GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO APRENDIZAJE Y DOCENCIA

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PLAN DE ASIGNATURA / SEMINARIO / MÓDULO

PROGRAMA:

PLAN DE ESTUDIOS: III

Ingeniería Mecatrónica

ACTA DE CONSEJO DE 077 FACULTAD/DEPTO./CENTRO: 1. DATOS GENERALES

ASIGNATURA/MÓDULO/SEMINARIO:

CÓDIGO:

CRÉDITOS

926022

ACADÉMICO

DISEÑO MECÁNICO

S: 3

COMPONENTE: OBLIGATORIO

ÁREA/MÓDULO: Diseño

SEMESTRE:

CAMPO:

Aplicado

VI

FORMACIÓN PROFESIONAL MODALIDAD:

PRESENCIAL

VIRTUAL

BIMODAL

X PRERREQUISITOS/CORREQUISITOS: RESISTENCIA DE MATERIALES, MECANISMOS FECHA DE ELABORACIÓN:

VERSIÓN: 1

Octubre 25, 2010

FECHA DE ACTUALIZACIÓN:

2. JUSTIFICACIÓN Todo producto ó proceso siempre satisface una necesidad particular. Por lo regular un producto, ó procesos, siempre implican partes móviles que transmiten energía y logran un patrón específico de movimiento. Un sistema mecánico se compone de varios dispositivos mecánicos. En consecuencia, para construir un sistema mecánico es necesario tener amplios conocimientos en el diseño de los elementos mecánicos independientes que lo componen. En el diseño de elementos de máquinas se integran y aplican todos los conocimientos y habilidades adquiridos por el estudiante dentro del área de mecánica. El diseño se constituye en la parte fundamental del desarrollo de productos y procesos y consiste en la determinación de tamaños, formas, ajustes y selección adecuada de materiales. Para lo anterior habrá que tener en cuenta

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procesos de fabricación consecuentes, selección de partes estandarizadas y cumplimiento de normas; con detalles suficientes que permitan su fabricación y ensamble competitivos.

3. METAS DE APRENDIZAJE



Clarificar el significado de los términos diseño, diseño en ingeniería y diseño mecánico.



Estudiar el proceso de diseño entendido como un método para alcanzar la solución sistémica y ordenada de los problemas de ingeniería.



Estudiar los criterios de diseño por cargas estática y dinámica aplicables al diseño de elementos de máquinas sometidos a la acción de cargas combinadas y alternativas.



Aprender a dimensionar y seleccionar elementos de transmisión de potencia de una forma óptima.



Aprender a dimensionar y realizar el montaje de ejes para transmitir potencia de una forma adecuada.



Aprender a seleccionar componentes comerciales como bandas, cadenas y rodamientos. 4. TEORÍAS Y CONCEPTOS

UNIDAD 1. PROCESOS DE DISEÑO En esta unidad el estudiante reconoce ejemplos de sistemas mecánicos en los que es necesario aplicar los principios que se analizaron durante asignaturas previas, esto, para que su diseño sea completo, elabora una lista de los conocimientos de diseño que se requieren para realizar un diseño mecánico que resulte competitivo, describe la importancia de integrar elementos de maquinaria independientes en un sistema mecánico más integral, plantea enunciados relativos a funciones y especificaciones de diseño para dispositivos mecánicos y establece un criterio para

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evaluar propuestas de diseño. 

Introducción, presentación, justificación



Reconocimiento de una necesidad



Especificaciones y requerimientos



Análisis de alternativas



Síntesis de un diseño creativo



Diseño preliminar y desarrollo



Diseño detallado



Construcción de prototipos y pruebas vs. modelaje



Diseño para producción o Factor de seguridad o Confiabilidad o Seguridad

UNIDAD 2. DISEÑO PARA DISTINTOS TIPOS DE CARGA Aquí el estudiante identifica varios tipos de carga que, por lo general, encuentran las piezas de máquinas, como la carga estática, alternativa, variable, por choque o impacto, y aleatoria, define el término razón o relación de carga y calcular su valor para los diferentes tipos de carga, define el concepto de fatiga y que lo afecta, define la propiedad de los materiales que corresponde a resistencia por durabilidad y determinar estimaciones en cuanto a su magnitud para distintos materiales, reconoce los factores que afectan la magnitud de resistencia por durabilidad, hace una definición del término factor de diseño, especifica un valor adecuado para el factor de diseño, define la teoría de falla por tensión normal máxima, menciona la definición de teoría de falla por tensión máxima por esfuerzo de corte, define la teoría de distorsión de la energía o teoría de Von Mises, hace una descripción del criterio de Soderberg y lo aplica al diseño de piezas que se ven sometidas a la acción esfuerzos alternativos. 

Tipos y razón de carga



Resistencia por durabilidad



Factores que afectan la resistencia por durabilidad

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

Estimación de la resistencia por durabilidad real, S'n



Diseño para distintos tipos de carga



Predicción de fallas



Factores de diseño



Métodos para calcular la tensión de diseño



Ejemplos de problemas de diseño

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UNIDAD 3. TORNILLOS Y JUNTAS APERNADAS En esta unidad el estudiante define los términos tolerancia, margen, tolerancia unilateral y tolerancia bilateral, describe las relaciones entre tolerancias, procesos de producción y costo, especifica tamaños básicos para las dimensiones de acuerdo con un conjunto de tamaños que se prefieren, utiliza la norma ANSI B4.1, Límites preferenciales y ajustes para piezas cilíndricas, para especificar tolerancias, ajustes y márgenes, especifica ajustes de transición, de interferencia y de fuerza, calcula la presión que se genera entre partes o piezas que se ven sujetas a ajustes de interferencia y los esfuerzos o tensiones resultantes entre piezas en contacto e identifica diferentes tipos de acabados su uso e importancia / costo en el proceso de manufactura y en el desempeño del elemento de máquina. 

Factores que afectan las tolerancias y los ajustes



Tolerancias, procesos de producción y costo tamaños básicos recomendables



Ajustes para juego



Ajustes de interferencia



Ajustes de transición



Diseño resistente de productos



Tensiones para ajustes de fuerzas

UNIDAD 4. JUNTAS SOLDADAS En esta unidad el estudiante entiende los usos, conveniencias y desventajas de uniones soldadas, identifica los diferentes tipos de uniones comúnmente usadas, comprende el comportamiento mecánico de uniones soldadas y lista los diferentes tipos de procesos de soldadura.

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

Conveniencia de estructuras soldadas e inconvenientes metalúrgicos



Tipos de uniones: a tope, ángulo, traslapadas, en J



Esfuerzos de cálculo



Procesos de soldadura: GMAW, TIG, MIG

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UNIDAD 5. COJINETES DE CONTACTO RODANTE En esta unidad el estudiante identifica los tipos de cojinetes de contacto giratorio disponibles en el mercado y selecciona el tipo adecuado para un uso específico, se considera la manera en que se cargan y las condiciones de operación, utiliza la relación entre las fuerzas a que se someten los cojinetes y la expectativa de vida de éstos para calcular los factores críticos en la selección de cojinetes, utiliza la información del rendimiento de los cojinetes que proporcionan los fabricantes para especificar los cojinetes adecuados para un uso específico, sugiere valores de vida útil de diseño de los cojinetes, calcula la carga equivalente en un cojinete correspondiente a las combinaciones de carga axial y carga de empuje que se le aplican, especifica detalles de montaje para cojinetes que afectan el diseño de la flecha en la cual se va a asentar el cojinete y su chumacera de montaje, calcula las cargas equivalentes en cojinetes ahusados de contacto giratorio, describir el diseño especial de los cojinetes de empuje, comprende ciertas consideraciones de índole técnica que intervienen en el uso de cojinetes, incluye lubricación, sellos, velocidad límite, tipos de tolerancias en cojinetes y estándares de fabricación y uso de cojinetes y toma en cuenta los efectos de distintas cargas sobre la expectativa de vida útil y la especificación de cojinetes. 

Tipos de cojinetes



Vida de los cojinetes



Efecto Carga-vida del cojinete, a confiabilidad constante



Efecto de confiabilidad - vida



Efecto de Carga - Confiabilidad – Vida



Selección de cojinetes de bolas y de rodillos cilíndricos



Selección de cojinetes de rodillos cónicos

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

Montaje y alojamiento



Lubricación



Condiciones ambientales de trabajo

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UNIDAD 6. TRANSMISIÓN DE POTENCIA POR ENGRANAJES En esta unidad el estudiante describe la geometría de engranes, calcula las dimensiones de sus características claves, calcula las fuerzas que ejerce un engrane sobre elementos relacionados, calcula esfuerzos debido a la flexión en los dientes de engrane y especifican materiales adecuados para que soporten esos esfuerzos, describe la geometría de engranes biselados y calcula las dimensiones de características clave, analizar las fuerzas que ejerce un engrane biselado sobre otro y demuestra cómo estas fuerzas son transmitidas hacia los ejes los soportan, describe la geometría de tornillos sinfín y sus mecanismos, calcula las fuerzas que genera un mecanismo de engranaje de tornillo sin fin y analiza el efecto que surten sobre los ejes que los soportan, calcula la eficiencia de impulsores de mecanismo de engranaje de tornillo sin fín, diseña y analizar impulsores de mecanismo de engranaje de tornillo sin fín, define los términos embrague y freno, describe un freno seguro contra fallas, hace una descripción de un módulo embrague-freno, define la inercia de un sistema en términos de su masa, calcula las necesidades de disipación de energía de un embrague o de un freno, determina el tiempo de respuesta para un sistema de embrague-freno, menciona seis métodos de actuación que se utilizan para frenos y embragues, calcula embragues y frenos tipo placa, disco calibrador, cono, tambor, zapata y de banda. 

Terminología de los engranajes



Ley fundamental de los engranajes

Engranajes rectos 

Dientes de los engranajes



Interferencia



Carga de los dientes



Concentración de esfuerzos

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

Ecuación de la AGMA



Trenes de engranajes

Engranajes helicoidales 

Terminología de los engranajes helicoidales



Carga dinámica para engranajes helicoidales



Esfuerzos

Engranajes helicoidales cruzados y Tornillos Sinfín 

Terminología de los tornillos sinfín



Resistencia de los tornillos sinfín



Carga dinámica



Desgaste



Eficiencia

Embragues, Frenos, Acoples 

Principios de funcionamiento



Embragues de disco, selección y aplicación



Embragues cónicos, selección y aplicación



Frenos de banda, selección y aplicación



Frenos de disco, selección y aplicación



Clases de acoples y criterios de selección

Transmisión por correas y por cadenas: selección y aplicación 

Tipos de correas



Impulsores de banda en V



Selección de impulsores de banda en V



Impulsores de correa



Selección de impulsores de cadena



Variación de velocidad por correas en V

UNIDAD 7. DISEÑO DE EJES

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En esta unidad el estudiante propone geometrías razonables para que los ejes soporten una amplia gama de elementos que transmiten potencia al prever la ubicación segura de cada elemento y la transmisión, de potencia o energía en forma confiable, calcular las fuerzas que ejercen sobre los ejes los engranes y componentes soportados, determina la distribución del torque en los ejes, elabora gráficas de cortante y momento felctor para ejes en dos planos, considera los factores de concentración esfuerzos que por lo general se encuentran en el diseño de flechas o ejes, especificar esfuerzos diseño apropiadas para los ejes, especifica dimensiones finales razonables para los ejes que satisfagan las especificaciones de resistencia y las consideraciones de instalación de manera que sean compatibles con los elementos que se montan en los ejes o flechas, dimensiona y selecciona materiales para chavetas. 

Procedimiento de diseño de flechas o ejes



Fuerzas que ejercen elementos de maquinaria sobre flechas o ejes



Concentración de tensiones en flechas o ejes



Tensiones de diseño para flechas o ejes



Flechas y ejes sólo en flexión y torsión



Diseño de cuñas