Diseño de la máquina de caracterización de concentradores de esfuerzo para pruebas de fatiga del laboratorio de ingeniería mecánica

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(1)DISEÑO DE LA MAQUINA DE CARACTERIZACION DE CONCENTRADORES DE ESFUERZO PARA PRUEBAS DE FATIGA DEL LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA. CAMILO ANDRES RAMIREZ DIAZ. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA D.C. ENERO DE 2009. 1.

(2) DISEÑO DE LA MAQUINA DE CARACTERIZACION DE CONCENTRADORES DE ESFUERZO PARA PRUEBAS DE FATIGA DEL LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA. CAMILO ANDRES RAMIREZ DIAZ. PROYECTO DE GRADO. PROFESOR ASESOR LUIS MARIO MATEUS SANDOVAL Ingeniero Mecánico MSc.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA D.C. ENERO DE 2009. 2.

(3) Mami, Padre este trabajo es de Ustedes, es el resultado de tantos esfuerzos durante toda mi vida, que de no ser por todo el amor, el cariño, la orientación y la paciencia no tendría sentido. Los amo y amare por siempre.. 3.

(4) Agradecimientos. A mi asesor el Ingeniero Luis Mario Mateus Sandoval, agradezco la oportunidad de trabajar con él y la orientación en los momentos de incertidumbre, de igual manera aprecio el apoyo que me prestó, su paciencia y el enrutamiento adecuado para lograr este proyecto de grado a cabalidad. A todo el personal de los laboratorios de manufactura y de los laboratorios de análisis de propiedades mecánicas, especialmente a Ramiro Beltrán Robayo, Juan Carlos García Callejas, Jorge Reyes Torres, Omar Fabián Rodríguez Gonzales, Fabián Presiga y Jimmy Andrés Niño Moreno, sin su soporte técnico y humano este proyecto hubiese sido imposible de lograr. Al Ingeniero Gustavo Rojas Medina por su colaboración en el desarrollo del contador de ciclos electrónico del proyecto. A Dios, a mi familia y a mi novia Juliana Arango que siempre estuvieron presentes en el proceso de este proyecto y que siempre me dieron fuerza para seguir adelante, alentándome durante todo el proceso y en mi vida personal. A mis amigos por siempre estar allí.. 4.

(5) . LISTA DE SIMBOLOS. Diámetro mayor Diámetro menor Radio Factor de concentración estático de esfuerzo Esfuerzo último a tensión Esfuerzo de fluencia Modulo de elasticidad Constante ajuste para curvas esfuerzo-vida para ciclos entre 103 y 106 Constante ajuste para curvas esfuerzo-vida para ciclos entre 103 y 106 Factor de corrección de bajo cargas ciclicas Número de ciclos ´ Constante definida para curvas esfuerzo-vida para ciclos entre 103 y 106 ´ Límite de endurecimiento para especímenes de prueba en rotación Factor modificador de superficie Factor modificador de tamaño Factor modificador de carga Factor modificador de temperatura Factor modificador de confiabilidad Factor modificador de efectos misceláneos Limite de endurecimiento real Esfuerzo de fatiga Esfuerzo Momento Distancia desde el centroide al extremo del espécimen Inercia de la sección Fuerza Longitud Número de ciclos experimentales Número de ciclos teóricos . Dureza Rockwell B Potencia Torque ! Velocidad angular " Deflexión C Distancia entre centros # Velocidad; Fuerza cortante $ Carga % Angulo. I.

(6) LISTA DE TABLAS. Tabla 5-1. Resultados ensayos de tracción Tabla 5-2. Propiedades mecánicas acero Tabla 5-3. Resultados prueba de dureza Rockwell B. Página 8 8 9. Tabla 7-1. Esfuerzos para ciclos de 103 y 106 para diferentes tipos de espécimen de prueba. 17. Tabla 7-2. Cargas correspondientes a 103 de los especímenes de prueba. 18. Tabla 7-3. Descripción eje de transmisión. 21. Tabla 7-4. Diámetros según norma AISI/ASME B106.1m. 21. Tabla 7-5. Cortantes, momentos, deflexiones y pendientes eje de transmisión plano YZ. 23. Tabla 7-6. Cortantes, momentos, deflexiones y pendientes eje de transmisión plano XZ. 24. Tabla 7-7. Cortantes y momentos resultantes del eje de transmisión Tabla 8-1. Reacciones sobre el espécimen de prueba Tabla 8-2. Cortantes, momentos, pendientes y deflexiones del espécimen de prueba Tabla 14-1. Resultados experimentales de los especímenes de prueba fallados Tabla 14-2. Porcentaje de error entre el modelo teórico y resultados experimentales obtenidos en las pruebas de falla. 25 39 39. 54. 54. II.

(7) LISTA DE FIGURAS. Página Figura 4-1. Sección de fatiga típica. 4. Figura 4-2. Marcas de Playa Generadas por Pruebas de Fatiga. 5. Figura 7-1. Tensión en Correas en V. 15. Figura 7-2. Curvas D/d vs. r/d para cálculo de concentradores de esfuerzo. 30. Figura 7-3. Enmallado estructural sistema de carga. 32. Figura 7-4. Fijación carga puntual sistema de carga. 32. Figura 7-5. Fijación sistema por desplazamiento. 32. Figura 7-6. Características material del sistema de carga. 32. Figura 7-7. Esfuerzos equivalentes resultantes de simulación de elementos finitos. 33. Figura 7-8. Localización esfuerzo máximo por simulación de elementos finitos. 33. Figura 7-9. Deformación Generada por Carga de Prueba por simulación de elementos finitos. 33. Figura 7-10. Carga puntual máxima sistema de carga. 34. Figura 7-11. Esfuerzos simulación elementos finitos. 34. Figura 7-12. Esfuerzos simulación elementos finitos. 34. Figura 7-13. Esfuerzos simulación elementos finitos. 34. Figura 7-14. Tabla de esfuerzos resultantes. 34. Figura 7-15. Deformación de simulación elementos finitos. 34. Figura 7-17. Isométrico base del sistema de pruebas. 36. Figura 7-18. Vista superior base sistema de pruebas. 36. Figura 7-19. Vista lateral base sistema de carga. 36. Figura 8-1. Isométrico espécimen de prueba Figura 8-2. Fuerzas actuantes sobre espécimen de prueba Figura 8-3. Representación de carga puntual sobre un cuerpo uniforme Figura 9-1. Diagrama de bloques contador de ciclos. 37 38 38 41. Figura 11-1. Curvas D/d vs. r/d para cálculo de concentradores de esfuerzo. 49. Figura 13-1. Modelo del sistema de pruebas por modelamiento en Solid Edge. 52 III.

(8) LISTA DE IMAGENES Página Imagen 5-1. Especímenes para prueba de tracción. 7. Imagen 5-2. Maquina de Ensayos Universales INSTRON. 7. Imagen 5-3. Montaje extensómetro. 7. Imagen 5-4. Formación de cuello en prueba de tracción. 7. Imagen 5-5. Espécimen fallado por ensayo de tracción. 7. Imagen 5-6. Montaje para Prueba de Dureza. 9. Imagen 5-7. Material atacado químicamente para micrografía. 10. Imagen 5-8. Micrografía A1020. Aumento 200X. 10. Imagen 5-9. Micrografía A1020. Aumento 1000X. 10. Imagen 6-1. Máquina para pruebas de fatiga construida por el Ingeniero Rafael Chamie (2004). 11. Imagen 6-2. Máquina para pruebas de fatiga construida por el Ingeniero Rafael Chamie (2008). 12. Imagen 6-3 a – b. Máquina para caracterización de materiales HI-TECH Scientific HSM 19. 12. Imagen 6-4. Máquina para pruebas fatiga J.J. Moore Imagen 6-5. Máquina para pruebas fatiga Shimatsu Imagen 6-6. Máquina de pruebas de fatiga Zwick GmbH/Roell Imagen 7-1 a-b. Mandril Harvest de ¾” Diámetro máximo. Adaptación tipo JT3. 13 13 13 27. Imagen 7-2 a-b. Mandril Rohm de ½” Diámetro máximo. Adaptación tipo rosca ½ UNC. 35. Imagen 7-3. Eje de carga maquinado. 36. Imagen 8-1. Especímenes de prueba. 38. Imagen 9-1. LM 555 CM. 42. Imagen 9-2. MC68HC908GP32 Motorola. 42. Imagen 9-3. LM 7805. 42. Imagen 9-4. 4N25. 42. Imagen 9-5. Contador de ciclos de prueba para sistema de fatiga.. 45. Imagen 9-6. Contador de ciclos final para sistema de fatiga. 45. Imagen 10-1. Maquinado de probetas para prueba de falla en torno CNC. 45. Imagen 10-2. Resultado del eje de transmisión maquinado. 46. Imagen 10-3. Geometría eje de transmisión terminado. 46. IV.

(9) Imagen 13-1. Sistema de pruebas con 108kg. de peso Imagen 14-1. Probetas fracturadas. Imagen 14-2. Marcas de playa. Imagen 14-3. Fenómeno de fatiga generado con carga de 65kg.. 52 55 55 55. V.

(10) LISTA DE GRAFICAS. Página Grafica 5-1. Ensayo de tracción para acero A1020. 8. Gráfica 7-1. Torque y fuerzas generadas por la correa de transmisión. 14. Gráfico 7-2. Reacciones del eje de transmisión dadas por carga máxima. 19. Gráfica 7-3. Secciones eje de transmisión. 20. Gráfica 7-4. Dimensiones eje de transmisión. 21. Gráfica 7-5. Isométrico del eje de transmisión. 22. Gráfica 7-6. Dimensionamiento del montaje para calculo de cortantes, momentos, pendientes y deflexión del eje de transmisión. 22. Gráfica 7-7. Cargas actuantes sobre eje de transmisión plano YZ. 23. Gráfica 7-8. Diagrama cortantes plano YZ. 23. Gráfica 7-9. Diagrama pendiente plano YZ. 23. Gráfica 7-10. Diagrama de momentos plano YZ. 23. Gráfica 7-11. Diagrama de deflexión plano YZ. 23. Gráfica 7-12. Cargas actuantes sobre eje de transmisión plano XZ. 24. Gráfica 7-13. Diagrama cortantes plano XZ. 24. Gráfica 7-14. Diagrama pendiente plano XZ. 24. Gráfica 7-15. Diagrama de momentos plano XZ. 24. Gráfica 7-16. Diagrama de deflexión plano XZ. 24. Gráfica 7-17. Distribución eje de transmisión. 25. Gráfica 7-18. Esfuerzos generados en el eje principal por deflexión Gráfica 7-19. Curva esfuerzo-vida para el eje de transmisión. 26. Gráfica 11-1. Curvas de esfuerzo-vida para material A1045 para espécimen de pruebas de falla por fatiga Grafica 14-1. Curva esfuerzo-vida para espécimen de prueba y datos experimentales.. 51 55. VI.

(11) TABLA DE CONTENIDO. 1. Introducción. Página 1. 2. Objetivos 2.1. Objetivo General 2.2. Objetivos Específicos. 2 2 2. 3. Metodología. 3. 4. Marco Conceptual 4.1. Diseño 4.2. Fatiga 4.2.1. Criterios de Falla 4.2.2. Reconocimiento Superficial. 4 4 4 4 5. 5. Caracterización de Materiales 5.1. Prueba de Tensión 5.2. Prueba de Dureza 5.3. Metalografía 5.4. Designación y Descripción. 6 6 9 9 10. 6. Proceso de Diseño. 11. 7. Modelo Matemático 7.1. Transmisión de Potencia 7.2. Potencia Requerida 7.2.1. Eje de Transmisión 7.2.1.1. Diseño Ejes de Transmisión 7.2.1.2. Análisis de Esfuerzos 7.2.1.3. Selección Apoyos del Eje de Transmisión 7.2.1.4. Mordazas de Sujeción Espécimen 7.2.1.5. Análisis Esfuerzo-Vida Eje de Transmisión 7.3. Sistema de Carga 7.3.1. Geometría y Descripción 7.3.2. Simulación de Carga 7.3.3. Selección de Mordaza 7.3.4. Selección de Rodamiento 7.3.5. Eje de Sujeción 7.4. Base del Sistema. 14 14 17 18 19 25 26 27. 8. Especímenes de Prueba (Probetas) 8.1. Experimento Propuesto. 37 37. 27 31 31 32 35 35 36 36. VII.

(12) 8.2. Reacciones, Cortantes, Momentos, Pendientes y Deflexiones Sobre el Espécimen de Prueba. 37. 9. Contador de Ciclos 9.1. Principio del Contador de Ciclos 9.2. Implementación del Contador de Ciclos. 40 43 43. 10. Fabricación de Piezas 10.1. Probetas 10.1.1. Criterios CNC 10.1.1.1. Herramientas de Corte 10.1.2. Especificaciones de Corte 10.1.3. Maquinado Probetas 10.2. Eje de Transmisión 10.2.1. Criterios CNC 10.2.1.1. Herramientas de Corte 10.2.2. Especificaciones de Corte 10.2.3. Maquinado Probetas 10.3. Eje Sistema de Carga 10.3.1. Criterios Maquinado 10.3.1.1. Herramientas de Corte 10.3.2. Especificaciones de Corte. 44 44 44 44 44 44 45 45 45 45 45 46 46 46 46. 11. Pruebas de Fatiga 11.1. Especificación Material de Probetas 11.2. Probetas Estándar 11.3. Probetas con Concentrador. 47 47 47 49. 12. Curvas Esfuerzo-Vida (S-N) Espécimen de Prueba. 51. 13. Presentación Sistema para Pruebas de Fatiga 13.1. Experiencia del Proceso de Diseño e Implementación. 52 52. 14. Análisis de Resultados y del Fenómeno de Fatiga. 54. 15. Conclusiones. 56. 16. Recomendaciones Futuras. 57. 17. Referencias. 58. 18. Anexos. 59. 19. Planos. 76. VIII.

(13) 1. Introducción El fenómeno de fatiga es uno de los temas más importantes y fascinantes en el diseño mecánico, el cual ha sido estudiado a profundidad desde mediados del siglo XX (mediados de los años 50´s), con la indagación de fallas mecánicas en el diseño aeronáutico generado por la aeronave de procedencia inglesa, de la empresa De Havilland con su modelo Comet1, primera aeronave con propulsión a chorro y cabina presurizada y climatizada, la cual presentó fallas por fatiga en el delgado metal del fuselaje que rodeaba las ventanillas de forma rectangular, dado por los numerosos ciclos de presurización y despresurización de la misma, causando una descompresión explosiva de la cabina y falla estructural catastrófica2. Algunos investigadores indagaron sobre este fenómeno que se es el principal causante de roturas en materiales metálicos (90% de los casos) y que se presenta también en materiales poliméricos y cerámicos y de dicha indagación se generaron teorías para modelar el comportamiento de fatiga en ciertos materiales metálicos, especialmente en aceros, puesto que este material era el de mayor uso industrial en la época. Es el caso de los autores Joseph Shigley, Robert Juvinall y Angel Madayag, por citar algunos. De igual manera para certificar dichas teorías se necesita realizar experimentación y por ello la generación de un sistema que permita ocasionar falla a materiales es necesaria. En este trabajo se encuentra plasmado todo el proceso de diseño desde la producción de ideas hasta la fabricación, calibración, prueba del mecanismo y la caracterización de un material para corroborar su eficacia y viabilidad del proyecto, teniendo en cuenta la aplicación de todos los conocimientos académicos adquiridos durante el periodo de pregrado, comparando todo el análisis teórico y modelamiento matemático requerido para la creación de una máquina capaz de llevar a cabo pruebas de fatiga sobre especímenes bajo cargas cíclicas con concentrador de esfuerzo y su confrontación con los resultados experimentales, caracterizando así no solo materiales y sus concentradores, sino mostrando la exactitud de la maquina y sus componentes para llevar a cabo este tipo de experimentos.. 1 2. http://www.aero.upm.es/es/alumnos/historia_aviacion/tema18_8.html http://es.wikipedia.org/wiki/De_Havilland_Comet. 1.

(14) 2. Objetivos 2.1. Objetivo General Diseñar una máquina de caracterización de concentradores de esfuerzo para pruebas de fatiga, con el fin de poder realizar pruebas a diversos materiales metálicos y poder generar las curvas de vida de los materiales con concentrador de esfuerzo de forma experimental. 2.2. Objetivos Específicos Permitir un mayor rango de tamaños (diámetros) aumentando el tamaño de las mordazas, con el fin de montar probetas hasta ¾ de pulgada de diámetro. Obtener valores del número de ciclos para falla por fatiga de las probetas que se han de probar en la máquina. Realizar un conjunto de pruebas para un material específico (Acero A1020) El sistema de operación debe ser de fácil entendimiento y uso, para facilidad de las pruebas.. 2.

(15) 3. Metodología Para este trabajo es necesario comenzar desde una revisión bibliográfica de los procesos de diseño, selección e implementación del mismo, normatividad técnica para piezas paralelo al modelamiento matemático de criterios de falla para una serie de probetas de material con propiedades mecánicas conocidas y geometría especifica. Adicionalmente hablando de un sistema en el cual se realizan pruebas de falla, se revisa la existencia comercial de este tipo de sistemas (maquinas) que lleven a cabo esta función o similar. Durante todo el proceso de este proyecto de grado fue necesario tener en cuenta la retroalimentación y aprobación tanto en el estudio teórico como en la selección y fabricación de componentes, tal y como lo indica el diseño y el ejercicio académico. La producción de elementos debe cumplir con los criterios establecidos por el diseño, por lo que las herramientas deben ser seleccionadas y usadas de una forma óptima para obtener piezas de calidad y con errores de fabricación mínimos, con tal de cumplir tolerancias calculadas y/o deseadas. Se utilizó la planta física del departamento para lograr la óptima calidad de componentes usados en la implementación del sistema. La experimentación de prueba y error es un criterio que se debe tener muy en cuenta, puesto a que se pueden presentar inconvenientes que generen variación en los resultados obtenidos y deseados. La utilización de herramientas computacionales, como lo son software de diseño y de simulación de elementos finitos es muy poderosa debido a que pueden ser aproximaciones a la realidad y con las cuales se puede comparar y en algunos casos en este proyecto se utilizaron. Apoyado de todos estos recursos se busco obtener un proyecto de gran calidad y de alta confiabilidad para obtener los resultados deseados.. 3.

(16) 4. Marco Conceptual 4.1. Diseño Para entender el concepto de diseño se puede decir que este en cierta forma es realizar un conjunto, algo nuevo o arreglar algo existente en una nueva forma para satisfacer una necesidad reconocida de la sociedad. Para la ingeniería que es lo que interesa en esta situación, el diseño establece y define soluciones y estructuras pertinentes a problemas sin resolver anteriormente o nuevas soluciones a problemas solucionados anteriormente de una forma diferente [1]. La habilidad de diseñar es un conjunto de arte y ciencia, ciencia que se puede aprender por medio de técnicas y métodos y arte que se aprende imaginando y dándole orden a las ideas. 4.2. Fatiga El fenómeno de fatiga se describe como la falla progresiva de una parte (elemento) sometido a cargas cíclicas, fluctuantes o repetitivas. Un elemento sometido a dichas cargas puede generar fractura del mismo bajo niveles de esfuerzo menores que el requerido para causar falla en condiciones estáticas. Este fenómeno es el causante de la mayor cantidad de rupturas de elementos en sistemas mecánicos.. [2] Figura 4-1. Sección de fatiga típica. 4.2.1. Criterios de Falla Para que esta falla ocurra deben estar presentes el esfuerzo cíclico, esfuerzo de tensión y la deformación plástica. Deben existir estos tres estados para que se origine fatiga, pues el esfuerzo cíclico genera la deformación plástica que a su vez es la que genera el agrietamiento, el esfuerzo de tensión se encarga de propagarla. Esfuerzos compresivos no generan fatiga del material, pero aparecen como tensiones locales en el material. Cuando son aplicados esfuerzos de nivel bajo se genera deformación plástica a nivel microscópico por lo que el material presenta un comportamiento elástico y no genera fatiga. La fatiga se genera en puntos específicos de alta vulnerabilidad, que se identifican por la presencia de concentradores de esfuerzo geométrico (hombros, ranuras, agujeros, roscas, cuñas, ralladuras, etc.), que a su vez pueden ser parte de puntos de fragilidad local a nivel microestructural. Una vez aparece el fenómeno, este se propaga generando un patrón de propagación llamado “marcas de playa” de forma 4.

(17) concéntrica, que indican el crecimiento de grieta intermitente generado por la alternación de los esfuerzos generados por la carga involucrada [2]. 4.2.2. Reconocimiento Superficial La superficie fallada presenta “zonas de fatiga”, que corresponde a la zona de lenta propagación de la grieta con rasgos suaves y de acabado suave aterciopelado generada por la presión repetida entre las superficies de la grieta; también se presenta la “zona instantánea” que indica la fractura final y en ciertas ocasiones una deformación plástica, aunque generalmente presenta una superficie granular gruesa, presente en los materiales frágiles y cristalinos. En esta última zona se provee información del material tal como ductilidad del mismo, tipo de carga y dirección de la misma. La distorsión y el patrón de fractura aclaran el tipo de carga y su dirección. Analizando los tamaños relativos entre zona de fatiga y zona instantánea se relaciona el grado de sobre-esfuerzo aplicado a la muestra. Este sobre-esfuerzo se presenta de dos formas: “Altamente sobre-esforzado” donde la zona de fatiga es pequeña a relación de la zona instantánea y “Sobre-esfuerzo medio” donde el tamaño de ambas zonas es prácticamente igual y “Sobre-esfuerzo bajo” donde el tamaño de zona de fatiga es mayor al de la zona instantánea.. [3] Figura 4-2. Marcas de playa generadas por pruebas de fatiga. A indica inicio de fractura, B indica zona de fatiga, C indica zona de ruptura.. 5.

(18) 5. Caracterización de Materiales Dado que es un trabajo de ingeniería, todas las propiedades de los materiales deben ser conocidas y establecidas por pruebas que corroboren su veracidad, es por ello que esta información es requerimiento indispensable. Siguiendo la normatividad de la ASTM (American Society of Testing Materials) se sigue el procedimiento adecuado, el cual indica la realización de pruebas de forma experimental para obtener dicha información y no utilizar la información suministrada por el proveedor o por el mismo fabricante, puesto a que la información obtenida de terceros se rige por el rango de las condiciones de los materiales que han sido clasificados en tablas y que rigen a nivel comercial e industrial. Se sabe que ningún material es igual y que es ahí donde se encuentran diferencias entre sí, lo que genera un comportamiento estadístico que solo puede ser deducido de realización de pruebas y obtención de valores medios y desviaciones que aseguren su comportamiento real, el cual será el punto de partida de análisis teóricos y sobre los cuales se generarán los datos necesarios para realizar las pruebas de fatiga con diferentes cargas. En la industria colombiana existen muchos proveedores y situados a lo largo y ancho del territorio nacional, en esta ocasión se escogió uno reconocido en el medio ACEFER Ltda., distribuidor de aceros especiales de diferente procedencia, para el caso de acero A1020 este es obtenido de DIACO Ltda. [Anexo 3]. Se obtuvieron tres (3) barras de acero A1020 de 1,10m de longitud y de ¾” de diámetro para generar treinta (30) probetas con concentrador de hombro y realizar a cada una de estas una prueba de fatiga, adicionalmente un tramo de 0,6m para realizar pruebas de tensión a tres especímenes, realizar pruebas de dureza y micrografía del material con el fin de poder conocer todas las propiedades mecánicas del material. Todos los tramos correspondían a la misma barra, solo que fueron cortadas de tal forma para su transporte.. 5.1. Prueba de Tensión Según la norma ASTM E8M [Anexo 4] se produjeron las probetas para esta prueba. Por medio de la máquina de instrumentación de ensayos universales INSTRON 5586 del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico de la Universidad (CITEC) se realizarán estos ensayos a tres probetas, suficientes para la obtención de las propiedades mecánicas necesarias y con ellas realizar los análisis teóricos que incluyan este material, a una velocidad de 5mm/min de elongación. Los datos obtenidos se muestran a continuación.. 6.

(19) Imagen 5-1. Especimenes prueba de tracción. Imagen 5-3. Montaje extensómetro. Imagen 5-2. Máquina ensayos universales INSTRON. Imagen 5-4. Formación cuello en prueba de tracción. Imagen 5-5. Espécimen fallado por ensayo de tracción. 7.

(20) Ensayo de Tracción Acero A1020 800000000 700000000 600000000. Esfuerzo [Pa]. 500000000 400000000. Ensayo 1. 300000000. Ensayo 2 Ensayo 3. 200000000 100000000 0 -1E+08. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Elongación [mmX10] Gráfica 5-1. Ensayo de Traccion para Acero A1020. El comportamiento de las tres muestras genera un valor casi idéntico en el esfuerzo de fluencia por lo que se puede inferir una colocación casi precisa del extensómetro, en el caso del esfuerzo último el segundo ensayo difiere un poco de los otros dos, lo cual puede ser producido por la sujeción de las mordazas. Entrando por los datos obtenidos y el análisis de la prueba se obtuvo el resultado mostrado a continuación.. Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3. Sut [MPa] 739,45 724,79 739,44. Sy [MPa] 712,8 697,7 709,9. Tabla 5-1. Resultados ensayos de tracción. Las propiedades mecánicas halladas desde la experimentación se muestran a continuación. Propiedad Módulo de Elasticidad E Resistencia a la Fluencia Sy Resistencia Ultima a la Tracción Sut Resistencia a la Fractura Sf Ductilidad y Porcentaje de Elongación Reducción de Area %RA. Promedio. Desviación Estándar. Unidades. 241,43 706,80 734,56 519,70. 0,21 8,01 8,46 8,07. GPa MPa MPa MPa. 6,87 23,97. 0,33 2,73. % %. Tabla 5-2. Propiedades mecanicas acero de prueba. 8.

(21) 5.2. Pruebas de Dureza Se realizaron seis (6) identaciones al material con el que se realizaron las probetas para las pruebas de tensión y los especímenes para pruebas de fatiga siguiendo la normatividad descrita por la norma ASTM E18 [Anexo 5]. Para dichas identaciones se utilizará la máquina INSTRON Wilson Rocket 600 Series que se encuentra en las instalaciones del CITEC con una precarga de 100kg. Se muestra a continuación los resultados de dicha prueba.. Medición y Ubicación 1 - Centro 2 –Intermedio 3 – Intermedio 4 –Intermedio 5 –Intermedio 6 -Intermedio Promedio HR B. Desviación %. Dureza Rockwell B 98,4 96,3 96,5 97,5 98,1 98,3 97,51 0,92. Tabla 5-3. Resultados prueba de dureza Rockwell B. Imagen 5-6. Montaje para prueba de dureza. 5.3. Metalografia Siguiendo la normatividad técnica ASTM E3 [Anexo 6] se prepara un trozo del material, el cual se realiza una inclusión polimérica en poliestireno moldeado y prensado a 150ºC a la cual se le realiza el proceso de lijado y pulido para obtener un acabado tipo espejo por medio de paños especiales lubricados con alúmina con tamaño de 0,3 µm y 0,03µm. Una vez obtenido este acabado se atacó con acido clorhídrico al tres por ciento (3%) de concentración.. 9.

(22) Imagen 5-7. Material atacado químicamente para micrografía. El resultado de esta prueba se observa en el microscopio y se pueden identificar las fases y tamaños de grano del material.. 1. Imagen 5-8. Micrografia A1020. Aumento 200X. Imagen 5-9. Micrografia A1020. Aumento 1000X. Se puede observar la formación de perlita (fase oscura) y ferrita (fase clara). Aumento 200X y 1000X (Microscopio Olympus) 5.4. Designacion y Descripcion Teniendo en cuenta la información suministrada por el proveedor y el fabricante y los datos experimentales encontrados para el material se puede determinar la designación del mismo. Comparando los datos suministrados por el proveedor [Anexo 3], el material no se refiere a un acero A1020, tiene caracteristicas mas cercanas al acero A1045, el cúal posee una mayor cantidad de carbono (0,43%C - 0,48% C) y difiere con el porcentaje de carbono del A1020 (0,17%C - 0,23%C), adicionalmente la dureza media obtenida corresponde a A1045 y no a A1020, esto según el productor. La designación se muestra a continuación. Acero A1045 contiene (0,43%C - 0,48%C; 0,30%Mn - 0,60%Mn; P máx. 0,030%; S máx. 0,040%) 10XX XX45. Aceros sin aleación de contenido 0,XX%C Porcentaje de carbono de 0,45%C promedio. 10.

(23) 6. Proceso de Diseño Los parámetros de diseño para la construcción de la maquina sugieren la investigación de sistemas que lleven a cabo procesos de prueba para materiales sometidos a fatiga. En esta investigación se encontró que la Universidad contaba con una maquina en la que se realizaron pruebas de fatiga diferentes materiales para caracterizar concentradores de esfuerzo. La maquina fue construida en el primer semestre de 2004 por el Ingeniero Rafael Alfonso Chamie Gandur [4], con la cual realizó su proyecto de grado en ese entonces. Dicha máquina fue usada por los Ingenieros Andrés Guillermo Guzmán [5] y Oscar Daniel Gonzales [6] para pruebas que también fueron de utilidad para el desarrollo de sus proyectos de grado.. Imagen 6-1. Máquina para pruebas de fatiga construida por el Ingeniero Rafael Chamie (2004). La máquina a comienzos del segundo semestre de 2008 presentaba un estado de deterioro y en el cual realizar nuevas pruebas implicaba cambiar mucho en el diseño de la misma, sin tener en cuenta que no poseía un sistema de conteo de ciclos y según lo leído en los trabajos anteriormente consultados, la implementación de dichos conteos era realizado por cada uno de los graduandos. Analizando todo el montaje y estructura de la máquina y los posibles cambios, mejoras e innovaciones a realizar en un nuevo modelo, se construirá el sistema de pruebas para ensayos de fatiga.. 11.

(24) Imagen 6-2. Máquina para pruebas de fatiga construida por el Ingeniero Rafael Chamie (2008). De mismo modo, la Universidad cuenta con una maquina de caracterización de materiales obtenida por el Departamento de Ingeniería Mecánica, la cual tiene una probeta estándar y un sistema autónomo de conteo mecánico (cuenta cada 100 ciclos) y parada propia.. Imagen 6-3 a – b. Máquina para caracterización de materiales HI-TECH Científica HSM 19. A nivel comercial varias empresas que fabrican sistemas de ensayos de fatiga como INSTRON (R.R. Moore)3, Zwick GmbH/Roell4 ó Shimatsu5 usan en sus productos transmisión de potencia y conversión de velocidad por medio de sistemas de poleas, dado que para las pruebas de fatiga toman tiempo en realizarse, por lo menos en ciclaje de 106 para calculo de vida infinita. 3. http://www.instron.us/wa/products/fatigue_testing/default.aspx http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=2714 5 http://www.testresources.com/applications/fatigue_test_machines.aspx 4. 12.

(25) Imagen 6-4. Máquina para pruebas fatiga J.J. Moore Imagen 6-5. Máquina para pruebas fatiga Shimatsu. Imagen 6-6. Maquina de pruebas de fatiga Zwick GmbH/Roell. De esta forma observando los sistemas existentes y teniendo en cuenta los objetivos de este proyecto se analizan cada uno de los componentes que debería tener el sistema y su proceso de diseño tanto de piezas como el desarrollo de integración de cada uno de los componentes.. 13.

(26) 7. Modelo Matemático Tanto en el diseño mecánico de maquinas como en la implementación de pruebas de fatiga experimental, es necesario tener una referencia teórica sobre la cual se pueda realizar los cálculos necesarios de requerimientos para poder llevar dicho modelo a un estado real. La física cumple con su papel esencial por lo cual se tendrán en cuenta principios de potencia mecánica, como relaciones de transmisión, entre otros. En el caso del sistema de pruebas se tiene en cuenta los subconjuntos del mismo y en cada uno la normatividad técnica que rige el diseño mecánico. Para el ensayo de fatiga y las condiciones de carga para cada una de las pruebas que se realicen, el modelo matemático permite determinar los rangos de carga y los intervalos de vida esperados, tanto la curva de comportamiento de los materiales bajo esfuerzos generados y así al momento de obtener resultados poder realizar comparaciones para llegar a conclusiones con respecto a la experimentación y los modelos teóricos usados ó propuestos. En el caso de fatiga que es el criterio de ingeniería de este proyecto de grado existen varios modelos teóricos desarrollados desde mediados del siglo XX como el modelo de Juvinall [10] ó el de Shigley [11]. Analizando ambas teorías se tiene que el modelo de Juvinall es más conservador que el expuesto por Shigley y como se desea una aproximación lo más cercana a la realidad, se utilizó el modelo de Shigley de falla por fatiga como resultado de cargas variables de materiales ferrosos (Acero), el cual será desarrollado a lo largo de este proyecto. 7.1. Transmisión de Potencia Para este sistema se utilizará un sistema de transmisión de potencia por medio de poleas y correas, dada la versatilidad que tiene su montaje-desmontaje pero más por la efectividad de transmisión de potencia. Existen diferentes tipos de correas y poleas y por ello se escoge el de mayor eficacia y que se encuentre con facilidad en el mercado nacional, este es el caso de las poleas sincrónicas o dentadas. A continuación se muestra la configuración y el análisis de reacciones generadas por un sistema de transmisión de potencia y relación de velocidad. Poleas y Correas en V [11] F1 Ѳ. Ѳ F2. T. Gráfica 7-1. Torque y fuerzas generadas por la correa de transmisión. 14.

(27) Se utiliza el modelo de diseño de correas y poleas en V, dado que no se cuenta con literatura para correas y poleas sincrónicas, sin embargo este modelamiento funciona ya que es un modelo basado en las tensiones generadas por la correa en el sistema y el cual aplica de igual forma en sistemas con correas sincrónicas [11]. Para calcular las tensiones de la correa se deben hallar las fuerzas que genera esta y el ángulo de contacto de la misma. De esta manera se pueden obtener las componentes en los diferentes planos y poder hallar la potencia requerida para el funcionamiento del sistema.. Figura 7-1. Tensión en Correas en V. Datos dados por geometría D= 3,13”. d= 1,56”. C= 8,08”. Tensiones equivalentes de correas en V. Donde:. &. ' & ( ) *& ' & (. -. . -. ;. & ' / (. / ' 6&8889 ; # ' 7. +,. :.; &-. ∆F '. ' - ( ) *- ' & (. ∆123) %* 123) %* 4 1. +, .. ; < ' 32753A ; ' 0,561. 63025HG /NJ n)D/2*. ' ;MN O < ; ;MN ' 0,75 ;. O ' 1.1 (Golpes Ligeros);. < < ' 1,15(Factor de Diseño) . P. QR QS. ; ' & - ;. & ' 0,78 ; - ' 0,85 ; ' 1,23 15.

(28) - ' & 4 ∆. Reemplazando y desarrollando. Y U 3,13" U 32753A 12 & ' 0,561 X [ ( 1000. 4 11,66. ' 84,65 ' 7,37. 220 ' 141,02 1,56" 220 ] ' ' 70,28 3,13". \ '. 123) %* ' 123)0,5123 U 2,94 *. 0,75 U 1,1 U 1,15 63025 U 1 U 123)0,5123 U 2,94 * 32753A)3,13"/2* 123)0,5123 U 2,94 * 4 1. & ' 19,03. - ' 19,03. < ' 32753A. ' 32,78. ' 627,31. ' 312,65. 4 3,13" 4 1,56" ' Y 4 2_1<`& ' 2,94 2a 2 U 8,08" 2,94 U 180 ' 168,44º ^bcSRde ' Y Angulo formado por la correa y las poleas (Descomposición de Fuerzas). Angulo de Contacto (Periferia de la Polea en Contacto con la Correa) ^ ' Y 4 2_1<`&. 180º 4 ^bcSRde. 180º 4 168,44º ' 5,77º 2 2 Con los datos anteriores se obtienen los valores de las tensiones ^'. '. ' 19,03 ( 141,02 ' 160,05 ' 711,94 ' 11,66 ( 70,287 ' 82,04 ' 364,93 - ' - ( ) *- ' & ( Teniendo en cuenta el ángulo formado por la correa y las poleas, se descompone las tensiones, obteniendo las fuerzas ejercidas por la correa al eje de transmisión. &. ' & ( ) *& ' & (. &g '. &i '. -g '. & h_)^*. -i '. ' 160,05. & _1<)^*. - h_)^*. ' 160,05. ' 82,04. - _1<)^*. ' 82,04. U h_)5,77º* ' 159,23 U _1<)5,77º* ' 16,09. U h_)5,77º* ' 81,62 U _1<)5,77º* ' 8,24. ' 708,33. ' 71,57. ' 363,08. ' 36,69. Las fuerzas equivalentes por componente son:. g ' &g ( -g ' 1071,41 ~1100 i ' &i 4 -i ' 34,88 ~40. A continuación se describe la simbología del modelo matemático: 16.

(29) V : Periférica de la correa C : Distancia entre Centros de las Poleas D : Diámetro Polea Mayor d : Diámetro Polea Menor Fc : Fuerza Centrifuga ∆F: Delta de Fuerza en la correa (La potencia transmitida se basa sobre esto) exp(fφ): Coeficiente de fricción efectivo para correas en V (Propuesto por Gate Rubber Co. ®) Hd : Potencia de Diseño Ha : Potencia Tabulada Hnom : Potencia Nominal ks : Factor de Servicio Sugerido para Transmisiones por medio de correas en V nd : Factor de Diseño Nb : Numero de Correas k1 : Factor de Corrección Angulo de Contacto k2 : Factor de Corrección Longitud Correa n : Revoluciones Entrada kb y kc : Parámetros de Correas en V (Proporcionado por Gate Rubber Co.®) Fb1 y Fb2 : Tensiones máximas inducidas por esfuerzo de tensión máximo en las correa . Las poleas y correa del sistema se referencian del fabricante nacional INTERMEC Ltda. [Anexo 7] 7.2. Potencia Requerida El torque que requiere el sistema se compone de la suma de todas las torsiones originadas por las fuerzas actuantes sobre el montaje del eje de transmisión (correa y carga para prueba) y las deflexiones generadas por las mismas en condición estática. Teniendo en cuenta el estado de carga máximo para el experimento (capacidad dimensional máxima de espécimen) y el esfuerzo de fatiga máximo generado en las probetas con su respectivo concentrador de esfuerzo, se prosigue con la obtención de fuerzas para dichos casos. Para este ejercicio se utilizan tres tipos de geometría todas con un radio de hombre de 1mm y se desarrolla desde ahí con las propiedades propuestas por él fabricante.. Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3. Diámetros Sf@10^3 [MPa] D=3/4” d=1/2” 262,965829 D= 5/8" d=3/8" 311,333851 D= 1/2" d=1/4 482,2084 3. Sf@10^6 [MPa] 129,441531 156,247426 250,512164. 6. Tabla 7-1. Esfuerzos para ciclos de 10 y 10 para diferentes tipos de espécimen de prueba. 17.

(30) Desde el esfuerzo máximo generado por el esfuerzo flector se obtienen dichas fuerzas ' o con ' U ' k ' m : ' 178,6AA ' 1,786p10`& A l. n-l. donde l es la distancia desde el segundo apoyo hasta el final de la probeta de prueba, que sitúa la posición de la carga para pruebas.. Desarrollando Cargas Probetas kf Carga Probeta @10^3 1 Probeta 2 Probeta 3. N. kg 1057,65. 107,81. 528,26. 53,85. 242,43. 24,71. 3. Tabla 7-2. Cargas correspondientes a 10 de los especímenes de prueba. Se utiliza la carga máxima para determinar el torque máximo realizado. Para encontrar la potencia requerida en el sistema es necesario diseñar el eje de transmisión del sistema y realizar el análisis matemático del mismo para encontrar reacciones y variables que deben ser tenidas en cuenta como la deflexión generada, que será el brazo que realice el torque generado por las fuerzas actuantes y poder determinar dicha potencia.. 7.2.1. Eje de Transmisión. ' !. Por medio de este eje se realiza la transmisión de velocidad y potencia desde la fuente motora para generar la rotación del espécimen de prueba para falla. A continuación se muestra el planteamiento matemático del mismo, sus resultados y diseño del mismo. Realizando el análisis estático del montaje se obtienen cortantes, momentos, pendientes y deflexiones en 2 planos generados por las fuerzas generadas por el sistema de transmisión.. 18.

(31) 40N R1x. R2x 1100N. R1z. z x. R2z. y 1057,65N. Gráfica 7-2. Reacciones del eje de transmisión dadas por carga máxima. 7.2.1.1 Diseño de Eje de Transmisión Basado en la normatividad técnica para diseño de ejes de transmisión AISI/ASME B106.1m [4] y realizando un análisis teórico calculando los cortantes, momentos, deflexiones y pendientes en el mismo, se hallan los esfuerzos generados y de tal forma poder contar con un elemento que cumpla con el cometido del diseño y que perdure para su utilización. Teniendo en cuenta la normatividad se tiene en cuenta las siguientes consideraciones: La norma para diseño de ejes de transmisión asume que la carga sobre el eje es un momento flector completamente reversible (componente σm=0) y un torque constante (componente τm=0) a un valor que genera esfuerzos por debajo de la esfuerzo de fluencia en torsión del material a usar. La ecuación se sigue como se presenta a continuación: tN q r (s u '1 O -. Donde equivale al esfuerzo alterno tN equivale al valor medio del torque equivale al límite de endurecimiento del especimen O equivale al esfuerzo de fluencia en cortante puro. Implementando un factor de seguridad (Nf) se tiene, q r (s . tN u '1 O -. . Teniendo en cuenta la relación de esfuerzos de Von Mises para Sys se sigue,. Sustituyendo en la ecuación anterior,. O '. √3 19.

(32) q r (s . tN u '1 √3 -. Reemplazando las ecuaciones de esfuerzo flector y esfuerzo torsional obtenemos, -. 32 16 N √3 r q rx ( yq r s uz ' 1 wq ON Y n 1 Y n . Donde: kf : Concentrador de Esfuerzo a la Fatiga Kfsm : Concentrado de Esfuerzo para Esfuerzo Medio Despejando el diámetro se tiene,. & & n - -. 32 - 3 N '{ |q r ( sON u } ~ 4 Y . La norma ASME implica una reducción de la resistencia a la fatiga Sf@106 = Se por medio del concentrador de esfuerzo a la fatiga kf, en vez de usar dicho kf como incrementador de esfuerzo como ocurre generalmente. La norma también indica que el concentrador de esfuerzo medio kfsm es igual en todos los casos y tiene un valor de 1, de tal forma la ecuación para cálculo del diámetro resulta de la siguiente forma: '{. & & n - -. 32 - 3 N |q r ( s u } ~ Y 4 . Los valores de Se y kf se obtienen del modelamiento teórico de fatiga (esfuerzo – vida), para la pieza. Los valores del Ma se obtienen del Análisis de Esfuerzo Máximo Generado descrito más adelante. Dado a que el torque producido es constante para todos los casos de diámetro, debido a que es una sola sección, el valor de este es Tm=0. A partir de esta ecuación se obtienen los diámetros para cada una de las secciones del eje de transmisión, dependiendo de los momentos producidos por las fuerzas actuantes sobre el eje, las características del material (propiedades) y los concentradores de esfuerzo de cada una de las secciones del elemento. Para diseñar un diámetro mínimo permisible se debe tomar Nf =1. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Gráfica 7-3. Secciones Eje de Transmisión. 20.

(33) Nodo 1 2 3 4 5 6 7 8. Descripción Se acopla la polea de transmisión de potencia. Ajuste por medio de cuñero y prisionero Cambio de sección de ½” a 7/8” Ubicación Apoyo 1 Cambio de sección de 7/8” a 1” Cambio de sección de 1” a 7/8” Ubicación Apoyo 2 Cambio de sección de 7/8” a 20mm (Ajuste a Mordaza de ¾” con Cono JT3) Final del Eje Tabla 7-3. Descripción eje de transmisión. Sección Nº 1 2-3 4 5-6 7. Diámetro Eje [mm] 12,7 22,225 25,4 22,225 20. Diámetro Mínimo [mm] 12,21 14,79 16,65 20,30 19,60. Momento [Nm] 44,02 73,08 139,66 188,896 174,512. Se [Pa] 3,32E+08 3,13E+08 3,08E+08 3,13E+08 3,16E+08. Kf 1,35 1,36 1 1,36 1,34. Tabla 7-4. Diámetros según norma AISI/ASME B106.1m. Gráfica 7-4. Dimensiones eje de transmisión. 21.

(34) Gráfica 7-5. Isométrico del eje de transmisión. Gráfica 7-6. Dimensionamiento del montaje para cálculo de cortantes, momentos, pendientes y deflexión del eje de transmisión. Desarrollando para cada uno de los planos se obtiene: Plano YZ. Distancias 0 40 66,4 80 140 166,4 180 193. Cortante Inicio Sección V (N) 40 40 -1915,5 -1915,5 -1915,5 1057,6 1057,6. Momento Inicio Sección M (N-m) 0 -1,6 -2,656 23,395 138,326 188,896 174,512. Cortante Final Sección V (N) -40 -40 1915,5 1915,5 1915,5 -1057,6 -1057,6. Momento Final Sección M (N-m) 1,6 2,656 -23,395 -138,326 -188,896 -174,512 -160,763. Deflexión (mm). Pendiente (grados). -0,05149 -0,02193 0 0,01124 0,03186 0 -0,03593 -0,08564. 0,04001 0,047 0,04831 0,04502 -0,02135 -0,1221 -0,1798 -0,2574 22.

(35) 245 295 345. 1057,7 1057,7 1057,7. 160,763 105,765 52,883. -1057,7 -1057,7 -1057,7. -105,765 -52,882 0. -0,3204 -0,6301 -1,17. -0,2597 -0,4312 -0,7205. Tabla 7-5. Cortantes, momentos, deflexiones y pendientes eje de transmisión plano YZ. 40N 1057,65N Gráfica 7-7. Cargas actuantes sobre eje de transmisión plano YZ. Gráfica 7-8. Diagrama cortantes plano YZ. Gráfica 7-9. Diagrama pendiente plano YZ. Gráfica 7-10. Diagrama de momentos plano YZ. Gráfica 7-11. Diagrama de deflexión plano YZ. Plano XZ Distancias desde y=0 (mm) 0 40 66,4 80 140 166,4 180 193. Cortante Inicio Sección V (N) -1100 -1100 730,4 730,4 730,4 0 0. Momento Cortante Momento Deflexión Inicio Final Final (mm) Sección M Sección V Sección M. Pendiente (grados). (N-m) 0 44 73,04 63,107 19,283 0 0. 0,2703 0,07814 0,04208 0,02048 -0,01333 -0,01927 -0,01927 -0,01927. (N) 1100 1100 -730,4 -730,4 -730,4 0 0. (N-m) -44 -73,04 -63,107 -19,283 0 0 0. -0,1724 -0,02838 0 0,007363 0,007967 0 -0,004574 -0,008946. 23.

(36) 245 295 345. 0 0 0. 0 0 0. 0 0 0. 0 0 0. -0,02644 -0,04325 -0,06007. -0,01927 -0,01927 -0,01927. Tabla 7-6. Cortantes, momentos, deflexiones y pendientes eje de transmisión plano XZ. 1100N Gráfica 7-13. Cargas actuantes sobre eje de transmisión plano XZ. Gráfica 7-13. Diagrama cortantes plano XZ. Gráfica 7-15. Diagrama de momentos plano XZ. Gráfica 7-14. Diagrama pendiente plano XZ. Gráfica 7-16. Diagrama de deflexión plano XZ. Teniendo los valores de deflexión y fuerzas sobre el sistema se pueden obtener los torques que se generan y se puede obtener la potencia requerida. Torque. ' . i ' 40. g ' 1100. ; ' 0,1724AA ' 1,724p10` A &. ' 6,896p10`n A. ; ' 0,05149AA ' 5,149p10` A -. ' 5,66p10`- A. $ ' a á2 A ' 1057,65 ; ' 0,06007AA ' 6,007p10` A Torque Total Mk. '. &. (. -. (. n. n. ' 6,35p10`- A. ' 6,896p10`n A ( 5,66p10`- A ( 6,35p10`- A Mk. ' 1,269p10`& A. 24.

(37) Potencia Requerida La potencia está dada por el torque y la velocidad angular del elemento. En este punto la velocidad angular corresponde a 6600 rpm y el torque al obtenido anteriormente Desarrollando. ω ' 6600. ' !. 1 1A < 2Y U U ' 691,15 _1 A < 60_1 11. ' 1,269p10`& A U 691,15 _1 ' 116,80 _1 ' 116,80 _ ' 116,80 _ U. 1 ' 0,156 745,69 _. 7.2.1.2. Análisis de Esfuerzos Eje de Transmisión. Con los valores de momentos en los planos de acción (YZ y XY), se suman vectorialmente para obtener los cortantes y momentos resultantes del eje de transmisión. Gráfica 7-17. Distribución eje de transmisión. Distancias desde y=0 (m) 0 40 66,4 80 140 153,6 180 193 245 295 345. Cortante Resultante Sección V (N) 1100,72703 1100,72703 2050,03034 2050,03034 2050,03034 1057,6 1057,6 1057,7 1057,7 1057,7 0. Momento Resultante Sección M (N-m) 0 44,0290813 73,088275 67,3039336 139,663583 188,896 174,512 160,763 105,765 0 0. Tabla 7-7. Cortantes y momentos resultantes del eje de transmisión. 25.

(38) Analizando por medio del grafico M/I se observa donde existe mayor esfuerzo. Gráfica 7-18.. Esfuerzos generados en el eje principal por deflexión. El punto crítico para el sistema se da en el cambio de sección de ½” a 7/8” a 40mm del inicio del eje. El máximo esfuerzo se genera sobre la mordaza de sujeción del espécimen de prueba. 7.2.1.3. Apoyos del Eje de Transmisión Con los datos obtenidos de reacción en el eje, las cuales actúan sobre los rodamientos que se desean usar para soporte del eje, se desarrollan los cálculos para determinar los mismos [11].. Donde: . CD : Clasificación de Catalogo, en lbs. ó kN LR: Clasificación de vida, en horas nR: Clasificación de velocidad, en rpm FD: Fuerza radial deseada, en lbs. o kN LD: Vida deseada, en horas nD: Velocidad deseada, en rpm a: 3 para rodamientos de bolas C10: Denotaa el 10 % de la vida clasificada para un rodamiento en particular en el catalogo. 26.

(39) Reemplazando: Apoyo 1 a&8. &. ' 2426,9181. . < 60 ' . q r ' 545,6 < 60. Apoyo 2 a&8. &. &. 1400 U 6600 U 60 n q r ' 2080,4 1p10. ' 1040,6. . < 60 ' . q r ' 233,93 < 60. ' 545,6. ' 233,93. &. 1400 U 6600 U 60 n q r ' 892 1p10. ' 9,25. ' 3,96. Según el catalogo de rodamientos SKF, el rodamiento de referencia SYH 7/8 RM resiste 14KN (revoluciones máximas 7000 rpm), por lo que resiste la carga máxima aplicada sin ningún inconveniente de daño, siempre y cuando se trabaje bajo el límite de carga y velocidad presentado por el mismo fabricante. 7.2.1.4. Mordazas de Sujeción Espécimen Para el sistema de sujeción variable en orden de cumplir con uno de los objetivos del proyecto, se escoge un mandril para taladro con capacidad de sujeción de elementos de ¾” de diámetro. En el mercado se encuentran varios con adaptación tipo rosca y tipo cono. Por motivos de un diseño viable económicamente hablando, se trabajo el diseño con el mandril de adaptación de cono especificación JT3 y el cual se tuvo en cuenta para el mismo diseño del eje.. Imagen 7-1 a-b. Mandril Harvest de ¾” Diámetro máximo. Adaptación tipo JT3. 7.2.1.5. Análisis Esfuerzo-Vida Eje de Transmisión El eje que se diseña posee concentradores de esfuerzo tipo hombro en las 4 secciones que posee, todas con un radio de 0,1mm dado el cambio de diámetros propuestos.[11]. 27.

(40) El material del eje es acero 4140 Q&T @ 540ºC. Se presenta en un material con mayor dureza y esfuerzo a la fluencia que presente resistencia a la fatiga mayor a la de las muestras. ' 100/AA- ' 980. ' 106/AA- ' 1038,8. Adaptando el modelo teórico propuesto en el texto de Shigley se debe tener en cuenta el límite de endurecimiento del material como se muestra a continuación: •. Limite de Endurecimiento. Desarrollando se tiene. 1 ' 0,504. 1 ' 0,504 ' 0,504 U 1038,8 ' 523,55. Para obtener la grafica de esfuerzo-vida del material se deben obtener varios datos adicionales • Coeficiente Endurecimiento Material ' ( 345 •. ' )2 U 10n *. Fracción de Sut a 10^3 ciclos. '. Constante. . . ) *] &. • Constante ' 4 n log 6 9 La ecuación que representa la curva de esfuerzo-vida para ciclos de 103 hasta 106 está dada por: •. '. . . ' ( 345 ' 1038,8 ( 345 ' 1383,8. Substituyendo se obtiene '. 1383,8 )2 U 10n * ' )2 U 10n *`8,8 ' 0,80 1038,8. ) *- )0,80 U 1383,8 *' ' ' 2340,82 1 523,55 1 1 0,80 U 1383,8 ' 4 log q r ' 4 log q r ' 40,0669 1 3 3 523,55 . ' 1474,57. Los esfuerzos de fatiga del material para 10^3 ciclos y 10^6 ciclos esta dado por @\o . . @\ . ' 928,89. Factores Modificadores Los factores de Marín implican acabado superficial de las piezas, geometría del espécimen, carga aplicada, temperatura a la que está expuesto el mismo, entre otros. A continuación se muestran dichos factores y como implican en el análisis y grafico de esfuerzo-vida del material para cada sección del eje de transmisión. Limite de Endurecimiento Pieza. 1 ' ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 1 28.

(41) ¡ ' . Factor de Superficie. ' 4,51 ) ¢£ < *. ' 40,265. ¡ ' 0,716. ¡ ' 1,24`8,&8. Factor de Tamaño. Diámetros de Diferentes Secciones del Eje & ' 25,4AA. - ' 22,225AA n ' 20AA. ' 12,7AA. ¡& ' 0,877 ¡- ' 0,889 ¡n ' 0,899 ¡ ' 0,944. Factor de Carga; Factor de Temperatura; Factor Confiabilidad; Factores Misceláneos ¡ ' ¡ ' ¡ ' ¡ ' 1 Desarrollando para cada uno de los casos se obtiene:. 1& ' 0,716 U 0,877 U 1 U 1 U 1 U 1 U 523,55 ' 328,74. 1- ' 0,716 U 0,889 U 1 U 1 U 1 U 1 U 523,55 ' 333,47 1n ' 0,716 U 0,899 U 1 U 1 U 1 U 1 U 523,55 ' 337,26 1 ' 0,716 U 0,944 U 1 U 1 U 1 U 1 U 523,55 ' 354,05. Reemplazando Se´ por Se, se obtienen los valores límite en el grafico esfuerzo vida para el espécimen presentado. -. @\o . n. @\o . . @\o . ' 656,61. -. @\ . ' 660,50. n. @\ . ' 677,53. . @\ . ' 333,49 ' 337,28 ' 354,07. Concentradores de esfuerzo Teniendo en cuenta el grafico del apéndice de Shigley se tienen los siguientes valores para concentrador estático (Relación D/d) de los cambios de sección del eje de transmisión.. Relación 1” y 7/8”. . ¦. '. & ¤ ¥. ' 1,143. ' --,-- ' 0,045 &. Kt=1,95. Relación 7/8” y ½” . . '. ¤ ¥ \ ]. ' 1,75. ' &-, ' 0,078 ¦. &. Kt=1,92. Relación 7/8” y 20mm . . '. ' -8 ' 0,05 ¦. &. --,-- -8. ' 1,11. Kt=1,90 29.

(42) Figura 7-2. Curvas D/d vs. r/d para cálculo de concentradores de esfuerzo. Teniendo en cuenta que las probetas se someterán a carga fluctuante se debe tener un concentrador equivalente. A continuación se muestra el procedimiento a seguir: ¡. @\ . ¡. '. 1(. ¡. 2)¡ 4 1* √ ¡ √. '. 1,95 ' 1,51 2)1,95 4 1* 0,24 1( 1 1,95. '. 1,90 ' 1,48 2)1,90 4 1* 0,24 1( 1,90 1. Reemplazando con los valores anteriormente obtenidos desde los gráficos se obtiene ¡&. @\ . ¡-. @\ . ¡n. @\ . ' ' '. 1( 1( 1(. 2)¡ 4 1* √ ¡ √ ¡. 2)¡ 4 1* √ ¡ √ ¡. 2)¡ 4 1* √ ¡ √. '. 1,92 ' 1,49 2)1,92 4 1* 0,24 1( 1,92 1. Para el concentrador en 103 ciclos se utiliza la siguiente fórmula: ¡. @\o . ' 1 4 ¡ 4 1§0,18 4 0,43)10`- * ( 0,45)10` * - ¨. De ahora en adelante Kf se refiere al valor del concentrador en 106 ciclos Sustituyendo: ¡& ¡-. @\o @\o . ' 1 4 )1,51 4 1*§0,18 4 0,43)10`- *951 ( 0,45)10` *951 ' 1 4 )1,49 4 1*§0,18 4 0,43)10`- *951 ( 0,45)10` *951. -¨ -¨. ' 0,918 ' 0,921. 30.

(43) La formula general de la curva con concentrador es la siguiente:. Ya con estos datos se pueden obtener las curvas de esfuerzo-vida, esfuerzo vida, sobre las cuales se desea cotejar el resultado práctico para establecer el error entre entre ambos y la precisión de la maquina. Gráfica 7--19. Curva esfuerzo-vida para el eje de transmisión. 7.3. Sistema de Carga El sistema de carga del sistema es la unión entre el movimiento rotativo generado por la transmisión de potencia y transformación de velocidad y la carga constante para generar los esfuerzos fluctuantes sobre el espécimen y poder concebir el experimento de fatiga en elementos rotatorios bajo cargas fluctuantes. 7.3.1. .1. Geometría y Descripción La geometría de esta obedece a dos funciones fundamentales, el poder contener un sistema de rotación sobre una base que genere un mínimo de vibraciones y que se encuentre libre para permitir que el peso actué sobre el espécimen de prueba y de forma correcta. 31.

(44) 7.3.2. Simulación de Carga Dado que la geometría del sistema de carga es compleja, se utiliza la aproximación de carga y esfuerzos producidos por la carga puntual de prueba por medio de simulación de elementos finitos por medio de la herramienta computacional ANSYS WORKBENCH v10.0. El detalle de esta simulación se muestra como sigue.. Figura 7-3. Enmallado estructural sistema de carga Figura 7-4. Fijación carga puntual sistema de carga. Figura 7-5. Fijación sistema por desplazamiento Figura 7-6. Características material del sistema de carga. 32.

(45) Figura 7-7. Esfuerzos equivalentes resultantes de simulación de elementos finitos. Figura 7-8. Localización esfuerzo máximo por simulación de elementos finitos. Figura 7-9. Deformación Generada por Carga de Prueba por simulación de elementos finitos. 33.

(46) Las simulaciones anteriores corresponden a la carga máxima establecida para el experimento. A continuación se muestran las simulaciones para la carga máxima calculada en especímenes de prueba de máxima capacidad de la máquina de pruebas. Figura 7-10. Carga puntual máxima sistema de carga Figura 7-11. Esfuerzos simulación elementos finitos. Figura 7-12. Esfuerzos simulación elementos finitos Figura 7-13. Esfuerzos simulación elementos finitos. Figura 7-14. Tabla de esfuerzos resultantes Figura 7-15. Deformación de simulación elementos finitos. 34.

(47) La simulación arroja valores de esfuerzo máximo generado menores al modulo de fluencia del material, por lo que se asegura la capacidad de carga y la permanencia estructural del sistema de carga. 7.3.3. Selección de Mordaza Teniendo en cuenta los objetivos planteados en este proyecto, la capacidad de esta segunda sujeción debe ser de capacidad máxima ½”, es por ello que se implementa un mandril de taladro de tres conos convencional con adaptación de rosca de ½”.. Imagen 7-2 a-b. Mandril Rohm de ½” Diámetro máximo. Adaptación tipo rosca ½ UNC. 7.3.4. Selección de Rodamiento Debido a la configuración de la mordaza de sujeción, se sigue el mismo procedimiento de selección de apoyos del eje de transmisión para su selección, con la diferencia que debe ser un rodamiento recto y no chumacera. El procedimiento es igual al anteriormente mencionado [11]. a&8 Apoyo del sistema de carga. a&8. &. &. . < 60 ' . q r <¦ 60. ' 2426,9181. . < 60 ' . q r ' 545,6 < 60. ' 545,6. &. 1400 U 6600 U 60 n q r ' 2080,4 1p10. ' 9,25. Del catalogo de selección del productor SKF se encontró que el rodamiento de referencia YAT 203-008 resiste 9,56kN de carga dinámica y permite altas velocidades de trabajo (9500 rpm máximas).. 35.

(48) 7.3.5. Eje de Sujeción Un eje de ½” de diámetro de acero A4140 Q&T @540ºC con rosca de 1/2-13 UNC 13.4. Este eje es utilizado para sostener el sistema de carga. El análisis de este eje es mínimo pues es un elemento que se encuentra libre en el sistema de carga y no sufre de cargas variables que puedan generar fatiga por lo que se desprecia una deformación que pueda generar oscilaciones no deseadas o vibraciones al sistema.. Figura 7-16. Eje sistema de carga. Imagen 7-3. Eje sistema de carga maquinado. 7.4. Base del Sistema Para hacer un sistema totalmente rígido, se escoge una lámina de ¼” de espesor de acero estructural A36, donde se apoyará la fuente motriz y la base del eje de transmisión. Debido al posicionamiento del motor es necesario colocar una base de apoyo para el eje de transmisión y la cual se apoyara a su vez en la lámina base. Esta última es una U de lámina de ¼” de espesor en acero A36. Para mejorar el deslizamiento y vibraciones del sistema en marcha toda la base se apoyara en cauchos prensados de 2 ½” de diámetro y 1 ½” de longitud. La unión de las bases se hace por medio de soldadura MIG [Anexo 10]. Figura 7-17. Isométrico base del sistema de pruebas. Figura 7-18. Vista superior base sistema de pruebas Figura 7-19. Vista lateral base sistema de carga. 36.

(49) 8. Especímenes de Prueba (Probetas) Los especímenes de prueba contarán con la libertad de poseer diferentes tipos de diámetros y la relación de los mismos para diferentes conjuntos de pruebas. Uno de los objetivos específicos es el de permitir diámetros mayores hasta ¾” máximos y diámetros menores hasta ½” máximos. Para el caso de experimentación de este proyecto se utilizaran probetas con concentrador de esfuerzo tipo hombro sometido a cargas puntuales en el extremo de las mismas a una velocidad de giro de seis mil seiscientas revoluciones por minuto (6600 rpm). 8.1. Experimento Propuesto Para obtener un buen resultado estadístico se tiene en cuenta las recomendaciones de trabajos anteriores de pruebas de fatiga [6] y se propone un conjunto de diez (10) pruebas para caracterizar una curva esfuerzo-vida de especímenes con concentrador de esfuerzo tipo hombro. La especificación de las probetas se muestra a continuación. Diámetro Mayor Diámetro Menor Radio del Hombro. ' 5/8" ' 15,87AA ' 3/8" ' 9,52AA ' 1AA. Con dicha geometría se procede a la fabricación de las mismas y posteriormente al análisis teórico de falla para el espécimen y su rango de carga. 8.2. Reacciones, Cortantes, Momentos, Pendientes y Deflexiones Sobre el Espécimen de Prueba Para estos cálculos se hace el análisis sobre la probeta partiendo de la geometría de la misma. En este caso se presentará una configuración de probeta y sobre la misma se realizara el análisis de carga. De igual manera como se realizo el análisis de cargas sobre el eje de transmisión, se analiza las reacciones sobre las probetas y sus efectos de cortante, momentos flectores, pendientes y deflexiones.. Figura 8-1. Isométrico espécimen de prueba. 37.

(50) Imagen 8-1. Especímenes de prueba. El análisis varia con el eje de transmisión, dado que la ubicación para que se presente falla y se logre el experimento es en el hombro de la muestra que se implemente en la maquina y tomando las condiciones máximas de carga. Los resultados se muestran a continuación.. Figura 8-2. Fuerzas actuantes sobre espécimen de prueba. Formulas a usar:. Figura 8-3. Representación de carga puntual sobre un cuerpo uniforme. ' 4 © 2 4. ª`&. # ' 4 © 2 4. ª8 ' 4 © 2 4. ª& 38.

(51) Probeta D=5/8”, d=3/8”, r=1mm Reacciones Mordaza Cambio Sección Carga. Valor [N] 528,3. Posición 1. 528,3 -528,3. 2 3. Tabla 8-1. 8 Reacciones sobre el espécimen de prueba. Distancia 0 50 100. Cortante Inicio Sección V (N) 528,3 528,3. Momento Inicio Sección M (N (N-m) 52,83 26,415. Cortante Final Sección V (N) -528,3 -528,3. Momento Final Sección M (N-m) -26,415 0. Pendiente Deflexión (mm) (grados) 0 -0,1776 -0,6344. 0 -0,08611 -0,5069. Tabla 8-2. Cortantes, momentos, pendientes y deflexiones del espécimen de prueba. Gráfica 8-1. Diagrama cortantes ortantes plano YZ. Gráfica 8-2. Diagrama pendiente endiente plano YZ. Gráfica 8-3. Diagrama de momentos omentos plano YZ. 1. Gráfica 8-4. Diagrama de Deflexión plano YZ. 2. 3. Gráfica 8-1. Carga actuante sobre espécimen de prueba y posiciones de análisis plano YZ. 39.

(52) 9. Contador de Ciclos La implementación de un contador de ciclos es uno de los objetivos de este proyecto y como tal debe incorporarse para pruebas futuras realizadas en la Universidad y que de tal forma se logre la captación real de los conteos por espécimen hasta la presencia de fatiga. Realizando una investigación de los posibles sistemas de conteo se encontró que los sistemas mecánicos no soportan conteos superiores a 2000 vueltas por minuto, esto en el ámbito comercial y la razón es que los mecanismos de estos no soportan la velocidad de conteo requerida de 6600 vueltas por minuto. Los contadores láser óptico realizan conteos de revoluciones, realizando la misma función que se puede obtener con un estroboscopio y el costo de estos equipos portátiles son elevados para la realización del proyecto. La mejor opción es la de implementar un sistema electrónico de conteo ya sea por interrupción de luz o por cambios en un campo magnético inducido. De tal forma y en base a experimentación realizada se opto por el sistema óptico de interrupción. 9.1. Principio del Contador de Ciclos La detección de giro del eje de transmisión, que es la misma del giro del espécimen de prueba se realiza de la siguiente forma. Los optoacopladores (sensor) cuenta con una fuente luminosa constante y un sensor óptico el cual permanece en un estado de conducción eléctrica mientras el as de luz no sea interrumpido. Para lograr dicha interrupción se acopla una aleta (de color negro para mayor interrupción) al eje de transmisión del sistema de pruebas (maquina de fatiga). Cada vez que se realiza un giro, dicha aleta corta el as de luz produciendo un cambio de conducción en el sensor óptico de conducción a no conducción eléctrica. Estos cambios producidos generan una señal de pulsos correspondiente a los giros del eje de transmisión, los cuales deben ser conformados y ajustados para luego entregarlos al circuito que realiza el conteo y visualización de los giros, llamada CPU. El ajuste y conformación se logra por medio de un integrado LM 555, la CPU del sistema es el micro controlador Motorola MC68HC908GP32 y el optoacoplador corresponde a un 4N25. La unidad de procesamiento central CPU está desarrollada desde el micro controlador anteriormente mencionado, la cual recibe el tren de pulsos ya conformados, a partir de un programa (software realizado en ASSEMBLER) realiza el conteo de dichos pulsos durante un tiempo determinado, visualiza el estado de operación del sistema y el resultado del conteo durante un tiempo determinado. El diagrama esquemático del circuito se presenta en el Anexo 9.. 40.

(53) Figura 9-1. Diagrama de bloques contador de ciclos. 41.

(54) Componentes circuito contador de ciclos Circuito de corrección de pulso. 6. Imagen 9-1. LM 555 CM 8. Imagen 9-3. LM 7805. Circuito de procesamiento central de conteo Sensor óptico de conteo. 9. Imagen 9-4. 4N25. 7. Imagen 9-2. MC68HC908GP32 Motorola. Regulador de voltaje. 6. 8. http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/ 8/0uo0yalwj89tzplj010ht9f5o9ky.pdf. http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/fa irchild/LM7805.pdf. 7. 9. http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/m otorola/MC68HC908GP32.pdf. http://diec.unizar.es/~barragan/libroABEL_arch ivos/p1_10.pdf. 42.

(55) 9.2. Implementación del Contador de Ciclos La línea de corriente en la experimentación sufre un salto el cual reinicia el contador de ciclos, es por ello que este se alimentara de manera independiente por una fuente de cinco voltios (5V). Para que el contador no sufra desajuste por vibraciones de operación se coloca el sensor óptico sobre la base del sistema de carga. El circuito quedará montado sobre una baquela y a su vez sobre una caja para asegurar la integridad estructural del mismo.. Imagen 9-5. Contador de ciclos de prueba para sistema de fatiga.. Imagen 9-6. Contador de ciclos final para sistema de fatiga. 43.

(56) 10. Fabricación de Piezas La fabricación de las piezas de maquinado se deben producir asegurando la geometría especifica y las tolerancias permitidas para la unión de elementos y completar el sistema para las pruebas y su confiabilidad para operación. Es por ello que los materiales mecanizados como probetas y ejes serán maquinados en el torno CNC (Computer Numerical Control) del laboratorio de manufactura de la Universidad. Para llevar a cabo estas operaciones es necesario el estudio, investigación, programación, corrección y ejecución de dicho programa para obtener las piezas deseadas. 10.1. Probetas Para realizar las pruebas de fatiga se necesitan treinta probetas de similar geometría y de desviación mínima en sus dimensiones, es por ello que la necesidad de un procedimiento de producción con una herramienta de precisión se vuelve fundamental. Dicho esto se procede a utilizar el torno CNC. 10.1.1. Criterios CNC Teniendo en cuenta la geometría de las herramientas de corte del torno CNC y buscando obtener la geometría deseada en los especímenes para pruebas de falla se realizo la medición de la pastilla de corte y la cual tiene un radio de punta de 0,8mm y el cual se tiene que tener en cuenta para la programación del código g que realice el radio de 1mm en dichas probetas. 10.1.1.1. Herramientas de Corte El torno CNC cuenta con doce (12) herramientas para diferentes usos. En este caso se utilizará la pastilla inserto de corte KENLOC por Kennametal [Anexo 14], el centro punto de la máquina, la pastilla de tronzado, la broca para centro puntos. 10.1.2. Especificaciones de Corte Para las probetas de prueba se sigue las velocidades de corte y de avance recomendados por Robert Quesada [12]. En este caso para materiales ferrosos se recomienda una velocidad de husillo de 1500rpm con un avance longitudinal de desbaste de 0,1mm/revolución y profundidad de corte correspondiente a 0,5mm. Para el desbaste ó cilindrado de acabado superficial se recomienda una velocidad de 1800rpm y avance de 0,05mm/revolución. El programa CNC para estos especímenes de prueba se muestra en el Anexo 11. 10.1.3. Maquinado Probetas El maquinado de las probetas se dio en un tiempo de tres minutos y cuarenta segundos entre una y otra probeta. La muestra de la probeta final se muestra como sigue.. 44.

(57) Imagen 10-1. Maquinado de probetas para prueba de falla en torno CNC. 10.2. Eje de Transmisión El material del eje de transmisión cumple con especificaciones parecidas al de los especímenes de prueba, puesto que se busca precisión y tolerancias permitidas en el diseño para un buen ensamblaje de piezas. La utilización del torno CNC para la fabricación de esta pieza se hace necesaria. 10.2.1. Criterios CNC El material del eje de transmisión es un material ferroso y se procede bajo las recomendaciones del autor Robert Quesada. 10.2.1.1. Herramientas de Corte Las herramientas de corte a usar son las mismas que las de los especímenes de prueba. 10.2.2. Especificaciones de Corte El material del eje de transmisión genera una velocidad de husillo recomendada de 1500rpm con un avance longitudinal de desbaste de 0,1mm/revolución y profundidad de corte correspondiente a 0,5mm. Para el desbaste ó cilindrado de acabado superficial se recomienda una velocidad de 1800rpm y avance de 0,05mm/revolución, condiciones iguales a las de las probetas de prueba. Para el cuñero se realizará el maquinado en la fresa convencional con una fresa de 5mm una profundidad de 0,5mm/pasada y un avance de 0,1mm/revolución. El programa CNC para este elemento se muestra en el Anexo 12 10.2.3. Maquinado Eje de Transmisión El tiempo de maquinado para el eje de transmisión fue de cinco minutos con cuarenta segundos, el tiempo de fresado del cuñero se realizo en veinte minutos desde el montaje de este en la fresa. El producto final del eje se muestra a continuación. 45.

(58) Imagen 10-2. Resultado del eje de transmisión maquinado. Imagen 10-3. Geometría eje de transmisión terminado. 10.3. Eje Sistema de Carga Para este sistema de carga la operación de maquinado contiene una rosca, la cual se puede realizar en un torno convencional y no hay necesidad de programar para realizar dicha rosca. 10.3.1. Criterios Maquinado Se necesita una barra de ½” de diámetro no mayor a 50mm, se realiza un “despique” de la pieza con un buril de HSS en forma rectangular. Una vez se obtenga el diámetro mayor de la rosca se procede a utilizar una hembra (tarraja) para obtener la rosca 1/213 UNC. 10.3.1.1. Herramientas de Corte La herramienta de corte es un buril afilado de acero rápido (HSS). Para generar la rosca rectificada se utilizará una tarraja hembra 1/2-13 UNC para generar los hilos de paso de la rosca de forma manual. Para cortar el pedazo de barra se utilizó una segueta convencional. 10.3.2. Especificaciones de Corte Las velocidades para cilindrado del torno convencional es de 1050rpm, el avance de 0,5mm/revolucion. Como la barra viene del díametro del mandril de sujecion, no se necesita dicho acabado ya que del proveedor viene rectificado, solamente la formacion de se realizará la rosca. Para esta rosca en el despique de material se usa una velocidad de husillo de 102rpm, con un paso de 1,4X10-5” para lograr los trece (hilos) por pulgada 46.