DISEÑO DE EJES

FATIGA DEL MATERIAL

 Análisis tradicional considera solamente la acción de fuerzas estáticas sobre los materiales.

 En diversas piezas de ingeniería las cargas aplicadas no son estáticas, sino que varían con el tiempo.

 Usualmente estas cargas son cíclicas.

 Diversos factores afectan comportamiento de los materiales.

 Si bien un material determinado posee propiedades definidas y tabuladas, estas se ven directamente afectadas por los procesos involucrados en la fabricación de la pieza y su geometría, entre otros.

 Al momento de diseñar elementos de máquinas se deben tomar en cuenta estos cambios en las propiedades del material, de lo contrario se corre el riesgo de que la pieza se fracture.

 Los esfuerzos cíclicos causan que las piezas se fracturen para estados de solicitaciones más bajos que los predichos por el análisis estático, lo que puede derivar en fallas inesperadas.

 A este fenómeno se le denomina fatiga de material.

 Ejemplos tradicionales de fallas por fatiga de material:

 Ejes

 Puentes

 Grúas

 Usualmente este tipo de fallas se presenta por un mal cálculo de las dimensiones de las piezas o bien por excesos respecto de las condiciones de diseño, aún cuando los cálculos estén bien hechos (abuso).

 Comportamiento de los materiales cambia según el número de ciclos de uso :

 Resistencia a la tensión del material estudiado se ve afectada

 Valor de referencia tomado del ensayo de viga rotatoria, bajo condiciones de carga y de fabricación estandarizadas

 Depende de la naturaleza del material, se obtiene lo siguiente:

Factores a considerar

Se = ka•kb•kc•kd•ke•kf • S´e

S´e: Resistencia Nominal a la Fatiga (Viga Rotatoria)‏

ka: Terminación superficial

kb: Tamaño

kc: Confiabilidad

kd: Temperatura

ke: Concentración de esfuerzos

kf : Efectos varios

Factor de Terminación Superficial - ka

 Rangos de rugosidad (terminación superficial) por tipo de proceso de manufactura

 Factores experimentales en función de la rugosidad y de la resistencia a la tracción del material para cada tipo de proceso de manufactura

Son de la forma

Terminaciones típicas son: Esmerilado, maquinado, etc.

Factor de Tamaño - kb

 Flexión y torsión secciones circulares:

 Kb en función del diámetro “d” dado por intervalos según manual Shigley.

 Flexión y torsión secciones no circulares: Se calcula un “diámetro equivalente” en función de las dimensiones principales de la sección.

 Sección rectangular (en función de a,b)‏

 Sección canal (en función de a,b,t,x)‏

 Sección doble T (en función de a,b,t,x)‏

Factor de Confiabilidad - kc

Concentración de Esfuerzos - ke

 Cuando hay muescas sobre una superficie, perforaciones en piezas, entalles en ejes, etc.

 Se deben consultar las tablas apropiadas según la geometría de la pieza en estudio y de las perforaciones presentes, puesto que este valor varía según diversos parámetros.

 Concentradores típicos son agujeros, hombros, reducciones.

 Ej: Agujero de radio r en eje.

Otros Factores - kf

 Dependen de factores tales como la corrosión, procesos de manufactura de la pieza, procesos químicos, etc.

 Para efectos prácticos no se considera mayormente estos factores, a excepción de aquellos casos especiales

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