dimensionamientohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

33 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

34 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

35 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

36 Elementos de soporte del tornillo portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

37 Elemento de soporte de la manilla portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

38 Elementos de soportes de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

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16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 4: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo iv

AGRADECIMIENTO

Nuestro sincero agradecimiento a la noble institucioacuten forjadora de hombres y mentes

para el engrandecimiento de nuestra patria ldquoUniversidad del Azuayrdquo A toda la planta

docente que incondicionalmente nos facilitaron los diversos aprendizajes con sus sabias

y amables ensentildeanzas de manera especial al Sr Ing Hernaacuten Viteri director del

proyecto por la eficiente orientacioacuten para llegar a feliz culminacioacuten del mismo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo v

RESUMEN

Esta tesis se basa en el disentildeo y la implementacioacuten de un Banco de Pruebas para realizar

ensayos de fatiga rotacional en diferentes tipos de aceros utilizados en nuestro medio

(Maacutequina RR Moore)

El proyecto se divide en tres partes principales disentildeo aplicacioacuten y los resultados de las

pruebas Los capiacutetulos 3 y 4 incluyen el disentildeo del equipo y detalles de su construccioacuten

Tambieacuten se documentan los resultados de las pruebas al final del capiacutetulo 4

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos el proyecto puede ser considerado exitoso

porque todos los materiales probados respondieron de la manera esperada dentro de un

margen de error aceptable

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vi

ABSTRACT

This thesis is based on design and implementation of a testing bank to rotational flexion

fatigue test for different steels used in our media (Machine RR Moore)

The project is divided in to three main parts desing implementation and results testing

Chapter 3 and 4 includes desing and construction details Also test results are

documented at the end of chapter 4

As a result of final analysis the project can be considered successful because all material

tested gave the expected response within acceptable error range

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vii

IgraveNDICE DE CONTENIDOS

Paacutegs

Dedicatoriahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipii

Agradecimientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiv

Resumenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv

AbstracthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviIacutendice de Contenidoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii

Iacutendice de ilustraciones y tablashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxIacutendice de Anexoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxii

INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

CAPIgraveTULO I FATIGA DE LOS METALES

11 Fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

111 Fases del fallo por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

1113 Fase 3 (Rotura)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

12 Teoriacuteas de fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

122 Fatiga de bajo nuacutemero de cicloshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

123 Mecaacutenica lineal de la fracturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

13 Aspectos estructurales de la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

14 Relaciones esfuerzo-vidahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

15 Liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

16 Resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

171 Factor de superficie helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

172 Factor de tamantildeo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo viii

173 Factor de carga helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

174 Factor de temperatura helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

175 Factor de efectos diversos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

18 Esfuerzos fluctuanteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vidahelliphelliphelliphelliphellip21

191 Foacutermula de la vida nominalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

CAPIgraveTULO II ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

211 Maacutequina Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

212 Maacutequina Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

213 Maacutequina RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

22 Seleccioacuten de la maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

23 Probetas para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

231 Preparacioacuten de las probetashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

24 Sistema de articulacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

241 Acoplamientos flexibleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

25 Sistema de sujecioacuten de la probetahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33

CAPIgraveTULO III DISENtildeO DE LA MAgraveQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

32 Dimensionamientohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

33 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

34 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

35 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

36 Elementos de soporte del tornillo portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

37 Elemento de soporte de la manilla portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

38 Elementos de soportes de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 5: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo v

RESUMEN

Esta tesis se basa en el disentildeo y la implementacioacuten de un Banco de Pruebas para realizar

ensayos de fatiga rotacional en diferentes tipos de aceros utilizados en nuestro medio

(Maacutequina RR Moore)

El proyecto se divide en tres partes principales disentildeo aplicacioacuten y los resultados de las

pruebas Los capiacutetulos 3 y 4 incluyen el disentildeo del equipo y detalles de su construccioacuten

Tambieacuten se documentan los resultados de las pruebas al final del capiacutetulo 4

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos el proyecto puede ser considerado exitoso

porque todos los materiales probados respondieron de la manera esperada dentro de un

margen de error aceptable

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vi

ABSTRACT

This thesis is based on design and implementation of a testing bank to rotational flexion

fatigue test for different steels used in our media (Machine RR Moore)

The project is divided in to three main parts desing implementation and results testing

Chapter 3 and 4 includes desing and construction details Also test results are

documented at the end of chapter 4

As a result of final analysis the project can be considered successful because all material

tested gave the expected response within acceptable error range

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vii

IgraveNDICE DE CONTENIDOS

Paacutegs

Dedicatoriahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipii

Agradecimientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiv

Resumenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv

AbstracthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviIacutendice de Contenidoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii

Iacutendice de ilustraciones y tablashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxIacutendice de Anexoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxii

INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

CAPIgraveTULO I FATIGA DE LOS METALES

11 Fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

111 Fases del fallo por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

1113 Fase 3 (Rotura)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

12 Teoriacuteas de fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

122 Fatiga de bajo nuacutemero de cicloshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

123 Mecaacutenica lineal de la fracturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

13 Aspectos estructurales de la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

14 Relaciones esfuerzo-vidahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

15 Liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

16 Resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

171 Factor de superficie helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

172 Factor de tamantildeo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo viii

173 Factor de carga helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

174 Factor de temperatura helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

175 Factor de efectos diversos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

18 Esfuerzos fluctuanteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vidahelliphelliphelliphelliphellip21

191 Foacutermula de la vida nominalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

CAPIgraveTULO II ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

211 Maacutequina Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

212 Maacutequina Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

213 Maacutequina RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

22 Seleccioacuten de la maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

23 Probetas para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

231 Preparacioacuten de las probetashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

24 Sistema de articulacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

241 Acoplamientos flexibleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

25 Sistema de sujecioacuten de la probetahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33

CAPIgraveTULO III DISENtildeO DE LA MAgraveQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

32 Dimensionamientohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

33 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

34 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

35 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

36 Elementos de soporte del tornillo portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

37 Elemento de soporte de la manilla portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

38 Elementos de soportes de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

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httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 6: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vi

ABSTRACT

This thesis is based on design and implementation of a testing bank to rotational flexion

fatigue test for different steels used in our media (Machine RR Moore)

The project is divided in to three main parts desing implementation and results testing

Chapter 3 and 4 includes desing and construction details Also test results are

documented at the end of chapter 4

As a result of final analysis the project can be considered successful because all material

tested gave the expected response within acceptable error range

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vii

IgraveNDICE DE CONTENIDOS

Paacutegs

Dedicatoriahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipii

Agradecimientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiv

Resumenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv

AbstracthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviIacutendice de Contenidoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii

Iacutendice de ilustraciones y tablashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxIacutendice de Anexoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxii

INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

CAPIgraveTULO I FATIGA DE LOS METALES

11 Fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

111 Fases del fallo por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

1113 Fase 3 (Rotura)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

12 Teoriacuteas de fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

122 Fatiga de bajo nuacutemero de cicloshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

123 Mecaacutenica lineal de la fracturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

13 Aspectos estructurales de la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

14 Relaciones esfuerzo-vidahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

15 Liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

16 Resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

171 Factor de superficie helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

172 Factor de tamantildeo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo viii

173 Factor de carga helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

174 Factor de temperatura helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

175 Factor de efectos diversos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

18 Esfuerzos fluctuanteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vidahelliphelliphelliphelliphellip21

191 Foacutermula de la vida nominalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

CAPIgraveTULO II ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

211 Maacutequina Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

212 Maacutequina Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

213 Maacutequina RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

22 Seleccioacuten de la maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

23 Probetas para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

231 Preparacioacuten de las probetashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

24 Sistema de articulacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

241 Acoplamientos flexibleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

25 Sistema de sujecioacuten de la probetahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33

CAPIgraveTULO III DISENtildeO DE LA MAgraveQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

32 Dimensionamientohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

33 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

34 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

35 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

36 Elementos de soporte del tornillo portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

37 Elemento de soporte de la manilla portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

38 Elementos de soportes de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 7: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo vii

IgraveNDICE DE CONTENIDOS

Paacutegs

Dedicatoriahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipii

Agradecimientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiv

Resumenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv

AbstracthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviIacutendice de Contenidoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii

Iacutendice de ilustraciones y tablashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxIacutendice de Anexoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipxii

INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

CAPIgraveTULO I FATIGA DE LOS METALES

11 Fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

111 Fases del fallo por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

1113 Fase 3 (Rotura)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

12 Teoriacuteas de fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

122 Fatiga de bajo nuacutemero de cicloshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

123 Mecaacutenica lineal de la fracturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

13 Aspectos estructurales de la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

14 Relaciones esfuerzo-vidahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

15 Liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

16 Resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

171 Factor de superficie helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

172 Factor de tamantildeo helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo viii

173 Factor de carga helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

174 Factor de temperatura helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

175 Factor de efectos diversos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

18 Esfuerzos fluctuanteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vidahelliphelliphelliphelliphellip21

191 Foacutermula de la vida nominalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

CAPIgraveTULO II ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

211 Maacutequina Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

212 Maacutequina Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

213 Maacutequina RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

22 Seleccioacuten de la maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

23 Probetas para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

231 Preparacioacuten de las probetashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

24 Sistema de articulacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

241 Acoplamientos flexibleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

25 Sistema de sujecioacuten de la probetahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33

CAPIgraveTULO III DISENtildeO DE LA MAgraveQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

32 Dimensionamientohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

33 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

34 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

35 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

36 Elementos de soporte del tornillo portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

37 Elemento de soporte de la manilla portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

38 Elementos de soportes de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 8: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo viii

173 Factor de carga helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

174 Factor de temperatura helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

175 Factor de efectos diversos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

18 Esfuerzos fluctuanteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vidahelliphelliphelliphelliphellip21

191 Foacutermula de la vida nominalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

CAPIgraveTULO II ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

211 Maacutequina Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

212 Maacutequina Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

213 Maacutequina RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

22 Seleccioacuten de la maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

23 Probetas para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

231 Preparacioacuten de las probetashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

24 Sistema de articulacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

241 Acoplamientos flexibleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

25 Sistema de sujecioacuten de la probetahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33

CAPIgraveTULO III DISENtildeO DE LA MAgraveQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

32 Dimensionamientohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

33 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

34 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

35 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

36 Elementos de soporte del tornillo portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

37 Elemento de soporte de la manilla portacargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

38 Elementos de soportes de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 9: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo ix

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3921 Caacutelculo del factor de superficie K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3923 Caacutelculo del factor de carga K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3924 Caacutelculo del factor de temperatura K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3925 Caacutelculo del factor de efectos diversos K helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

3926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa S helliphelliphelliphelliphellip41

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

311 Caacutelculo de la potencia del motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

312 Caacutelculo del diaacutemetro del ejehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

313 Seleccioacuten de rodamientoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

CAPIgraveTULO IV EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

42 Procedimiento de ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

43 Caacutelculo de ciclos de roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

431 Caacutelculo del error porcentual para el acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

BIBLIOGRAFIgraveAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

ANEXOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 10: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo x

IgraveNDICE DE ILUSTRACIONES Y TABLAS

paacutegs

Figura 1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten

variable intensahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

Figura 1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del pernohelliphelliphellip8

Figura 1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)hellip9

Figura 1-5 Maacutequina de Ensayohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

Figura 1-6 Diagrama S-N para un acerohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

Figura 1-7 Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la

roturahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacutenhelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Figura 2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip24

Figura 2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativahelliphelliphellip26

Figura 2-3 Esquema de la maacutequina R R Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Figura 2-4Probeta doble Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

Figura 2-5Probeta sencilla Amslerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-6Probeta Schenckhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Figura 2-7Probeta RR Moorehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Figura 2-8Acople flexible Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

Figura 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Figura 3-2 Esquema generalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

Figura 3-3 Apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-4 Bancadahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

Figura 3-5 Mesahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-6 Elemento de soporte del tornillo porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37

Figura 3-7 Elemento de soporte de la manilla porta cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Figura 3-8 Elemento de soporte de los apoyoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

Tabla 3-1 Resistencia uacuteltima del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Figura 3-9 Diagrama de cargas y distanciashelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Tabla 3-2 Factores de servicio AISChelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 11: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xi

Figura 3-10 Diagrama de la vigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

Figura 4-1 Probeta a ensayarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

Tabla 4-1 Resultados de los ensayoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

Figura 4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatigahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

Tabla 4-3 Error porcentual del acero platahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacutenhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificadohelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

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MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

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Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

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COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

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EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 12: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo xii

IgraveNDICE DE ANEXOS

paacutegs

ANEXO 1 Norma ASTM E 606_04helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

ANEXO 2 Acople Flexible Tipo Khelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip68

ANEXO 3 Resultados de Ensayos Destructivoshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

ANEXO 4 Especificaciones del Motorhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip73

ANEXO 5 Especificaciones del Variador de Velocidadhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip80

ANEXO 6 Circuito Eleacutectrico Tacoacutemetro Digitalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip88

ANEXO 7 Factores que Influyen en los Esfuerzos de los Materialeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip89

ANEXO 8 Planos de la Maacutequinahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip101

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 13: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 1

Coacuterdova Alvarraciacuten Jhon Stalin

Loayza Hidalgo Herman Patricio

Trabajo de Graduacioacuten

Ing Hernaacuten Arturo Viteri Cerda

Diciembre 2010

DISENtildeO Y CONSTRUCCIOacuteN DE UN BANCO PARA REALIZAR ENSAYOS

DE FATIGA POR FLEXIOgraveN PARA LOS DIFERENTES ACEROS

INTRODUCCIOacuteN

Con mucha frecuencia se determina que los elementos de maacutequinas han fallado y fallan

por efectos de esfuerzos reiterados o fluctuantes para localizar esas falencias a traveacutes de

un anaacutelisis exhaustivo se determinoacute que los esfuerzos maacuteximos reales estuvieron debajo

de la resistencia uacuteltima del material y con mucha frecuencia incluso debajo del liacutemite

elaacutestico pudiendo establecer que la caracteriacutestica maacutes notable de esas fallas estaacute en la

repeticioacuten de los esfuerzos un considerable nuacutemero de veces

En el capiacutetulo I se hace referencia al marco teoacuterico conceptual de lo que es la falla por

fatiga las fases las diferentes teoriacuteas y los aspectos de la forma que se presentan la

fatiga en piezas o elementos mecaacutenicos implementando datos y ecuaciones baacutesicas

En el capiacutetulo II se realiza una descripcioacuten de los diferentes tipos de maacutequinas para este

tipo de ensayo comparando ventajas y desventajas que presentan cada una de ellas lo

que ha permitido elegir a la maacutequina RR Moore como la maacutes adecuada para la

realizacioacuten de este proyecto

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Editorial Prentice Hall Meacutexico

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

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COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

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20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 14: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 2

En el capiacutetulo III una vez determinado la factibilidad de la maacutequina RR Moore y

realizados los ensayos destructivos en probetas de acero para obtener las propiedades

mecaacutenicas del material se pasoacute a establecer lo correspondiente a la carga y potencia para

que la maacutequina funcione en condiciones correctas Realizaacutendose un proceso de disentildeo y

seleccioacuten de los elementos mecaacutenicos seguacuten las teoriacuteas de la fatiga de materiales

En el capiacutetulo IV se realiza la experimentacioacuten y evaluacioacuten de resultados realizando 10

ensayos para cada tipo de acero Recopilando todos los datos necesarios se procedioacute al

anaacutelisis de los mismos los cuales presentan una diferencia considerable entre los valores

experimentales y teoacutericos lo que permitioacute establecer las conclusiones y

recomendaciones las cuales estaacuten redactadas a la terminacioacuten de este capiacutetulo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

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Madrid 28072010

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CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

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Ecuador

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

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20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 15: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 3

CAPIgraveTULO I

FATIGA DE LOS METALES

11 Fatiga1

En ingenieriacutea y en especial en ciencia de materiales la fatiga de materiales se refiere a

un fenoacutemeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinaacutemicas ciacuteclicas

(fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las

cargas estaacuteticas que produciriacutean la rotura

111 Fases del fallo por fatiga

Los fallos por fatiga se producen en tres fases

1111 Fase 1 (Iniciacioacuten)2

Una o maacutes grietas se desarrollan en el material Las grietas pueden aparecer en cualquier

punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracioacuten

de tensioacuten y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensioacuten son maacutes

elevadas Las grietas pueden aparecer por muchas razones imperfecciones en la

estructura microscoacutepica del material rayaduras arantildeazos muescas y entallas causados

por las herramientas de fabricacioacuten o medios de manipulacioacuten En materiales fraacutegiles el

inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y

discontinuidades geomeacutetricas

1 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

2 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

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Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 16: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 4

1112 Fase 2 (Propagacioacuten)3

Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas Ademaacutes las grietas

generalmente son finas y de difiacutecil deteccioacuten auacuten cuando se encuentren proacuteximas a

producir la rotura de la pieza

1113 Fase 3 (Rotura)4

La pieza continuacutea deterioraacutendose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida

la seccioacuten neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista

estaacutetico producieacutendose la rotura por fatiga

12 Teoriacuteas de fatiga5

Existen tres teoriacuteas que estudian la fatiga

121 Teoriacutea claacutesica o teoriacutea de alto nuacutemero de ciclos

Se emplea para elevado nuacutemero de ciclos (gt103)

El fallo se considera la aparicioacuten de la grieta

Existe un gran nuacutemero de datos experimentales disponibles

Curvas S-N Realiza la estimacioacuten de vida a partir de la amplitud de tensiones

En este caso se parte de un modelo de comportamiento elaacutestico del cual se

extrae el conjunto de ciclos de tensioacuten que se originan a partir de las series

temporales de carga

3 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

4 COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

5 BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 17: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 5

Posteriormente mediante una serie de factores de concentracioacuten se aproxima el estado

tensional a partir de la tensioacuten en zonas situadas a niveles de carga inferiores al liacutemite

elaacutestico

122 Fatiga de bajo nuacutemero de ciclos

Se emplea para bajo nuacutemero de ciclos (lt103)

Se basa en el estudio de deformaciones en lugar de tensiones

Curvas S-N Se establece una formulacioacuten de vida a partir de la amplitud de

deformaciones Se modelizan asiacute situaciones en las que la fluencia ocurre en

posiciones criacuteticas del componente Se trata de zonas con concentracioacuten de

tensiones o entallas en las que la tensioacuten local se situacutea por encima del liacutemite de

fluencia del material a pesar de que el material de su entorno permanece en

reacutegimen elaacutestico Debido a dicho entorno elaacutestico la deformacioacuten de la zona

situada un nivel de carga superior al de fluencia se ve restringida lo que da lugar

una deformacioacuten elastoplaacutestica controlada en la zona de entalla A su vez estas

entallas debido a la elevada tensioacuten que experimentan sirven como puntos

criacuteticos para el crecimiento de grietas con lo que el comportamiento frente al

fenoacutemeno de fatiga puede relacionarse con ensayos de deformacioacuten controlada

sobre diferentes probetas

La formulacioacuten en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que

predomina la deformacioacuten plaacutestica y en las que se puede obtener una estimacioacuten

correcta del nivel de tensioacuten alcanzado

Es el caso de geometriacuteas conocidas con niveles de tensioacuten altos Por el contrario

en casos en los que la tensioacuten alcanzada no llega al liacutemite elaacutestico o bien en

aquellas situaciones en las que resulta difiacutecil prever la tensioacuten en la zona de

concentracioacuten como es el caso de las uniones soldadas se utiliza la formulacioacuten

en amplitud de tensiones que no tiene en cuenta el efecto de la plasticidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

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MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

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Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

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Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

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Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

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COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

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httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

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EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 18: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 6

En los casos en los que el nivel de carga es bajo el resultado se adecuacutea a los

valores obtenidos en los ensayos

Por otro lado cuando se trata de estimar la vida en uniones o puntos de concentracioacuten de

tensioacuten se parte de puntos cercanos que trabajan con tensiones inferiores al liacutemite

elaacutestico y por lo tanto verifican la hipoacutetesis de obviar deformacioacuten plaacutestica De forma tal

que a partir de factores de concentracioacuten de tensioacuten para cargas ciacuteclicas se obtiene la

tensioacuten que permite extraer la estimacioacuten de vida

123 Mecaacutenica lineal de la fractura

Se considera que la grieta estaacute ya iniciada

La vida se calcula como la propagacioacuten de la grieta hasta la rotura

Corresponde al estado II de fatiga

13 Aspectos estructurales de la fatiga6

Las roturas por fatiga tienen dos zonas caracteriacutesticas En la Figura 1-1 se muestran las

diferentes zonas de la seccioacuten fallada La (1) es la zona de rotura por fatiga neta donde

puede apreciarse un granulado liso y fino casi aterciopelado al tacto Por otro lado la (2)

es la Zona de rotura suacutebita es aquella parte de la seccioacuten resistente original que por ser

menor que la seccioacuten necesaria a la carga nominal se rompe abruptamente dejando una

superficie de grano grueso y deforme con un cierto brillo en los aceros

Sin embargo la seccioacuten (2) puede presentar dos sub-zonas una caracteriacutestica y

apariencia superficial maacutes bien gruesa en comparacioacuten con la zona (1) luego la zona de

falla final (normalmente pequentildea) puede presentar un aspecto que da la idea de una

fractura fraacutegil o bien presentar un aspecto de ligero deslizamiento fibroso que sugiere

una rotura duacutectil6 PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 19: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 7

Asiacute pues en la Figura 1-1 se muestran esquemaacuteticamente dos aspectos tiacutepicos de la

fallarotura por fatiga por flexioacuten rotativa

Fig1-1 Zonas de Falla de fatiga (a) solicitacioacuten variable suave (b) solicitacioacuten variable

intensa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Fig 1-2 Roturas en ejes bajo flexioacuten rotativa

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 20: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 8

Fig1-3 Rotura de perno de biela (a) perfil del perno (b) seccioacuten del perno

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

En las Figuras 1-2 se muestran dos fotografiacuteas de fracturas reales ocurridas en ejes de

transmisioacuten con sus patrones de rotura fibrosos remarcados En la Figura 1-3 se puede

apreciar el patroacuten de rotura de un perno de una biela experimental En la Figura 1-3a se

muestra una mitad de la pieza y en la Figura 1-3b se muestran las zonas de rotura en la

seccioacuten La Figura 1-3 muestra pues la zona de raacutepido deslizamiento entendiendo que

la falla evoluciona en el sentido de la flecha en tres secuencias la primera con el tiacutepico

aspecto grano cristalograacutefico fino la segunda con aspecto maacutes grueso y la final con

patrones de deslizamiento

14 Relaciones esfuerzo-vida7

Para determinar la resistencia de materiales bajo la accioacuten de cargas de fatiga las

probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas

mientras se cuentan los ciclos o inversiones del esfuerzo hasta su destruccioacuten

7 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg371 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

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COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

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COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 21: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 9

El dispositivo de ensayo a la fatiga que se emplea con maacutes frecuencia es la maacutequina de

viga rotativa de alta velocidad de RR Moore (Figura 1-5) En esta maacutequina la muestra

se somete a flexioacuten pura (sin cortante transversal) mediante pesos

La probeta como la figura 1-4 se maacutequina y se pule con mucha meticulosidad con un

pulido final en una direccioacuten axial para evitar rayaduras circunferenciales

Fig1-4 Probeta estaacutendar para ensayos de Flexioacuten (para la Maacutequina RR Moore)

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

Se dispone de otras maacutequinas de ensayo a la fatiga para aplicar esfuerzos fluctuantes o

inversos esfuerzos de torsioacuten o esfuerzos combinados a las muestras de ensayo Para

establecer la resistencia a la fatiga de un material se necesita un nuacutemero muy grande de

ensayos debido a la naturaleza estadiacutestica de la fatiga Para el ensayo con viga rotativa

se aplica una carga constante de flexioacuten y se registra el nuacutemero de revoluciones

(inversiones del esfuerzo) de la viga para que se presente la falla El primer ensayo se

hace con un esfuerzo que es un poco menor que la resistencia uacuteltima del material El

segundo ensayo se realiza a un esfuerzo que es menor que el usado en el primero Este

proceso se continuacutea y los resultados se grafican con un diagrama S-N (figura 1-6) La

graacutefica se hace en papel semilogarigravetmo o en papel log-log

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

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Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

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42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

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COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

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EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 22: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 10

Fig1-5 Maacutequina de Ensayo

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

En el caso de materiales ferrosos y aleaciones la graacutefica se hace horizontal despueacutes de

que el material se sometioacute a esfuerzo durante un cierto nuacutemero de ciclos Al graficar en

papel logariacutetmico se acentuacutea la curvatura en la liacutenea la cual quizaacute no sea visible si los

resultados se graficaraacuten en coordenadas cartesianas

La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga un enunciado de otra

resistencia siempre se debe acompantildear por su correspondiente nuacutemero de ciclos N

Pronto se veraacute que los diagramas S-N se determinan para una probeta de ensayo o para

un elemento mecaacutenico real Aun cuando el material de la muestra sea ideacutentico habraacute

diferencias significativas entre los diagramas de los dos

En el caso de los aceros se presentan un cambio brusco de direccioacuten en la graacutefica y maacutes

allaacute de este cambio no ocurriraacute la falla sin importar que tan grande sea el nuacutemero de

ciclos La resistencia correspondiente al cambio en la graacutefica se llama liacutemite de

resistencia a la fatiga S o liacutemite de fatiga La graacutefica de la figura 1-6 nunca se hace

horizontal para metales no ferrosos y aleaciones de aquiacute que estos materiales no

presentan un liacutemite de fatiga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 23: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 11

Se observa que un ciclo de esfuerzos (N=1) constituye una sola aplicacioacuten y una

remocioacuten de una carga y luego otra aplicacioacuten y remocioacuten de la carga en la direccioacuten

opuesta De esta manera = significa que la carga se aplica una vez y luego se quita

que es el caso de la prueba a la tensioacuten simple

El conjunto de conocimientos disponible sobre la falla a la fatiga desde N=1 hasta

N=1000 ciclos por lo general se clasifica como fatiga de bajo ciclaje como se indica en

la figura 1-6 Entonces la fatiga de alto ciclaje tiene que ver con la falla correspondiente

a ciclos de esfuerzos mayores que 10 ciclos

En la figura 1-6 tambieacuten se hace una distincioacuten entre regioacuten de vida finita y regioacuten de

vida infinita La frontera entre las regiones no se puede definir con claridad excepto para

un material especiacutefico pero se ubica en alguacuten punto entre 10 y 10 ciclos para aceros

como se ilustra en la figura 1-6

Como se hizo notar con anterioridad siempre es una buena praacutectica de ingenieriacutea

realizar un programa de ensayos sobre los materiales que se van a emplear en el disentildeo y

manufacturar Esto de hecho es un requisito no una opcioacuten para evitar la posibilidad

de una falla por fatiga Debido a esta necesidad de ensayos realmente seriacutea innecesario

proceder maacutes adelante en el estudio de la falla por fatiga excepto por una razoacuten

importante El deseo de conocer por queacute ocurren las fallas por fatiga de manera que se

pueda utilizar el meacutetodo o los meacutetodos maacutes efectivos para mejorar la resistencia a la

fatiga De esta manera nuestro propoacutesito principal al estudiar la fatiga es entender por

queacute ocurren las fallas de tal manera que podamos evitarlas de manera oacuteptima Por esta

razoacuten los meacutetodos analiacuteticos de disentildeo que se presentan en este proyecto o en cualquier

otro sobre el tema no producen resultados precisos Los resultados se deben tomar como

una guiacutea como algo que indica lo que es importante y lo que no es al disentildear para evitar

la falla por fatiga

Los meacutetodos de anaacutelisis de la falla por fatiga representan una combinacioacuten de ingenieriacutea

y ciencia A menudo la ciencia no puede proporcionar las respuestas que son necesarias

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

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MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 24: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 12

Sin embargo aunque la ciencia no ha explicado por completo el mecanismo real de la

fatiga el ingeniero debe disentildear sin embargo cosas que no fallen En cierto sentido eacuteste

es un ejemplo claacutesico del verdadero significado de la ingenieriacutea en contraste con la

ciencia

Fig1-6 Diagrama S-N para un acero

Fuente BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

Disponible en httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-itiApunteakCap4pdf

15 Liacutemite de resistencia a la fatiga8

La determinacioacuten de los liacutemites de la resistencia a la fatiga mediante ensayos a la fatiga

en la actualidad es una rutina aunque resulta un procedimiento extenso En general los

ensayos de esfuerzo se prefieren a los ensayos de deformacioacuten para los liacutemites de fatiga

8 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg373 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 25: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 13

Para el disentildeo preliminar y de prototipos asiacute como para algunos anaacutelisis de falla se

requiere un meacutetodo raacutepido para estimar los liacutemites de fatiga

Existen grandes cantidades de datos de literatura teacutecnica sobre los resultados de ensayos

con viga rotativa y de ensayos de la tensioacuten simple de probetas tomadas de la misma

barra o lingote Graficando estos datos Como en la figura 1-7 se veraacute si hay alguna

correlacioacuten entre los dos conjuntos de resultados La graacutefica parece sugerir que el liacutemite

de fatiga variacutea desde aproximadamente 40 hasta 60 de la resistencia a la tensioacuten para

aceros y hasta casi 200kpsi ﴾1400 MPa﴿ Comenzando en alrededor de Sut= 200

kpsi﴾1400 MPa﴿ la dispersioacuten parece incrementarse pero la tendencia parece nivelarse

como se sugiere por la liacutenea horizontal discontinua en Srsquoe= 100 kpsi﴾700 MPa﴿

Fig1-7Relaciones de resistencia a la fatiga respecto a la resistencia estaacutetica a la rotura

Fuente PIOVAN Marcelo Tulio DrIng 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de Maacutequinas Argentina

Disponible en httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-05pdf

Ahora bien es importante observar que la dispersioacuten del liacutemite de resistencia a la fatiga

no se debe a la dispersioacuten en las resistencias a la tensioacuten de la probeta sino maacutes bien a

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

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MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

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httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 26: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 14

que la dispersioacuten ocurre aun cuando las resistencias a la tensioacuten de un gran nuacutemero de

probetas permanecen exactamente iguales Tenga esto en cuenta cuando elija factores de

seguridad

16 Resistencia a la fatiga9

Como se muestra en la figura 1-6 una regioacuten de fatiga de bajo ciclaje se extiende desde

N=1 hasta casi 10 ciclos En esta regioacuten la resistencia a la fatiga soacutelo es un poco

menor que la resistencia a la tensioacuten

En la figura 1-6 se indica que el dominio de fatiga de alto ciclaje se extiende desde10 ciclos para los aceros hasta la vida de resistencia a la fatiga liacutemite que es

aproximadamente de 10 a 10 ciclos El propoacutesito de esta seccioacuten es desarrollar

meacutetodos de aproximacioacuten del diagrama S-N en la regioacuten de alto ciclaje cuando la

informacioacuten sea tan escasa como los resultados de un ensayo a la tensioacuten simple La

experiencia ha mostrado que los datos de fatiga de alto ciclaje se rectifican por medio de

una transformacioacuten logariacutetmica para el esfuerzo y los ciclos a la falla Los ingenieros

trabajan con la ecuacioacuten Ec11 de la siguiente manera

( ) = ` (2 ∙ 10 ) = Ec 11

Donde b es una constante y es la fraccioacuten de representada por

despejando para da

= ` (2 ∙ 10 ) Ec 21

Ahora ` = y si no se conoce esta ecuacioacuten esfuerzo verdadero-deformacioacuten

verdadero se emplea la aproximacioacuten SAE para aceros

9 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg377 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 27: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 15

` = + 50 ` = + 345 Ec 31

La ecuacioacuten es vaacutelida desde el nuacutemero de ciclos 10 hasta el nuacutemero de ciclos del

liacutemite elaacutestico aproximadamente 10 le le

En forma empiacuterica el ajuste comuacuten de la curva esta dado

= Ec 41

Donde

= resistencia a la fatiga

= ciclos a la falla

Las constantes se definen por medio de las siguientes ecuaciones

= Ec 51= minus log Ec 61

Donde

= liacutemite de resistencia a la fatiga

= constante que variacutea con la resistencia uacuteltima

A menudo la fatiga de ciclo bajo se define (veacutease la figura 1-6) como la falla que ocurre

en un intervalo de 1 le le 10 ciclos En una graacutefica log-log como la de la figura 1-

6 el lugar geomeacutetrico de la falla en este intervalo es casi lineal por debajo de los 103

ciclos Una recta entre 103 y 1 (transformada) es conservativa y estaacute dada por

ge 1 le le 10 Ec 71

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Editorial Prentice Hall Meacutexico

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Meacutexico

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Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 28: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 16

17 Factores que modifican el liacutemite de resistencia a la fatiga10

Se ha visto que la probeta para el ensayo en maacutequina rotativa estilizada en el laboratorio

para determinar los liacutemites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se

ensaya bajo condiciones muy controladas No es posible esperar que el liacutemite de

resistencia a la fatiga de un elemento mecaacutenico o estructural iguale los valores obtenidos

en el laboratorio Algunas diferencias incluyen

Material composicioacuten base de falla variabilidad

Manufactura meacutetodo tratamiento teacutermico corrosioacuten por frotamiento condicioacuten

superficial concentracioacuten de esfuerzo

Entorno corrosioacuten temperatura estado de esfuerzos tiempos de relajacioacuten

Disentildeo forma vida estado de esfuerzos concentracioacuten de esfuerzo velocidad

rozamiento ludimento

Mariacuten identificoacute factores que cuantifican los efectos de la condicioacuten superficial el

tamantildeo la carga la temperatura y varios otros puntos La cuestioacuten respecto a ajustar el

liacutemite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones substractivas o multiplicativas

se resolvioacute mediante un extenso anaacutelisis estadiacutestico de acero 4340 (horno eleacutectrico

calidad de aeronave) en el que se determinoacute un coeficiente de correlacioacuten de 085 para

la forma multiplicativa y 040 para la forma aditiva Por lo tanto una ecuacioacuten de Mariacuten

se escribe

= ʹ Ec 81

Donde

= factor de modificacioacuten de la condicioacuten superficial (MPa)

= factor de modificacioacuten de tamantildeo

10 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Editorial Prentice Hall Meacutexico

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Meacutexico

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Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

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Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

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Madrid 28072010

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httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

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COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 29: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 17

= factor de modificacioacuten de carga

= factor de modificacioacuten de la temperatura

= factor de modificacioacuten de efectos variosʹ = liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa (MPa)

= liacutemite de resistencia a la fatiga en la ubicacioacuten criacutetica de una parte de maacutequina en la

geometriacutea y condicioacuten de uso (MPa)

171 Factor de superficie 11

La superficie de una probeta de viga rotativa estaacute muy pulida y ademaacutes se le da un

pulido final en la direccioacuten axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial El

factor de modificacioacuten depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y

de la resistencia a la tensioacuten A fin de determinar expresiones cuantitativas para

acabados comunes de partes de maacutequinas (esmerilada maquinada o estirada en friacuteo

laminada en caliente y forjada)

= Ec 91

Tabla 1-1 Paraacutemetros en el factor de la condicioacuten superficial de Mariacuten

= ( )Acabado

superficial Kpsi-MpaCoeficiente de

variacioacuten cEsmerilado 134-158 -0086 0120

Maquinado olaminado en friacuteo

267-445 -0265 0058

Laminado encaliente

145-561 -0719 0110

Como sale de forja 398-271 -0995 0145

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

11 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg379 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 30: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 18

172 Factor de tamantildeo 12

Para carga axial no hay efecto de tamantildeo por tanto

= 1 Ec 101

Los resultados para flexioacuten y torsioacuten se expresa como

=⎩⎪⎨⎪⎧ 03 = 0879 011 le lt 20859 minus 002125 2 lt le 10762 = 124 279 le le 510859 minus 0000837 51 lt le 254

173 Factor de carga 13

Cuando se realizan ensayos a la fatiga con carga de flexioacuten rotativa axial y torsional

los liacutemites de la resistencia a la fatiga difieren

Para flexioacuten no hay efecto de carga por tanto

= 1 Ec 111

174 Factor de temperatura 14

Cuando las temperaturas de operacioacuten son menores que la temperatura ambiente tal vez

reuacutena la fractura fraacutegil por lo que se necesita investigar primero

12 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg380 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

13 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg382 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

14 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg384 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 31: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 19

Cuando las temperaturas de operacioacuten son mayores que la temperatura ambiente se debe

investigar la fluencia primero porque la resistencia a la fluencia disminuye con rapidez

con la temperatura Si no se conoce el liacutemite de la resistencia a la fatiga de una viga

rotativa entonces se calcula con

= 1 Ec 121

175 Factor de efectos diversos 15

Los esfuerzos residuales mejoran el liacutemite de resistencia a la fatiga o afectan de manera

negativa En general si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresioacuten

el liacutemite de resistencia a la fatiga mejora Las fallas de fatiga parecen ser de tensioacuten por

tanto cualquier cosa que reduzca el esfuerzo de tensioacuten tambieacuten reduciraacute la posibilidad

de falla por fatiga

= Ec 131

176 Factor de concentracioacuten de esfuerzos 16

Este factor debe emplearse cuando se disentildee un elemento para evitar falla por fatiga

Hay que recordar que este factor de esfuerzo no necesita emplearse con materiales

duacutectiles cuando soporten cargas estaacuteticas puesto que la fluencia mitigaraacute la

concentracioacuten de esfuerzos Por eso para ciclos menores a 103 no se emplea

15 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

16 OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

Disponible en

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS

20DE20MATpdf

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 32: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 20

= 1 + ( minus 1) Ec 141

Los valores de q al igual que los kt se obtienen de graacuteficos (ANEXOS 7-8) con diversas

situaciones de elementos geomeacutetricos y condiciones de carga

18 Esfuerzos fluctuantes17

Los esfuerzos fluctuantes en la maquinaria a menudo adoptan la forma de un patroacuten

sinusoidal debido a la naturaleza de algunas maacutequinas rotatorias Sin embargo ocurre

otro tipo de patrones algunos muy irregulares Se ha determinado que en los patrones

perioacutedicos que presentan un solo maacuteximo y un solo miacutenimo de la fuerza la forma de la

onda no resulta fundamental pero los picos en el lado alto y el lado bajo son

importantes Asiacute y en un ciclo de fuerza se emplean para caracterizar el patroacuten

de la fuerza Tambieacuten es cierto que al variar por arriba y debajo de alguna liacutenea base

resulte igualmente efectiva para caracterizar el patroacuten de la fuerza

Si la fuerza mayor es y la fuerza menor es entonces se construye una

componente uniforme y una alternante como sigue

= = Ec 151

Donde es la componente de intervalo medio de la fuerza y es la componente de la

amplitud de la fuerza

El esfuerzo constante o estaacutetico no es el mismo que el esfuerzo medio de hecho puede

tener cualquier valor entre y El estado constante existe debido a una carga

fija o a una precarga aplicada a la parte y por lo general es independiente de la parte

variante de la carga

17 SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica pg402 Sexta edicioacuten Editorial Mc

Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 33: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 21

Por ejemplo un resorte helicoidal de compresioacuten siempre estaacute cargado en un espacio

maacutes corto que la longitud libre del resorte El esfuerzo creado por esta compresioacuten

inicial se llama componente constante o estaacutetica del esfuerzo No es la misma que el

esfuerzo medio

= Ec 161

= Ec 171

Ecuacioacuten de Goodman

+ = Ec 181

Donde

= esfuerzo miacutenimo

= esfuerzo maacuteximo

= componente de la amplitud

= componente del esfuerzo medio

19 Seleccioacuten del tamantildeo del rodamiento utilizando la foacutermula de vida18

La duracioacuten de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacioacuten

que dependen de la precisioacuten que se puede alcanzar en la definicioacuten de las condiciones

de funcionamiento

191 Foacutermula de la vida nominal

18 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

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MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 34: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 22

El meacutetodo maacutes simple para calcular la duracioacuten de un rodamiento consiste en la

aplicacioacuten de la foacutermula ISO de la vida nominal es decir

= = Ec 191

Donde

= Vida nominal en millones de revoluciones

C= capacidad de carga dinaacutemica (Newton)

P= carga dinaacutemica equivalente (Newton)

P= exponente de la foacutermula de la vida

P= 3 para los rodamientos de bolas

P= 103 para rodamientos de rodillos

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes seraacute maacutes conveniente

expresar la duracioacuten nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacioacuten

= Ec 201

= 10 Ec 211

Donde

L10h= vida nominal en horas de servicio

N= velocidad de giro (rpm)

La vida L10h en funcioacuten de la seguridad de carga CP y la velocidad de rotacioacuten n

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 35: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 23

CAPIgraveTULO II

ANAgraveLISIS DE ALTERNATIVA

21 Tipos de maacutequinas para ensayos de fatiga para flexioacuten rotativa19

Los ensayos de fatiga se realizan con maacutequinas apropiadas sometiendo una o maacutes

probetas de forma y dimensiones prefijadas a un determinado nuacutemero de ciclos Las

maacutequinas maacutes conocidas y utilizadas para realizar este ensayo son las que a continuacioacuten

analizaremos

211 Maacutequina Amsler

Como puede verse en la figura 2-1 la maacutequina Amsler para ensayos de flexioacuten rotativa

estaacute formada de una robusta bancada con un puente sobre el que va un soporte con

manguito unido a la polea accionada por el motor eleacutectrico a traveacutes de una correa en el

manguito se situacutea y fija la parte central de la polea que de esa forma toma de la polea un

movimiento de rotacioacuten

Los extremos de la probeta se alojan en los anillos de los que se suspenden las cargas

flectoras Para reducir al miacutenimo los esfuerzos de torsioacuten motivados por los rozamientos

y que falseariacutean los resultados de la prueba se montan cojinetes de bolas o de rodillos

entre los anillos y los extremos de la probeta

Cada una de las dos mitades de la probeta puede considerarse como un soacutelido

empotrado por un extremo y cargado en el extremo libre con una fuerza concentrada P

19 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

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NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

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httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 36: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 24

Esta maacutequina consta de un cuenta revoluciones que nos permite conocer el nuacutemero de

ciclos cumplidos los pesos flectores variacutean entre 5 y 50 kg y el manguito puede girar a

2000 o a 4000 rpm

Fig2-1Esquema de la maacutequina Amsler para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Cuenta revoluciones 4 Soporte de manguito 7 Motor eleacutectrico

2 Anillo porta-cargas 5 Polea

3 Probeta doble 6 Cargas flectoras

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 146 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

A cada giro de 180o de la probeta la parte de la probeta que se encontraba sometida a

flexioacuten ahora se encontraraacute a compresioacuten y viceversa En consecuencia la probeta queda

sometida a una flexioacuten rotativa Existe un dispositivo automaacutetico para que el motor se

apague cuando se rompa la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Madrid 28072010

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httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 37: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 25

Ventajas

Faacutecil de operar

Permite variar la velocidad

Apagado automaacutetico

Desventajas

Probeta doble (mayor tamantildeo)

Elevado costo de construccioacuten de la probeta

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Costo de fabricacioacuten elevado

Transmisioacuten del movimiento a traveacutes de correas

Maacutequina maacutes grande

Calibracioacuten compleja

212 Maacutequina Schenck20

La maacutequina Schenck que se muestra en la figura 2-2 estaacute formada por una bancada

sobre la que van montados los soportes de la probeta el motor y un cuenta revoluciones

En el interior de la bancada va ubicado un dispositivo a manera de romana para aplicar

la carga provisto de una pesa deslizante y de un contrapeso para equilibrar el brazo

Sobre el cable de acero van montados los anillos portacargas provisto de tirantes

verticales articulados en el travesantildeo

El punto medio de ese travesantildeo se une al brazo de la romana por lo que desplazando la

pesa se varia la carga P y por lo tanto la carga sobre la probeta

20 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 38: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 26

Para reducir al miacutenimo el momento de torsioacuten y para permitir a la probeta flexarse

libremente los soportes de la probeta y de los dos anillos porta cargas estaacuten equipados

con cojinetes oscilantes de bolas

Para no obstaculizar el alargamiento de la probeta el soporte izquierdo estaacute unido

elaacutesticamente a la bancada mediante dos laacuteminas de acero

La velocidad del motor puede variar entre 1500 y 6000 rpm la deformacioacuten de la viga

la podemos observar a traveacutes de 2 microacutemetros que se encuentran en la parte superior de

los manguitos porta probetas

Fig2-2 Esquema de la maacutequina Schenck para el ensayo de flexioacuten rotativa

1 Soportes 5 Acople (eje-motor) 9 Contrapeso

2 Manilla porta probetas 6 Cuentarrevoluciones 10 Brazo de romana

3 Anillo portacarga 7 Motor eleacutectrico 11 Pesas

4 Probeta 8 Sistema aplicacioacuten de carga

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 148 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 39: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 27

Ventajas

Variacioacuten de la carga P durante el ensayo

Mayor grado de exactitud en los ensayos

Permite variar la velocidad

Desventajas

Elevado costo de fabricacioacuten

Varios elementos mecaacutenicos

Mayor tiempo de montaje de la maacutequina

Difiacutecil de operar

Maacutequina grande

Calibracioacuten complicada

Complejidad en la construccioacuten de algunos elementos

213 Maacutequina RR Moore

La maacutequina RR Moore permite una flexioacuten rotativa de la probeta con momento

constante en la parte central la cual es flexada por una carga flectora P (peso) que se

encuentra en la parte inferior de la maacutequina la cual va unido a los anillos portacargas La

probeta se encuentra sometida a un estado de flexioacuten pura y los esfuerzos actuantes en

las fibras bajo el eje neutro son invertidos desde tensioacuten a compresioacuten y viceversa esto

sucede cada medio giro de la probeta Al completar la revolucioacuten los esfuerzos se

invierten nuevamente De esta manera las fibras estaraacuten sometidas a una tensioacuten

alternativa (tensioacuten y compresioacuten)

Eacutesta maacutequina como se aprecia en la figura 2-3 consta con un cuentarrevoluciones que

permite conocer el nuacutemero de ciclos cumplidos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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EMERSON Motors Technologies USA

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OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

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copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 40: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 28

Fig2-3 Esquema de la maacutequina R R Moore

Fuente COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis SL Introduccioacuten al Anaacutelisisde Fatiga o Durabilidad Espantildea

Disponible en httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

Ventajas

Bajo costo de construccioacuten

Pocos elementos mecaacutenicos

Faacutecil y raacutepida de construir

Faacutecil calibracioacuten

Versatilidad

Faacutecil montaje

Faacutecil de operar

Apagado automaacutetico

Maacutequina pequentildea

Desventajas

Algunas partes no existentes en el mercado

Complicado caacutelculo de disentildeo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 41: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 29

22 Seleccioacuten de la maacutequina

Analizando las tres alternativas de disentildeo que tenemos llegamos a la conclusioacuten que la

maacutequina maacutes opcional para su fabricacioacuten y la maacutes usada para este tipo de ensayos ya

que estaacute sujeta a errores miacutenimos es la maacutequina RRMoore debido a las ventajas que

presenta en disentildeo construccioacuten y facilidad de operacioacuten

23 Probetas para flexioacuten rotativa21

Fig2-4 Probeta doble Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Una de las pruebas de fatiga maacutes importante es la de flexioacuten rotativa que se realiza

normalmente con las maacutequinas Amsler Schenck y Moore Las probetas para este tipo de

ensayos estaacuten bajo las normas ASTM E 606-04 (ANEXO 1) tienen la forma y

dimensiones indicadas en las figuras 2-4 hasta la 2-7

21 LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa

Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 42: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 30

Fig2-5 Probeta sencilla Amsler

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 145 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Fig2-6 Probeta Schenck

Fuente LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos paacuteg 144 Cuarta

Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 43: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 31

Fig2-7 Probeta RR Moore

Fuente ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing1 Designation

E606-04 Pag2 Editorial ASTM international USA

231 Preparacioacuten de las probetas

La preparacioacuten de las probetas que requiere el maacuteximo cuidado consta de las siguientes

operaciones

Torneado en torno de presioacuten lubricando abundantemente para que la

temperatura no supere los 50oC y dejando 02 mm de sobre medida

Rectificado con muela finiacutesima y refrigeracioacuten abundante

Pulido especular

Control microscoacutepico de la superficie

Es necesario el pulido especular para eliminar las pequentildeiacutesimas estriacuteas producidas por

los granos abrasivos de la muela efectivamente como ya se indicoacute las estriacuteas reducen

notablemente la resistencia a fatiga por representar un inicio de rotura

24 Sistema de articulacioacuten

En este tipo de maacutequina estaacute presente la desalineacioacuten tanto angular como paralela asiacute

mismo el momento flector que se genera durante su funcionamiento esto se produce

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

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httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

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EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 44: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 32

entre el eje impulsor del motor y en eje impulsado para corregir esto es necesario

utilizar alguacuten elemento flexible que absorberiacutea esta desalineacioacuten y momento flector

241 Acoplamientos flexibles

Uno de los elementos maacutes utilizados para este tipo de aplicaciones son los

acoplamientos de elementos flexibles estos acoples absorben mejor la desalineacioacuten

tanto paralela como angular y transmite el momento torsor sin que exista

desplazamientos laterales este acoplamiento flexible va colocado entre el eje del motor

y el eje impulsado

Estos acoples no requieren de lubricacioacuten y sus caracteriacutesticas de construccioacuten son las

adecuadas para este tipo de aplicacioacuten estos acoples se los puede adquirir en el

mercado

Fig2-8Acople flexible K

Fuente copy AMIDATA S A Avenida de Europa 19 28224-Pozuelo de Alarcoacuten-Madrid 28072010

Disponible en

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searchProductsampsearchTerm=

acoples+flexiblesampx=23ampy=13

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

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Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 45: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 33

Existen algunos tipos de acoplamientos flexibles como los siguientes

Tipo K

Tipo Spider

Tipo Spring

El acople que nos brinda mejores caracteriacutesticas de construccioacuten dimensionado y

funcionamiento es el acople Tipo K (fig 2-8) (ANEXO 2)

25 Sistema de sujecioacuten de la probeta

La probeta que utilizaremos en este ensayo es de seccioacuten uniforme sin rosca en sus

extremos debido a esto el sistema que utilizaremos para la sujecioacuten de la probeta es el

siguiente

El sistema que usaremos es el mismo que se emplea en los taladros Mediante boquillas

y tuercas de apriete ya que su montaje y operacioacuten son sencillos y presentan mayores

ventajas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 46: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 34

CAPIgraveTULO III

DISENtildeO DE LA MAacuteQUINA DE ENSAYO

31 Bosquejo general

El banco para ensayos de fatiga con flexioacuten rotativa RRMoore consta de los elementos

expuestos en la fig 3-1

Fig 3-1 Maacutequina de fatiga para flexioacuten rotativa

Fuente Autores

Elementos

1 Motor eleacutectrico

2 Acople flexible

3 Apoyo fijo

4 Mecanismo de sujecioacuten de la probeta

5 Probeta

6 Manillas porta carga

7 Tornillo porta carga

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

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Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 47: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 35

8 Apoyo moacutevil

9 Contador de revoluciones

10 Carga

11 Mesa

El banco descansa en una placa de acero A-36 y esta sobre una mesa

32 Dimensionamiento

Lo maacutes importante para el dimensionamiento del banco de pruebas es la distancia a

como se muestra en la fig 3-2 Esta distancia corresponde al brazo de la carga

generadora del momento flector que actuacutea sobre la probeta

Para tomar el valor de esta distancia se obtiene un promedio en base de la informacioacuten

referente a este tipo de maacutequina el valor de a= 200mm la liacutenea del eje estaacute a una altura

H= 90mm

Fig3-2 Esquema general

Fuente Autores

33 Apoyos

El apoyo fijo va sujetado a la bancada mediante dos pernos como se observa en la fig3-

3a mientras que el apoyo moacutevil tiene una guiacutea rectangular la cual se desliza sobre una

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Editorial Prentice Hall Meacutexico

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Meacutexico

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 48: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 36

ranura de la bancada y para la sujecioacuten de este apoyo estaacute provisto de un perno el cual

atraviesa la guiacutea rectangular y se ajusta a la bancada fig3-3b

Fig3-3 Apoyos

Fuente Autores

34 Bancada

En este punto consideramos algunos factores Sobre eacutesta va montado todo el conjunto

del banco incluido el motor La bancada consta de dos canales longitudinales colineales

y centradas respecto al eje de simetriacutea una para el desplazamiento de la guiacutea del apoyo

moacutevil y la otra para el desplazamiento de un resorte para el conjunto porta carga Y de

dos ranuras laterales para el apoyo fijo de 4 agujeros para la posicioacuten del motor

Fig3-4 Bancada

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Editorial Prentice Hall Meacutexico

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Meacutexico

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

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20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 49: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 37

Para esta bancada se utiliza un acero estructural A 36 de t= 10mm y aacutengulo de 114 x 14

35 Mesa

Por uacuteltimo todo este banco descansa sobre una mesa de madera y estructura metaacutelica

La mesa tiene una base de 120mm x 45mm y una altura 80mm dimensiones apropiadas

para una utilizacioacuten coacutemoda

Fig3-5 Mesa

Fuente Autores

36 Elemento de soporte del tornillo portacarga

Fig3-6Elemento de soporte del tornillo portacarga

1 Soldadura 2 Perno pasador

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

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Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

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Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

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httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

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SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 50: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 38

37 Elemento de soporte de la manilla portacarga

Fig3-7 Elementos de soporte de la manillaportacarga

1 Pasador 3 Bociacuten

2 Manilla portacarga 4 Soldadura

Fuente Autores

38 Elementos de soporte de los apoyos

Fig3-8 Elementos de soporte de los apoyos

1 Pasador 3 Apoyo

2 Brazo del alojamiento 4 Alojamiento del eje

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Editorial Prentice Hall Meacutexico

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Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

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Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 51: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 39

39 Determinacioacuten de la carga de disentildeo

Para determinar el valor de carga de disentildeo realizamos ensayos destructivos en dos

tipos de aceros acero de transmisioacuten y acero plata para obtener la resistencia uacuteltima de

fractura real (ANEXO3) de los cuales se analizoacute el acero plata para este disentildeo por

presentar una resistencia uacuteltima de fractura mayor como se muestra en la tabla 3-1

Tabla3-1 Resistencia uacuteltima del acero plata

Nmm ( )5632 Fmax= 2831

596 Fmin= 2109

Fuente Autores

391 Resistencia uacuteltima promedio del acero plata

= 5632 + 5962 = 5796392 Caacutelculo del liacutemite de la resistencia a la fatiga

De la ecuacioacuten 81 = 3921 Caacutelculo del factor de superficie

De la ecuacioacuten 91 y de la tabla 1-1 tenemos los valores de las constantes a y b

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

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Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

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Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

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Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

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SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

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20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 52: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 40

= 158= minus0086Entonces

= 158(5796) =091

3922 Caacutelculo del factor de tamantildeo

De la ecuacioacuten 101 y del (ANEXO 1) para un diaacutemetro seguacuten la norma

= 124 = 635 = 635 times 10Tenemos = 124(635) =1

3923 Caacutelculo del factor de carga

Para flexioacuten no hay efecto de carga entonces

= 13924 Caacutelculo del factor de temperatura

Como se trabaja a temperatura ambiente se considera

= 13925 Caacutelculo del factor de efectos diversos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 53: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 41

Para concentracioacuten de esfuerzos producidas por el cambio de seccioacuten que presenta la

forma y acabado superficial de la probeta se considera

= 1De las ecuaciones 131 142 y de los (ANEXOS 7-8) tenemos

= 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 0673926 Caacutelculo del liacutemite de resistencia a la fatiga en viga rotativa

= 0506 Ec 31= 0506(5796 ) = 29327Entonces el valor del liacutemite de resistencia a la fatiga es el siguiente

= = (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 54: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 42

393 Caacutelculo del esfuerzo maacuteximo

Fig3-9Diagrama de cargas y distancias

Fuente Autores

Donde L=020m y d=635mm= 1 2= 1(01)1 = 2= Ec 32

= 32 01 (635 times 10 )= = 198906481==De la ecuacioacuten 171 tenemos

= minus2= 198906481 minus (minus198906481 )2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 55: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 43

Entonces = 198906481De la ecuacioacuten 161 tenemos

= +2 = 0En la ecuacioacuten 181 reemplazamos los valores obtenidos daacutendonos como resultado el

valor de la carga

+ = 1Para = 1 rarrTenemos 19890648117911 times 10 = 1

= 17911 times 10198906481= 9004Carga de disentildeo

= 9004 times 15= 13507= 13507 times 198 times 221= 3029Factor de servicio (Pd soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsos propios) K=15 como observamos tabla 3-2

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 56: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 44

Tabla 3-2Factores de servicio AISC

Para soportes de elevadores K= 2

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde la cabina

K=125

Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para gruacuteas viajeras

operadoras desde el piso

K=11

Para soportes de maquinaria ligera impulsada con eje de transmisioacuten o

motor

Kge12

Para soportes de maquinaria de movimiento alternativo o unidades con

potencia de impulsioacuten propia

Kge15

Para suspensiones de piso y plataformas K=133

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

310 Caacutelculo de la deformacioacuten de la viga

Fig3-10Diagrama de la viga

Fuente Autores

= 022 = 01

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 57: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 45

Moacutedulo de elasticidad del Acero Plata

= 190= 190000= Ec 33

= (635 )64 = 7981= minus Ec 34

= minus 13507 (200 )48 190000 (7981 ) = minus148311 Caacutelculo de la potencia del motor

La potencia se determina mediante la siguiente ecuacioacuten

= timesEc 35

Donde

H= potencia del motor (hp)

T = par torsor (lbplg)

n = revoluciones del motor (rpm)

= 13507 asymp 3032= 635 asymp 025= 0125= 3500= Ec 36

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

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MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

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PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

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EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 58: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 46

= 3032 (0125 )= 379= times63025= 379 (3500 )63025= 021ℎ= 021ℎ09= 023ℎ asymp 05ℎLas especificaciones del motor utilizado en esta maacutequina las encontramos en el ANEXO

4

312 Caacutelculo del diaacutemetro del eje

Material AISI 1018

Sut=400MPa

Sy=220MPa = timesEc 37= = 370 1 2ℎ= 955= 3500= 370 (955)3500= 1=

== 445= minus0265

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 59: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 47

= 445(400 ) = 0023= 726 = 20726

= 09= = =1

= 0506= 0506(400 )= 2016

= = (0023) (09) (1) (1) (1) (2016 )= 477= 2= 13507 times 01= 1350Fs= (factor de seguridad)

Fs= 2

= times + Ec 38

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 60: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 48

= 32(2) times 1220 x 10 + 1350477 times 10= 0038 = 38313 Seleccioacuten de rodamientos22

Para este tipo de ensayos consideramos una vida uacutetil de 200 horas considerando si se

hiciera trabajar 2 horas diarias como en el anaacutelisis solo existe carga radial consideramos

rodamientos riacutegidos de bolas

De la ecuacioacuten 211 tenemos = 10 60Donde

Duracioacuten = 200 ℎ

Revoluciones por minuto = 3500 Exponente p =3 (rodamientos de bolas)

Carga dinaacutemica equivalente P= 13507N

Reemplazando estos valores en la ecuacioacuten tenemos

20000 = 10 13507 603500= 2874904Capacidad de carga estaacutetica requerida

22 COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 61: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 49

= Factor de seguridad estaacutetico = 1 (funcionamiento normal)

Carga estaacutetica equivalente = 13507

Entonces

= 13507Seleccioacuten

Cuatro rodamientos riacutegidos de bolas con placas de proteccioacuten o de obturacioacuten

62305-2RS1

Diaacutemetro interior d= 25mm

Diaacutemetro exterior D= 62mm

Ancho B= 24mm

Capacidad de carga dinaacutemica C= 22500N

Capacidad de carga estaacutetica Co= 11400N

Autolubricado y con dos tapas metaacutelicas de proteccioacuten 2Z

Peso 032N

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 62: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 50

CAPIgraveTULO IV

EXPERIMENTACIOgraveN Y EVALUACIOgraveN DE RESULTADOS

41 Experimentacioacuten

Se realizaron 10 ensayos para cada tipo de acero los cuales fueron acero plata acero de

transmisioacuten y acero bonificado 705

Para efectuar los ensayos se realizoacute la construccioacuten de 30 probetas 10 de cada material

como observamos en la figura 4-1 seguacuten la norma ASTM E 606- 04 (ANEXO 1)

Fig 4-1 Probeta a ensayar

Fuente COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central Ecuador

Disponible en httpbibdigitalepneduechandle150002495

42 Procedimiento de ensayo

Constatar que el sistema eleacutectrico se halle apagado antes del montaje de la

probeta

Aflojar el apoyo moacutevil para facilitar el montaje de la probeta

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 63: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 51

Realizar la colocacioacuten de la probeta daacutendole el ajuste necesario en las mordazas

y verificar que se encuentre correctamente nivelada

Ajustar el apoyo moacutevil

Encender la maacutequina y calibrar la velocidad y frecuencia de giro luego

colocacioacuten de la carga y puesta en cero el cronoacutemetro

Registrar la lectura final del cronoacutemetro despueacutes de la culminacioacuten del ensayo

A continuacioacuten presentamos en la tabla4-1 los diferentes resultados obtenidos de los

ensayos para los tres diferentes aceros y las figuras 4-2a 4-2b y 4-2c en las cuales

observamos las superficies de las probetas fracturadas para cada material

Tabla4-1 Resultados de los ensayos

Acero plataNo de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2800 35 1857 52000 0782 2500 35 1920 48000 0783 2000 35 1950 39000 0784 1500 35 3333 50000 05305 1400 35 3517 49250 05306 1300 35 2991 38893 05307 2450 35 2079 50937 05308 3000 35 1584 47538 04059 1260 35 4216 53125 040510 1170 35 3019 35327 0405

Acero transmisioacuten1 1800 35 1666 3000023 0782 2800 35 571 1600505 0783 2000 35 145 29001 05304 1535 35 2645 4060976 05305 1400 25 2492 34900 04056 1300 25 1577 205082 04057 2450 25 627 153696 04058 3000 20 9 270196 04059 1260 20 1579 199009 040510 1170 20 2872 3360942 0405

Acero bonificado

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

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hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

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COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

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CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

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EMERSON Motors Technologies USA

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OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

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20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

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Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 64: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 52

No de

ensayos

RPM Frecuencia

(Hz)

Tiempo de

rotura

(min)

Ciclos de

rotura

Peso (Kg)

1 2515 40 6 15150 4782 1715 35 998 1713115 2283 2215 35 2272 5033805 1284 1900 35 2857 54300 1285 1850 35 314 581035 1286 2150 35 2864 615905 1287 2200 35 101 222345 1288 2815 35 2037 573502 1289 2515 40 16 40300 12810 3100 40 1912 59300 228

Fuente Autores

Fig4-2 Superficies de probetas fracturadas por fatiga

Fuente Autores

En la figura 4-2 se producen las tres fases de la fatiga como lo son 1 inicio 2

propagacioacuten y 3 rotura

43 Caacutelculo de ciclos de rotura

Para el Acero plata (ANEXO 3)

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 65: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 53

= 5796= 5796 times 10 asymp 8385= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(5796) =091= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 66: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 54

ʹ = 0506(5796 ) = 29327= ʹ= (091) (1) (1) (1) (067) (29327 )= 17911Tabla 4-2 Valores de seguacuten la resistencia uacuteltima del material

( ) 60 90 120 200

093 086 082 077

Fuente SHIGLEY Joseph E and MISCHKE Charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Sexta

edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA de CV Meacutexico

= 09 8385= minus 13 log times = minus 13 log 09 times 579617911 = minus015= = 09 (5796 times 10 )17911 times 10 = 151922== prime (2 times 10 )= + 345= 5796 + 345= 9246= 9246(2 times 10 ) = 29566=

== 29566 times 10151922 times 10

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 67: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 55

= 5480929431 Caacutelculo del error porcentual para el acero plata

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 5480929 minus 464075480929 times 100 = 1533Tabla 4-3 Error porcentual del acero plata

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

5480929 46407 1533

Fuente Autores

Para el Acero transmisioacuten (ANEXO 3)

= 634= 634 times 10 asymp 9172= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 68: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 56

= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(634) =090= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1

= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(634 ) = 32080= ʹ= (090) (1) (1) (1) (067) (32080 )= 19344De la tabla 4-2 tenemos

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 69: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 57

= 085 9172= minus 13 log times = minus 13 log 085 times 63419344 = minus015= = 085 (634 times 10 )19344 times 10 = 150130= prime (2 times 10 )= + 345= 634 + 345= 979= 979(2 times 10 ) = 31306=

== 31306 times 10150130 times 10

= 3458857432 Caacutelculo del error porcentual para el acero transmisioacuten

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 3458857 minus 3195053458857 times 100 = 762

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 70: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 58

Tabla 4-4 Error porcentual del acero transmisioacuten

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

3458857 319505 762

Fuente Autores

Para el Acero bonificado (ANEXO 3)

= 1078= 1078 times 10 asymp 15596= ʹDe la tabla 1-2 tenemos los siguientes valores

= 158= minus0086Para un diaacutemetro seguacuten la norma (ANEXO 1)

= 635 = 635 times 10== 158(1078) =086= 124 = 124(635) =1= 1= 1 = 1= 1 + ( minus 1)= 07

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 71: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 59

= 17= 1 + 07(17 minus 1)= 149= 1= 1149= 067ʹ = 0506ʹ = 0506(1078 ) = 54546= ʹ= (086) (1) (1) (1) (067) (54546 )= 31429

De la tabla 4-2 tenemos

= 079 15596= minus 13 log times = minus 13 log 079 times 107831429 = minus014= = 079 (1078 times 10 )31429 times 10 = 230760= prime (2 times 10 )= + 345= 1078 + 345= 1423= 1423(2 times 10 ) = 49097=

=

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 72: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 60

= 49097 times 10230760 times 10 = 6320538

433 Caacutelculo del error porcentual para el acero bonificado

= minus times 100Donde

= error porcentual

VT = valor de ciclos teoacuterico

VP = valor de ciclos praacutecticos promedio

= 6320538 minus 4226256320538 times 100 = 3313Tabla 4-5 Error porcentual del acero bonificado

Ciclos de rotura teoacuterico Ciclos de rotura praacutectico Error porcentual

6320538 422625 3313

Fuente Autores

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 73: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presente investigacioacuten ha permitido realizar el anaacutelisis y evaluacioacuten de las

ventajas y desventajas entre la diversidad de maacutequinas para ensayos de fatiga y

poder determinar sustentadamente que la maacutequina RR MOORE es la maacutes

adecuada para este proyecto

Para obtener datos cuantitativos maacutes confiables de ensayos en este tipo de

maacutequinas se adaptoacute un variador de velocidad que permitioacute regular las

revoluciones del motor en funcioacuten de las necesidades

Efectuando la comparacioacuten de los distintos resultados logrados mediante el uso

de los meacutetodos analiacutetico y experimental se pudo detectar un margen de error

entre los mismos puesto que los datos obtenidos por experimentacioacuten son

valores particulares que estaacuten sujetos a condiciones definidas por sus

caracteriacutesticas

La dispersioacuten o margen de diferencia de los resultados obtenidos en los ensayos

es un factor que siempre estaraacute presente en este tipo de experimentacioacuten pues las

fallas propias del material los errores en la preparacioacuten de la probeta y fallas en

la realizacioacuten del ensayo no pueden ser corregidos en su totalidad

Recomendar la diversificacioacuten de la importacioacuten de equipos con caracteriacutesticas

especiales ya que para la realizacioacuten de este proyecto ciertas piezas o partes no

estaacuten disponibles en nuestro paiacutes como por ejemplo el acople flexible y el motor

eleacutectrico de torque constante dada la diversidad de aplicaciones que ofrecen

estos equipos en diferentes aacutereas

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 74: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 62

BIBLIOGRAFIgraveA

REFERENCIAS BIBLIOGRAgraveFICAS

ASTM Standards 2005 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue

Testing1 Designation E606-04 Editorial ASTM international USA

LUCCHESI Domeacutenico 1973 Ensayos Mecaacutenicos de los Materiales Metaacutelicos

Cuarta Edicioacuten Editorial Labor sa Espantildea

MARIN J 1962 Mechanical behavior of engineering materials Editorial

Prentice Hall NJ USA

MOTT Robert 1995 Disentildeo de elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten

Editorial Prentice Hall Meacutexico

NORTON 1999 Disentildeo de maacutequinas Primera edicioacuten Editorial Prentice Hall

Meacutexico

SHIGLEY Joseph E and MISCHKE charles R 2002 Disentildeo en Ingenieriacutea

Mecaacutenica Sexta edicioacuten Editorial Mc Graw- Hill Interamericana editores SA

de CV Meacutexico

SPOTTS 1999 Elementos de maacutequinas Segunda edicioacuten Editorial Prentice

Hall Meacutexico

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 75: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 63

REFERENCIAS ELECTROacuteNICAS

copy AMIDATA SA Avenida de Europa 19 28224 ndash Pozuelo de Alarcoacuten ndash

Madrid 28072010

httpwwwesrsonlinecomwebsearchsearchBrowseActionhtmlmethod=searc

hProductsampsearchTerm=acoples+flexiblesampx=23ampy=13

BADIOLA V copy 2004 Disentildeo de Maacutequinas I Espantildea

httpwwwimemunavarraesweb_imacpagesdocenciaasignaturasmaquinas-

itiApunteakCap4pdf

COPYRIGHT copy 2001 Ibeacuterica de Ingenieriacutea Simulacioacuten y Anaacutelisis

SLIntroduccioacuten al Anaacutelisis de Fatiga o Durabilidad Espantildea

httpwwwiberisacomsoportefatigaintrohtm

CREATIVECOMMONS 2010 Fatiga de Materiales de wikipedia Espantildea

httpwwweswikipediaorgwikiFatiga_de_materiales

COPYRIGHT copy 2009 EPN Escuela Politeacutecnica Nacional Biblioteca Central

Ecuador

httpbibdigitalepneduechandle150002495

PIOVAN Marcelo Tulio Dr Ing 2004 UTN-FRBB Caacutetedra Elementos de

Maacutequinas Argentina

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 76: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 64

httpwwwfrbbutneduarcarrerasmateriaselementosdemaquinascap02-

05pdf

EMERSON Motors Technologies USA

httpwwwemersonmotorscom

OSPINO Antonio Favio 2001 Factores que influyen en los esfuerzos de

Materiales Paacutegs 8 Meacutexico

httpwwwprofesionalescommximages20803MODULO20VII20FACT

20QUE20INFLUYEN20EN20ESFUERZOS20DE20MATpdf

copy SIEMENS AG 2009 Industry sector Drive Technologies Division Standard

Drives Postfach 3180 91050 ERLANGEN ALEMANIA

httpwwwsiemenscomsinamics

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 77: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 65

ANEXOS

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 78: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 66

ANEXO 1

Norma ASTM E 606- 04

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 79: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 67

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 80: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 68

ANEXO 2

Acople flexible tipo k

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 81: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 69

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 82: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 70

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 83: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 71

ANEXO 3

Resultados de ensayo destructivo

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 84: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 72

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 85: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 73

ANEXO 4

Especificaciones del motor

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 86: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 74

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 87: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 75

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 88: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 76

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 89: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 77

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 90: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 78

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 91: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 79

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 92: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 80

ANEXO 5

Especificaciones del variador de velocidad

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 93: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 81

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 94: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 82

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 95: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 83

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 96: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 84

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 97: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 85

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 98: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 86

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 99: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 87

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 100: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 88

ANEXO 6

Circuito electrico tacometro digital

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 101: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 89

ANEXO 7

Factores que influyen en los esfuerzos de materiales

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 102: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 90

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 103: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 91

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 104: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 92

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 105: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 93

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 98

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

Page 106: Universidad del Azuay - dspace.uazuay.edu.ecdspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/6299/1/08078.pdf · En el capítulo I se hace referencia al marco teórico conceptual de lo que es

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 94

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 96

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 99

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 100

Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 95

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 97

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ANEXO 8

Planos de la Magravequina

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ANEXO 8

Planos de la Magravequina

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ANEXO 8

Planos de la Magravequina

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ANEXO 8

Planos de la Magravequina

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ANEXO 8

Planos de la Magravequina

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ANEXO 8

Planos de la Magravequina

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Coacuterdova Alvarraciacuten Loayza Hidalgo 101

ANEXO 8

Planos de la Magravequina