diseño de elementos de máquinas - robert l. mott(10)

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  • 4

  • DISEO DE ELEMENTOS DE MQUINASCuarta edicin

    Robert L. Mott, P. E.University of Dayton

    TRADUCCIONVirgilio Gonzlez y Pozo

    REVISIN TCNICASergio Saldaa Snchez E S tM E Culhuacn Instituto Politcnico Nacional

    ngel Hernndez Fernndez ESI ME Culfruacn Instituto Politcnico Nacional

    Jaime Villanueva Snchez Instituto Tecnolgico de Chihuahua

    i- jlon S

    Mxico Argentina Hraul * Colombia Cosu Rir-* Chflc EcuadorEspaa Guatemala Fanami * Per * !\ierto R ico t U rapas v * Vtneineia

  • _____________ / Datos de catalogacin bibliogrfica

    M O T T R O B E R T L.

    Diseo de elementos de mquinas

    PEARSON EDUCACIN, Mxico, 2006

    ISBN: 970-26-0812-0 rea: Ingeniera

    Formato: 20 x 25.5 cm Pginas: 944

    Authorized translaon from the Engiish language cdttion, entied Machine eletneis by Roben L. Mot published by Pearson Education, Inc., publishing as PRENTICE HALL, INC., Copyright 2004, AU rights reserved.ISBN 013061SS53

    Traduccin autorizada de la edicin en idioma ingjs, Machine elemenis por Roben L- Mott, publicada por Pearson Educalion, Inc., publicada como PRENTICE-HALL INC. Copyright 2004, Todos los derechos reservados.

    Esta edicin en espaol es la nica autorizada.

    Edicin en espaolEditor. Pablo Miguel Guerrero Rosas

    e-mail: pablo.guenrero@pearsoned,com Editor de desarrollo; Bernardino M. Gutirrez Herande2 Supervisor de produccin: Jos D. Hernndez Garduo

    Edicin en inglsEditor In Chief: Stephen HelbaExecutive Editora Debbie YamellEditorial A ssistant: Jonathan TenthoEfProducton Editor: Louise N. SeiteProducton Supervisin; Carlisle Publishers ServicesDesign Coordinator. Diane EcnsbergerCover Designer: Jason MocreProducton Manager. Brian FoxMarketing Manager: Jimmy Siephens

    CUARTA EDICIN, 2006

    D.R. 2006 por Pearson Educacin de Mxico, S A. de C.V,Aacomulco 500-5o, piso Industrial Atoto53519 Naucalpan de Jurez, Edo. de Mxico E-mail: editorial.universidades@pearsoned.coni

    Cmara NacionaJ de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Nihl 1031

    Prenrice Hall es una marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.

    Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni pane de esta publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por ningn medio, sea electrnico, mecnico, fotoqufmco, magntico o electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.

    El prstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la autorizacin del editor o de sus representantes.

    ; ISBN 970-26-0812-0

    Impreso en Mxico. Prinied in Mxico.

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 09 08 07 06

  • Prefacio

    El objetivo de este libro es presentar los conceptos, procedimientos, datos y tcnicas de anlisis de decisiones necesarios para disear los elementos de mquinas que se encuentran con frecuencia en los dispositivos y sistemas mecnicos. Los alumnos que terminen un curso y usen este libro deben poder realizar diseos originales de elementos de mquinas e integrarlos en un sistema ms compleja.

    Para este proceso se requiere tener en cuenta los requisitos de funcionamiento de un componente individual, y las relaciones entre los diversos componentes, cuando trabajan juntos formando un sistema. Por ejemplo, se debe disear un engrane para transmitir determinada potencia a determinada velocidad. El diseo debe especificar la cantidad de dientes, su paso, su forma, el ancho de su cara, su dimetro de paso, el material y el mtodo de tratamiento trmico. Pero tambin ese diseo de engrane afecta y se ve afectado por el engrane vecino, el eje que sostiene al engrane y el entorno en que debe funcionar. Adems, el eje debe estar soportado por cojinetes, los cuales, a su vez, deben estar encerrados en una caja. Por tanto, el diseador debe tener en mente todo el sistema al disear cada uno de los elementos; enfoque con el que se abordan los los problemas de diseo en este texto.

    El libro est dirigido a quienes se interesen en el diseo mecnico prctico. Se subraya el uso de materiales y procesos fcilmente asequibles, y mtodos de diseo adecuados para obtener un diseo seguro y eficiente. Asumimos que la persona que leer este libro ser el diseador; esto es, el responsable de determinar la configuracin de una mquina, o parle de ella. Siempre que sea prctico se especificarn todas las ecuaciones, datos y procedimientos necesarios para elaborar el diseo.

    Esperamos que los alumnos que consulten este libro tengan conocimientos bsicos sobre esttica, resistencia de materiales, lgebra y trigonometra de nivel bachillerato. Seria til, aunque no es un requisito, tener conocimientos de cinemtica, mecanismos industriales, dinmica, ciencia de materiales y procesos de manufactura.

    Entre las cualidades que sobresalen en este libro estn las siguientes:

    1. Est pensado para que pueda consultarse en un prim er curso de diseo de mquinas, a nivel licenciatura.

    2. La amplia lista de temas permite que el instructor encuentre opciones para disear su curso; el formato es adecuado para una secuencia de dos cursos, y como referencia para cursos de proyectos de diseo mecnico.

    3. Que los alumnos aumenten sus capacidades al desarrollar temas que no se cubren en las aulas, con la ventaja de que tas explicaciones de los principios son directas, y se incluyen muchos problemas modelo.

    4. La presentacin prctica del material conduce a decisiones de diseo viables y que pueden utilizarse en la prctica.

    5. El libro propicia el manejo de hojas de clculo Cy lo demuestra con su empleo) en casos donde se presentan problemas cuya solucin es larga y laboriosa. Con el uso de las hojas de clculo, el diseador puede tomar decisiones y modificar datos en varios puntos del problema, mientras la computadora realiza todos los clculos. Vea el captulo 6 , acerca de las columnas; el 9, sobre engranes rectos; el 12, referente a los ejes; el 13, sobre ajustes encogidos, y el 19, referente al diseo de resortes. Tambin se pueden emplear otros programas de clculo por computadora.

    iii

  • V Prefacio

    6 . Referencias a oros libros, normas y artculos tcnicos, los cuales ayudan (al profesor) a presentar mtodos opcionales, o en la profundidad del tratamiento de los temas,

    7. Listas de sitios en Iniemet, relacionados con los temas de este libro, al final de la m ayor parte de los captulos. Muy ii les para conseguir informacin o datos adicionales acerca de los producios comerciales.

    8. Adems del nfasis en el diseo original de elementos de mquinas, gran parte de la descripcin se refiere a elementos de mquinas que se consiguen comercialmenle, ya que en muchos proyectos de diseo se requiere una combinacin ptima de partes nuevas, de diseo exclusivo, o de componentes comprados.

    9. En algunos temas, se enfoca la atencin en la ayuda al diseador para que seleccione componentes disponibles en el comercio, como los rodamientos, acoplamientos flexibles, lomillos de bolas, molotes elctricos, transmisiones por bandas, dispositivos de cadena, embragues y frenos.

    10. En los clculos, y para resolver los problemas planteados, se manejan tanto el Sistema Internacional de Unidades (SI) como el sistema ingls (pulgada-libra-segundo), casi en la misma proporcin. La referencia bsica para manejar unidades del SI se encuentra en la norma IEEE/ASTM -SI-10 Standardfar Use o f the m em aonal System o f Units (SI): The M odem Meiric System, que sustituy las normas ASTM E380 y ANSI/ IEEE 268-1992.

    11. Extensos apndices y labias detalladas en muchos captulos, para ayudar al lector a que tome decisiones reales de diseo, consultando slo este libro.

    MDESIGN- PROGRAMA DE DISEO MECNICO

    QUE SE INCLUYE EN ESTE LIBRO

    El diseo de elemenios de mquinas implica, en forma inherente, procesos extensos, clculos complejos y muchas decisiones de diseo, y deben encontrarse datos en numerosas tablas y grficas. Adems, en el caso tpico, el diseo es iterativo y requiere que el diseador pruebe con varias opciones para determinado elemento, y repita los clculos con datos nuevos o decisiones nuevas de diseo. Esto es especialmente vlido para los dispositivos mecnicos completos, los cuales poseen varios componentes cuando se tienen en cuenta las relaciones entre ellos. Con frecuencia, los cambios a un componente requieren modificaciones a los elementos que entran en contacto con l. El uso de programas de cmputo para diseo mecnico facilita el proceso de diseo ya que ejecuia muchas de las tareas y deja las principales decisiones a la creatividad y el juicio del diseador o del ingeniero.

    S ubrayam os que los usuarios de p rog ram as de cm puto deben com prender bien los princip ios del diseo, haciendo hincapi en el anlisis p a ra a seg u ra r que las decisiones se basen en cim ientos Sables. Recom endam os que slo se em pleen los p rogram as despus de dom inar determ inada metodologa del diseo, y de haber estudiado y aplicado con cuidado las tcnicas m anuales.

    El libro incluye un CD con el programa de diseo mecnico MDESIGN, creado por TE- DATA Company. Esi tomado del programa M DESIGN mee, producido para el mercado europeo; la versin para Estados Unidos emplea normas y mtodos de diseo que se usan de manera general en Amrica del Norie. Muchas de las ayudas textuales y procedimientos de diseo se originaron en este libro.

    Los temas para los que se puede emplear el programa MDESIGN como suplemento de este libro, comprenden:

    Anlisis de esfuerzos Deflexiones de vigas Crculo de Mohr Columnasen vigas

    Trasmisiones por bandas Transmisiones por cadenas Engranes rectos Engranes helicoidales Ejes Cuas Husillos ResortesRodamientos Cojinetes de superficie Uniones atornilladas Tomillos

    (lisos)Embragues Frenos

  • Prefacio v