UMSA FACULTAD DE INGENIERÍA
U.M.S .A . Faculta Facultad de Ingeniería Ingeniería Ing. MEC , E LM y MTR MTR
ING. MEC – MEC – ELM ELM -MTR Elementos de Maquinas I (MEC 231)
Nombre: Univ. Marco Ariel Maldonado Ojopi Carrera: Ingeniería Mecatrónica A s i g natura: MEC 231 Fecha: 07/04/2018
PR AC TICA N° 1 F A L LA LA S R E S UL U L TA TA N TE TE S D E C A R G A E S T A TI T I CA C A Y C AR AR GA VARIA AB BLE 1.- Una barra de acero A IS I 1141 11 41 templado y revenido a una temperatura de 540° C , usando las teorías de energía de distorsión y el esfuerzo cortante máximo determinar el factor de seguridad de los estados de esfuerzos en el plano.
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2. - Una fundición de hierro ASTM, grado 30 (vea la tabla A-24), soporta una carga estática que provoca el estado de esfuerzos que se presenta a continuación en los puntos críticos. Elija y grafique el lugar geométrico de falla, también grafique las líneas de carga y estime los factores de seguridad en forma analítica y gráfica.
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3. Un elemento de acero tiene aplicados un número de torsión de 1000 lb-plg y una carga axial de 200 lb, como se muestra en la gráfica determinar: a) Esfuerzo cortante máximo b) El esfuerzo normal máximo c) El esfuerzo normal mínimo
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4. - Una barra circular corta de 2 pulgadas de diámetro tiene un par de 500 lb-pul y una carga de compresión de 15000 lb aplicada como se muestra en la figura determinar: a) Esfuerzo cortante máximo en la barra. b) Esfuerzo máximo de tracción en la barra. c) Esfuerzo máximo de compresión en la barra. d) El factor de seguridad de la barra
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5. - En la figura se muestra un eje montado en cojinetes, en los puntos A y D y tiene poleas en B y C . Las fuerzas que se muestran actúan en las superficies de las poleas y representan las tensiones de las bandas. El eje se hará de una fundición de AISI 1018 laminado en caliente usando un factor de diseño nd = 3.5. ¿Qué diámetro se debe usar para el eje?
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6. - En la figura se muestra una manivela sometida a una fuerza F = 180 lbf la cual causa torsión y flexión del eje de 3/4pulg de diámetro fijado a un soporte en e l origen del sistema de referencia. En realidad, el soporte puede estar en una situación de inercia que se desea hacer girar, pero para los propósitos de un análisis de la resistencia se puede considerar que se trata de un problema de estática. El material del eje AB es acero AISI 1018 laminado en caliente (tabla A-20). Mediante el empleo de la teoría del esfuerzo cortante máximo, encuentre e l factor de seguridad con base en el esfuerzo en el punto A.
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7. - Las fuerzas de engrane que se muestran en la figura actúan en planos paralelos al plano yz. La fuerza sobre el engrane A es de 320 lbf. Considere los cojinetes en O y B como apoyos simples. Para realizar un análisis estático y un factor de seguridad de 3.5, use la energía de distorsión para determinar el diámetro del eje con seguridad mínima. Considere que el material tiene una resistencia a la fluencia de 60 kpsi.
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8. - Estime la resistencia a la fatiga de una muestra de viga rotativa, hecha de acero AISI 1020 laminado en caliente, correspondiente a una vida de 12.5 kilociclos de esfuerzo reversible. También determine la vida de la muestra corre spondiente a una amplitud del esfuerzo de 36 kpsi. Las propiedades conoc idas son S ut = 66.2 kpsi, σ 0 = 115 kpsi, m = 0.22 y ε f = 0.90.
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9. - Una viga en voladizo, hecha de acero C-1025 estirado en frío y de sección trasversal circular, como muestra la figura 6-7, e stá sometida a una carga que varía de -F a 3F' Determinar la carga máxima que puede soportar el elemento para una vida indefinida usando un factor de seguridad n = 2. Un modelo fotoelástico indica que el factor teórico de concentración de esfuerzos es K t = 1.42 y la sensibilidad a Ia entalla para un radio de 1/8 pul para este material es q = 0.9. Hacer el análisis en el cambio de sección trasversal' únicamente.
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10. Una varilla de acero AISI 1050 laminado en caliente de sección transversal circular está sometida a un momento flector variable de 500 a 1000 lb-pul mientras la carga axial varia de 100 a 200 lb. El momento máximo de flexión se presenta en el mismo instante a que la carga axial es máxima. Diseñar para un factor de seguridad de 2, si el ambiente de operación se encuentra a 200 °C y se necesita una confiabilidad de 96%. Despreciar cualquier concentración de esfuerzo, determinar el diámetro requerido de la varilla según los criterios de: a) Criterio de falla Soderberg b) Criterio de falla Goodman modificado c) Criterio de falla Gerber
d) Criterio de falla ASME-elíptica
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11. -Una barra de acero AISI 1045 laminado en caliente soporta una carga cíclica ����= 95 ��, ��� un hasta de límite una de resistencia a la fatiga corregido −15 � =de �� = 45que de forma el número ciclos falla por fatiga estime
usando el criterio de: a) Criterio de falla Goodman modificado b) Criterio de falla Gerber
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12. - Una varilla de acero AISI 1045 estirado en frio debe someterse a una carga de torsión que varía de 1000 lb hasta 2500 lb. Determiné el diámetro de la varilla usando en factor de diseño de 2.5 si el ambiente de operación se encuentra a 100 °C aproximadamente y se necesita una confiabilidad del 99.9% según: a) Criterio de falla Soderberg b) Criterio de falla Goodman modificado c) Criterio de falla Gerber
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13. - La barra de acero AISI 1018 estirada en frío que se muestra en la figura, se somete a una carga de tensión fluctuante de entre 800 y 3 000 lbf, el radio de la muesca es ¼ de pulg y los valores de w y d son 1 y ¾ de pulg. respectivamente. Calcule los factores de seguridad n y y nf mediante a) el criterio de falla por fatiga de Gerber, como parte del diagrama de fatiga del diseñador, y b) el criterio de falla por fatiga de ASME-elíptico, como parte del diagrama de fatiga del diseñador.
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14. - En la figura que se muestra, el eje A, hecho de acero laminado en caliente AISI 1010, se suelda a un soporte fijo y está sometido a cargas mediante fuerzas F iguales y opuestas a través del eje B. Una concentración del esfuerzo teórica K ts de 1.6 se induce mediante el chaflán de 3 mm. La longitud del eje A desde el soporte fijo hasta la conexión en el eje B es de 1 m. La carga F se cicla desde 0.7 hasta 2,5 kN. a) Encuentre el factor de seguridad del eje A para la vida infinita usando el criterio de falla por fatiga de Goodman modificado. b) Repita el inciso a) pero aplique el criterio de falla por fatiga de Gerber.
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15. - En la figura se muestra el dibujo de un resorte de una cerradura con una sección transversal de 3 por 18 mm. Se obtiene una precarga durante el ensamble mediante una cuña debajo de los pernos para o btener una deflexión inicial estimada de 2 mm. La operación propia de la cerradura requiere una deflexión adicional de exactamente 4 mm. El material es acero al alto carbono esmerilado, doblado y luego endurecido y revenido a una dureza mínima de 490 Bhn. El radio del doblez mide 3 mm. Estime que la resistencia a la fluencia es de 90% de la resistencia última. a) Encuentre las fuerzas máxima y mínima del cerrojo. b) ¿Es probable que el resorte falle por fatiga? Use el criterio de Gerber
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Aux. Univ. Roger Mario Huanca Rivero
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