Diseño De Maquinas

DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE

Para identifi car correctamente todas las fuerzas y los momentos potenciales sobre un sistema,

se requiere dibujar con precisión diagramas de cuerpo libre (DCL) para cada miembro

del sistema. Estos DCL deben mostrar la forma general de la parte, así como identifi car

todas las fuerzas y los momentos que actúan sobre ella. Quizás haya fuerzas y momentos

externos aplicados a la pieza desde afuera del sistema, así como fuerzas y/o momentos de

interconexión ahí donde cada pieza se une o hace contacto con partes adyacentes del montaje

o sistema.

Además de las fuerzas, así como de los pares conocidos y desconocidos mostrados

en el DCL, se defi nen las dimensiones y los ángulos de los elementos del sistema con

respecto a un sistema de coordenadas local ubicado en los centros de gravedad (CG) de

cada elemento.* Para el análisis de carga dinámica, las aceleraciones cinemáticas, tanto

angular como lineal (en el CG), necesitan conocerse o calcularse para cada elemento,

antes de efectuar el análisis de carga.

Tabla 1-1 Clases de carga

Cargas constantes Cargas variables con el tiempo

Elementos estacionarios Clase 1 Clase 2

Elementos móviles Clase 3 Clase 4

La clase 2 describe un sistema estacionario con cargas variables en el tiempo. Por

ejemplo, aunque es esencialmente estacionario, un puente está sujeto tanto a las cargas

variables de los vehículos que circulan sobre él como a la afectación del viento en su estructura.

La clase 3 defi ne un sistema en movimiento con cargas constantes. Aun cuando

las cargas externas aplicadas sean constantes, cualquier aceleración signifi cativa de los

miembros que se mueven puede crear fuerzas de reacción que varían con el tiempo. Un

ejemplo sería una cortadora de césped giratoria. Excepto en el caso de cortar por accidente

una piedra, cuando se usa las aspas experimentan una carga externa casi constante.

No obstante, las aceleraciones de las aspas giratorias pueden crear grandes cargas en sus

uniones. El análisis de cargas dinámicas es necesario en las clases 2 y 3.

Observe que si los movimientos en un sistema de clase 3 son tan lentos como para

generar aceleraciones insignifi cantes sobre sus miembros, califi caría como un sistema

de clase 1 y, por ende, recibiría el nombre de casi-estático. Un gato de tijera para automóvil

(véase la fi gura 1-5, p. 18) se considera un sistema de clase 1, puesto que la carga

externa (cuando se utiliza) es en esencia constante y los movimientos de los elementos

son lentos con aceleración insignifi cante. La única complejidad introducida por los movimientos

de los elementos en este ejemplo es la determinación de la ubicación, donde

las cargas internas sobre los elementos del gato serán máximas, pues varían conforme el gato se eleva, a pesar de que la carga externa es esencialmente constante.

La clase 4 describe el caso general de un sistema que, sujeto a cargas variables en el tiempo, se mueve muy rápido. Observe que incluso si las cargas externas son esencialmente constantes en un caso específi co, las cargas dinámicas desarrolladas sobre los elementos, debido a sus aceleraciones, simplemente variarán con el tiempo. La mayoría de las máquinas, sobre todo si se mueven con un motor eléctrico o de gasolina, son de clase 4. Un ejemplo del sistema es el motor de su automóvil. Las piezas internas (cigüeñal,bielas y pistones, entre otros) están sujetas a cargas que varían con el tiempo, por las explosiones de gasolina, pero también experimentan cargas

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