El diseño de la máquina para ensayos de fatiga es conocida la Máquina para la Prueba de moore

Adaptación Tecnológica de una Máquina de Ensayos Moore

César Molina A.(1) Manuel Helguero G.(2)

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (1),

Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)

Campus Gustavo Galindo, Km 30.5 vía Perimetral

Apartado 09-01-5863. Guayaquil-Ecuador

crmolina@espol.edu.ec (1)

Ing. Mecánico, Profesor FIMCP-ESPOL, mhelguero@rack-plus.com (2)

Resumen

En los laboratorios de la Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción, se encuentran

máquinas de diferentes tipos para que los alumnos puedan realizar las prácticas necesarias para completar su

aprendizaje; éstas fueron adquiridas hace mucho tiempo. Esta tesis tiene por objetivo efectuar el diseño de una

máquina para realizar ensayos de fatiga conocido como “Ensayos Moore”, que se pueda construir con un costo

bajo. Para la adaptación tecnológica de esta máquina se procedió a realizar todo el proceso de diseño mecánico

estableciendo criterios que fueron de gran utilidad para todo el proceso de toma de decisiones como selección de

elementos mecánicos y métodos de análisis de diseño aprendidos para el cálculo de las dimensiones y tipos de

materiales a emplearse para todas las partes que constituyen esta máquina, de acuerdo a las necesidades de

funcionabilidad de la misma.

Palabras Claves: Adaptación, tecnológica, máquina, Moore.

Abstract

In the Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción laboratories, the machines of different

types are, so that the student can make their necessary practices in order to complete their learning; these

machines were bought some time ago. This thesis has the objective of making a design of a machine to realize

fatigue test known as “Moore Test”, that can be built in a very low price. For the technological adaptation of this

machine it was necessary to follow all the process of the mechanical design establishing criteria that were of great

use for the process in deciding how to select the mechanical element and the analysis methods of the design learnt

for the calculus of the dimensions and types of materials to be used for all the parts that compose this machine

according to its function necessities.

Repositorio de la Escuela Superior Politécnica del Litoral

Artículo Tesis Grado

1. Introducción

Las piezas de maquinarias pueden estar sujetas

durante toda su vida útil a cargas estáticas únicamente,

pero la mayor parte sufren cargas y esfuerzos que

varían con el tiempo. Los materiales se comportan de

una manera distinta en respuesta a cargas variables que

frente a cargas que se mantienen estáticas. La mayor

parte del diseño de máquinas trata del diseño de piezas

para cargas que varían con el tiempo, por lo que se hace

necesario el análisis de la resistencia a la fatiga de los

materiales bajo estas condiciones de cargas.

Es importante por tanto el estudio de la teoría del

diseño y construcción de las máquinas basándose

principalmente en el estudio de la fatiga de los

materiales para obtener como resultado máquinas que

tengan una mayor vida útil y con la mayor seguridad.

La presente tesis tiene por objetivo el diseño de una

máquina de ensayos de fatiga que se pueda construir a

un costo bajo y que sea funcional y segura de operar.

Identificación de la necesidad

En la actualidad, el estudio de la fatiga de los

materiales como componentes de estructuras y

máquinas se lo realiza de una manera teórica, debido a

que no existe una máquina que pueda ser utilizada por

los profesores para elaborar prácticas de laboratorio con

el fin de demostrar de una manera experimental este

tema.

Surge la necesidad de que en la carrera de Ingeniería

en Mecánica exista una máquina para realizar ensayos

de fatiga, que ayude a entender de una manera más

clara este concepto, sirviendo de complemento a los

conocimientos teóricos.

1.1.Objetivos

El principal objetivo del presente trabajo es realizar

el diseño de una máquina para ensayos de fatiga,

conocida como Máquina de Ensayos Moore; que sea

segura, eficiente, práctica y que se adapte a los

requerimientos y especificaciones establecidos.

Los objetivos específicos son:

- Poner en práctica el análisis y consideraciones de

diseño.

- Calcular las fuerzas, cambios de energía y

movimientos con el fin de determinar las dimensiones,

forma y materiales necesarios para cada una de las

partes de la máquina.

- Tener en consideración las condiciones de falla de

cada uno de los elementos de la máquina y diseñarlos

para evitar tales condiciones, mediante el análisis de

esfuerzos y deflexión de los mismos.

- Realizar el diseño de una máquina que pueda ser

utilizada para prácticas de laboratorio en el área de

diseño.

1.2.Especificaciones y requerimientos

La máquina debe poseer una serie de

especificaciones que permitan que sea de fácil

operación y que además brinde la seguridad de los

resultados obtenidos con los ensayos que se realicen

con la misma.

La carga máxima que debe soportar el equipo es de

aproximadamente 40Kg; éste valor depende del tipo de

materiales que se van a emplear para realizar los

ensayos en la misma

La máquina a diseñar no requiere soportar una gran

temperatura de operación; además trabajará en un lugar

donde la superficie del suelo es plana y su forma de

ubicación es estacionaria.

La máquina no está diseñada para realizar ensayos

continuos de probetas, ya que su utilización es sólo para

fines didácticos.

Su diseño debe ser lo más simple posible, que brinde

facilidad en el mantenimiento y en su operación.

El costo de materiales y construcción debe ser el

menor posible, para que marque una gran diferencia en

comparación con los precios de la misma en el

mercado.

Su aspecto debe resultar atractivo y adecuado para su

aplicación, con una excelente ergonomía.

Debe utilizar para las pruebas las probetas que se

encuentran estandarizadas para este tipo de ensayos.

2. Diseño de forma

2.1. Análisis de las funciones de la máquina

La fuente de potencia de la máquina está

suministrada por un motor, que por medio de un acople

permite la rotación de los ejes que soportan la probeta

de ensayo. Tanto los ejes como la probeta tienen una

rotación libre con un momento torsor bajo que se

produce por la resistencia para hacer girar a los

rodamientos que soportan el sistema de ejes.

Para realizar el ensayo de fatiga es condición

necesaria que los ejes se encuentren girando, sometidos

a la acción de los pesos de prueba; esto hace que la

probeta esté sometida a flexión pura solamente con

esfuerzos alternantes.

Los rodamientos de los extremos poseen rotación

libre para evitar el empotramiento en los extremos de

ambos ejes al momento de la rotura de la probeta y los

rodamientos centrales permiten el giro completo de los

ejes.

Sistema de transmisión de rotación. Se selecciona

el sistema transmisión de rotación por acoplamiento

flexible de elementos flexionantes, por ser el más

conveniente para nuestros requerimientos de

funcionamiento de la máquina, debido a que se usan

para conectar ejes sujetos a uno o más especies de

desalineamiento, para transmitir el par de un eje a otro y

para reducir el efecto de las cargas de choque e impacto

Repositorio de la Escuela Superior Politécnica del Litoral

Artículo Tesis Grado

que pudieran ser transferidas entre flechas. En algunos

de los diseños se usa material flexible como el hule.

Están diseñados para que proporcionen una elasticidad

apropiada y amortiguamiento para el control de la

vibración torsional, lo mismo que para trabajar con

desalineamiento. Además este acople absorbe y

amortigua las irregularidades del par, acepta

desalineaciones y diferencias entre los ejes para

transmisión, permite una construcción ligera brindando

una mayor economía y no tiene juego siendo de esta

manera silencioso, sin fricción y no necesita de engrase.

Sistema de sujeción de la probeta. De acuerdo al

requerimiento de facilidad al momento del montaje y

desmontaje de la probeta al momento de la realización

del ensayo se escoge la alternativa de sujeción por

medio de mordazas.

Sistema de apoyo de los ejes. El sistema de ejes

para transmisión tiene un sistema de apoyo con soportes

de pie con rodamientos que permitan una rotación libre

para evitar el empotramiento en los extremos de ambos

ejes al momento de la rotura de la probeta. Además este

sistema presenta una buena rotación por parte de los

rodamientos en su carcasa debido a que su característica

de autoalineantes

...