LA NATURALEZA DEL DISEÑO MECÁNICO

Los diseñadores y los ingenieros de diseño crean aparatos o sistemas que satisfagan necesidades específicas.

PROCESO DEL DISEÑO MECANICO

El objetivo final de un diseño mecánico es obtener un producto útil que satisfaga las necesidades de un cliente, y además sea seguro, eficiente, confiable, económico y de manufactura práctica.

CONOCIMIENTOS NECESARIOS

Los ingenieros de producto y los diseñadores mecánicos usan una amplia variedad de capacidades y conocimientos en sus tareas diarias, inclusive las siguientes:1. Trazado, dibujo técnico y diseño

asistido por computadora.2. Propiedades de los materiales,

procesamientos de materiales y procesos de manufactura.

3. Aplicaciones de la química, como protección contra la corrosión, galvanoplastia y pintura.

4. Estática, dinámica, resistencia de materiales, cinemática y mecanismos.

5. Comunicación oral, atención, redacción técnica y trabajo en equipo

6. Mecánica de fluidos, termodinámica y transferencia de calor.

7. Máquinas Hidráulicas, los fundamentos de los fenómenos eléctricos y controles industriales.

8. Diseño de experimentos y pruebas de funcionamiento de materiales y sistemas mecánicos.

9. Creatividad, solución de problemas y gerencia de proyectos.

10. Análisis de esfuerzos

11. Conocimientos especializados del comportamiento de elementos de máquinas, como engranes, transmisiones de bandas, transmisiones de cadenas, ejes, cojinetes, cuñas, acanaladuras, acoplamientos, sellos, resortes, uniones (atornilladas, remachadas, soldadas, adhesivas) motores eléctricos, dispositivos de movimiento lineal, embragues y frenos.

FUNCIONES, REQUISITOSDE DISEÑOS Y CRITERIOS

DE EVALUACIÓN

Las funciones indican lo que debe hacer el dispositivo, mediante afirmaciones generales no cuantitativas, donde se usen frases de acción tales como soportar una carga, subir una caja, transmitir potencia o mantener unidos dos miembros estructurales.

Los parámetros de diseño son declaraciones detalladas, en general cuantitativas, de los valores esperados de funcionamiento, condiciones ambientales en los que debe trabajar el dispositivo, las limitaciones de espacio o peso o materiales y componentes disponibles que pueden usarse.

Los criterios de evaluación son declaraciones de características cualitativas deseables en un diseño, que ayudan a que el diseñador decida que opción de diseño es la óptima; esto es, el diseño que maximice las ventajas y minimice las desventajas.

Pasos en el Proceso de Diseño

EJEMPLO DE

FUNCIONES, REQUISITOSDE DISEÑOS Y CRITERIOS

DE EVALUACIÓN

REDUCTOR DE VELOCIDAD.FUNCIONES:1. Recibir potencia del motor del tractor

a través de un eje giratorio.2. Transmitir la potencia mediante los

elementos de máquina que reducen la velocidad de giro hasta un valor adecuado.

3. Entregar la potencia, con velocidad menor, a un eje que la reciba y que en el último termino accione las ruedas del tractor

REQUISITOS DE DISEÑO:1. El reductor debe transmitir 15.0 hp.2. La entrada es de un motor de gasolina

de dos cilindros, con una velocidad de giro de 2000 rpm.

3. La salida entrega la potencia a una velocidad de giro en el intervalo de 290 a 295 rpm.

4. Es conveniente tener una eficiencia mecánica mayor de 95%.

5. En el reductor, la capacidad mínima de par de torsión a la salida debe ser 3050 libras -pulgadas

6. La salida del reductor se conecta al eje de impulsión de las ruedas de un tractor agrícola. Habrá choques moderados.

7. Los ejes de entrada y salida deben estar alineados.

8. El reductor debe asegurarse al armazón rígido, de acero, en el tractor.

9. Es preferible que el tamaño sea pequeño. El reductor debe entrar en un espacio no mayor a 2 x 20 pulg. Con una altura máxima de 24 pulg.

10. Se espera que el tractor funciones 8 horas (h) diarias, 5 días por semana, con una vida útil de 10 años.

11. Debe protegerse al reductor contra la intemperie, y éste debe ser capaz de funcionar en cualquier lugar de temperaturas que van de 0 a 130º F.

12. En los ejes de entrada y salida se usaran acoplamientos flexibles, para evitar que se transmitan cargas axiales y de flexión al reductor.

13. El volumen de producción será de 10 000 unidades por año.

14. Es muy importante que el costo sea moderado, para tener ventas buenas.

15. Deben observarse todas las normas de seguridad gubernamentales y de la industria.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN:

1. Seguridad (La seguridad relativa inherente antes que todo requisito mencionado)

2. Desempeño (El grado donde el concepto de diseño supera los requisitos)

3. Facilidad de manufactura4. Facilidad de servicio o de reemplazo de componentes.5. Facilidad de Operación.6. Bajo costo inicial7. Bajos costos de operación y mantenimiento.8. Pequeño tamaño y peso ligero.9. Silencioso y con poca vibración; funcionamiento suave.

10. Usar materiales y componentes de fácil compra.11. Uso prudente de partes de diseño único y de componentes disponibles en el mercado.12. Apariencia atractiva y adecuada a la aplicación.

EJEMPLO DE LA

INTEGRACIÓN DE LOS

ELEMENTOS DE MÁQUINAEN UN

DISEÑO MECÁNICO

1. El eje de entrada (eje 1) debe conectarse con la fuente de potencia, que es un motor de gasolina cuyo eje de salida gira a 2000 rpm. Debe usarse un acoplamiento flexible para minimizar las dificultades de alineación.

2. El primer par de engranes, A y B, provocan una reducción de la velocidad en el eje intermedio (eje2), proporcional a la relación del numero de dientes en los engranes.

Se monta los engranes B y C sobre el eje 2 y giran a la misma velocidad.3. Para conectar el cubo de cada engrane

y el eje sobre el cual esta montado, se usa una cuña para transmitir el par de torsión entre engrane y eje.

4. el segundo par de engranes, C y D, reduce más la velocidad del engrane D y del eje de salida (eje3), aun intervalo de 290 a 295 rpm.

5. El eje de salida debe tener una Catalina (que no se muestra). La transmisión de cadena se conecta, en ultimo termino, a las ruedas de impulso del tractor.

6. Dos rodamientos de bolas soportan a cada uno de los tres ejes, para que sean estáticamente determinados, y con ello permitir el análisis de fuerzas y esfuerzos mediante los principios normales de la mecánica.

7. Los rodamientos se contienen en una caja fijada al armazón del tractor. Observe la manera de sujetar cada rodamiento, de tal manera que el anillo interno gire con el eje, mientras que el anillo externo se mantiene estacionario.

8. Se muestran sellos sobre los ejes de entrada y salida, para evitar que los contaminantes penetren la caja.

9. Otras piezas de la caja se muestran en forma esquemática. En esta etapa del proceso de diseño, solo se sugieren los detalles de cómo se van a instalar, lubricar y alinear los elementos activos, para demostrar la factibilidad.

Un proceso viable de armado sería el siguiente: Se inicia al colocar los engranes, cuñas,

separadores y rodamientos en sus ejes respectivos.

A continuación se introduce el eje 1 en el asiento de rodamiento, el lado izquierdo de la caja.

Se inserta el extremo izquierdo del eje 2 en su asiento de rodamiento, mientras se engranan al mismo tiempo lso dientes de los engranes A y B.

Se instala el soporte central del rodamiento, para apoyar al rodamiento del lado derecho del eje 1.

Se instala el eje 3, colocando su rodamiento izquierdo en el asiento del soporte central de rodamiento, mientras se engranan los engranes C y D.

Se instala la tapa del lado derecho de la caja, mientras se colocan los dos rodamientos finales en sus asientos.

Se asegura con cuidado el alineamiento de los ejes.

Se pone lubricante para engranes en la parte inferior de la caja

GRACIAS