Diplomado en Ingeniería Mecánica

MODULO #4 :

METODOLOGÍA DEL DISEÑO.

Contenido

• Metodología del Diseño

• Diseño en Ingeniería Mecánica

• Consideraciones o Factores de Diseño

• Códigos y normas

¿Que significa el termino dediseño?

Diseñar es formular un plan parasatisfacer una necesidad.En principio una necesidad quehabrá de ser satisfecha puedeestar bien determinada o puedeestar tan confusa e indefinida quese requiere un esfuerzo mentalconsiderable para enumerarlaclaramente como un problema.

Es Importante tener en cuenta los siguientes puntos:

•En un diseño siempre se presentan problemas y casosque deben resolverse.• Todo el problema de diseño siempre esta sujeto adeterminadas restricciones para su resolución.•Un problema de diseño no es problema hipotético,todo diseño tiene un propósito concreto, la obtenciónde un resultado final al que se llega mediante unaacción determinada o por creación de algo tiene unarealidad física.

Diseño en Ingeniería Mecánica

el diseño mecánico es el diseño de objetos y sistemas denaturaleza mecánica como:

•Mecanismos•Máquinas y dispositivos.

En su mayor parte, el diseño mecánico hace uso de lasmatemáticas, las ciencias de materiales y las cienciasmecánicas aplicadas a la ingeniería y puede abarca otrasdisciplinas como las ciencia térmica y de los fluidos.

Fases del diseño :

Al inicio de cada diseño puedensurgir varias preguntas, talescomo:•¿Cómo comienza?•¿Que hace después de que se leocurren algunas ideas?• ¿Que factores determinan oinfluyen en las decisiones que sedeben tomar ?•¿ Como termina este proceso dediseño?.

A menudo se describe el proceso total dediseño, desde que empieza hasta que termina,de la siguiente manera:

.

Identificación de Necesidades y Definición de problemas:

A veces, pero no siempre, el diseño comienza cuando uningeniero se da cuenta de una necesidad y decide alrespecto. Identificar la necesidad y expresarla endeterminado numero de palabras es una actividadsumamente creativa, pues la necesidad puedemanifestarse simplemente como un vago descontento, obien, por la intuición de una dificultad o en la sensaciónde que algo no esta bien.

Hay una diferencia bien clara entre:

Planteamiento de la necesidad Definición del problema

En conclusión el planteamiento del problema es masespecifico, debe abarcar todas las condiciones para elobjeto que se va a diseñar. Tales condiciones oespecificaciones son la cantidades de entrada y salida,las características y dimensiones del espacio deberáocupar el objeto y las limitaciones a estas cantidades.

Evaluación y presentación:

la evaluación es una fase significativa del proceso totaldel diseño, es la demostración definitiva de que undiseño es acertado y generalmente incluye pruebas comoun prototipo en el laboratorio.

En este punto es cuando se desea observar si el diseñosatisface realmente la necesidad o las necesidades,pueden surgir las siguientes preguntas:¿es confiable?¿competirá con éxito contra productos

semejantes?¿es de fabricación y uso económico?¿es fácilde mantener y ajustar?¿se obtendrá ganancias por suventa o utilización?.

.

• ¿es confiable?

• ¿competirá con éxito contra productos semejantes?

• ¿es de fabricación y uso económico?

• ¿es fácil de mantener y ajustar?

• ¿se obtendrá ganancias por su venta o utilización?.

La comunicación del diseño a otras personas es el pasofinal y vital en el proceso de diseño. La presentación deun diseño es un proyecto en venta.

Cuando un ingeniero expone o presenta una nuevasolución al personal administrativo superior estatratando de vender o demostrar que su solución es lamejor; si no tiene éxito su presentación, el tiempo y suesfuerzo empleados para obtener su diseño se habrándesperdiciado por completo.

Quien vende una nueva idea también se vende a simismo como originador de ideas. En esencia hay tresmedios de comunicación que se pueden utilizar: lasformas escrita y oral, y la representación grafica.

En consecuencia todo ingeniero con éxito en suprofesión tiene que ser técnicamente competente yhábil emplear las tres formas de comunicación.

Un ingeniero competente no debe temer la posibilidadde no tener éxito en una presentación. De hecho es deesperar que tenga fracasos ocasionales por quegeneralmente se encuentra incomprensión y critica.Gracias a ello, siempre surge una idea realmente creativa.

CONSIDERACIONES O FACTORES DE DISEÑO

La expresión factor de diseño significa algunascaracterísticas o consideración que influye en el diseñode un elemento o quizás en todo el sistema.

Por lo general se tienen que tomar en cuenta varios deesos factores en un caso de diseño determinado, enocasiones algunos de esos factores será critico y si sesatisface sus condiciones, ya no será necesarioconsiderar los demás .

• Un ejemplo de aplicativo, es la resistencia delmaterial para el diseño de un elemento es un asuntomuy importante para determinar la configuracióngeométrica y las dimensiones que tendrá el mismo.

Factor de seguridad (n):el termino factor de seguridad se aplica al factorutilizado para evaluar las condiciones segura de unelemento.Si F representa una fuerza aplicada de flexión o torsión yFU como el valor limite que puede soportar un material,el factor de seguridad se definirá como:n= FU/ F.

La mayor utilidad del factor de seguridad se tienecuando se compara con el esfuerzo con la resistencia afin de evaluar el grado de seguridad. El factor deseguridad se usa para tener en cuenta 2 efectos quegeneralmente no están relacionados

1. Cuando han de ser fabricadas muchas piezas a partirde diversas existencias de materiales, ocurrirá unavariación de resistencia de las diferentes piezas.

2. Cuando la pieza ha de ser ensamblada, en una ciertamáquina, y está máquina por condiciones operativaspuede estar sometida a cargas pico que superen lascondiciones operativas de la misma, se puede generaruna variación en la carga que experimentara la pieza.

Por tal motivo el factor de seguridad esutilizado en la ingeniería de diseño paraconsiderar las incertidumbres quepueden ocurrir cuando cargas realesactúen sobre un elemento diseñado oconstruido.

A continuación designaremos comocasos 2 circunstancias en las cuales seemplea un factor de seguridad eningeniería.

Caso 1:el factor de seguridad se aplica en su totalidad a laresistencia.En esta circunstancia los esfuerzos (σ ) a tensión o aflexión de diseños.σadmisible= n* σ trabajo

Caso2:

En esta circunstancia Ƭ se denominan esfuerzos decorte o de torsión de diseños de.

Ƭ admisible= n* Ƭ trabajo

• Cuando una pieza ya ha sido diseñada y seconoce su configuración, sus cargas y suresistencia. Se calcula el factor de seguridadcon el objeto de evaluar la condición seguradel diseño.

Factores económicos:

la consideración del costo es tan importante en elproceso de las decisiones para diseño, que tardaría unotanto en estudiarlo como estudiar el diseño mismo. Aquíse presentan solo algunos enfoques sencillos y reglasgenerales.

En primer lugar debe notarse que no se puedan decirnada en absoluto en lo que respecta a costos. El costo delos materiales y de la mano de obra aumentageneralmente de año en año.

• Uso de tamaños estándar:

Este es el principio básico para reducir loscostos. Para tener la seguridad de que seespecifican tamaños estándar, el ingenierode diseño debe tener conocimiento de laslíneas existentes de los materiales a emplearo elementos mecánicos .

En otras palabras los elementos que sefabrican y venden en grandes cantidadessuelen costar menos que los tamaños pocoscomunes.

• Uso de Amplias Tolerancias:

Entre los efectos que tiene las especificaciones dediseño sobre los costos, los de las tolerancias son losmas significativos. Las tolerancias en el diseño influyende muchas maneras en la rentabilidad del productofinal; el termino tolerancia abarca como tanto lavariación de las dimensiones y los limites para laaspereza de las superficies, como la variación de laspropiedades mecánicas producidas.

• Estimaciones de Costos:Hay muchas maneras deobtener valores relativos delos costos, de modo que sepuede hacer comparaciónaproximada entre 2 o masdiseños; sin embargo, enalgunos casos se necesitabastante criterio. Otra formade comparar el costo de undiseño con el otro seria,simplemente, contar elnumero de piezas, pues esprobable que cueste menorcantidad de partes.

Método de Confiabilidad Diseño:

Es uno en los cuales se conoce o se determina ladistribución de los esfuerzos y de resistencias, y luego serelacionan estos dos conceptos a fin de lograr un índicede éxito aceptable.

La medida estadística de la probabilidad de que unelemento mecánico no falle cuando este e servicio sellama confiabilidad. Esta cantidad D, tiene como medioun numero situado en el siguiente intervalo. 0 ≤ R < 1.una confiabilidad de R= 0.90 significa 90% deprobabilidades de que funcione.

Ejemplo:

La falla de 6 piezas de 1000 manufacturadas puedeconsiderarse un índice de falla aceptable para unacierta clase de productos esto representa unaconfiabilidad de :

R= 1- (6/1000)= 0.994

En otras palabra el resultado indica que 99.4% no fallara.

Seguridad y responsabilidad legal en la fabricación:

El concepto de la fabricación expresa que el fabricante deun articulo es legalmente responsable de cualquier dañoo perjuicio que resulte de un defecto de manufactura deel mismo.

No importa si dicho fabricante conocía el defecto, o siincluso no pudiera haber tenido conocimiento de el, demanera que un usuario quejosos solo necesita demostrarque el articulo tenia un defecto y que este causo ciertodaño o perjuicio. La negligencia del fabricante nonecesita ser demostrada, esta en problemas.

Sistemas de unidades:

Cuando las unidades de fuerza, longitud y tiempo seeligen como fundamentales, la masa es unidad derivaday el sistema que resulta se llama sistema gravitacionalde unidades. Cuando las unidades de masa, longitud ytiempo son las fundamentales, la fuerza es una unidadderivada y el sistema resultante recibe el nombre desistema absoluto de unidades.

Sistema Internacional(SI):Es el sistema de unidades que se usa en casi todos lospaíses del mundo. Esta constituido por 7 unidades básicascomo:amperio, kelvin, segundo, metro, kilogramo, candela, mol.

Más un número ilimitado de unidades derivadas de lascuales 22 tienen nombres especiales, prefijos para denotarmúltiplos y submúltiplos de las unidades y reglas paraescribir el valor de magnitudes físicas.

Las unidades del SI constituyen referencia internacional delas indicaciones de los instrumentos de medición, a lascuales están referidas mediante una concatenaciónininterrumpida de calibraciones o comparaciones.

Las unidades de fuerza se deduce por la segunda segundaley de newton y recibe el nombre de newton.

N = Kg.m/s²

El peso de un objeto es la fuerza ejercida sobre el por lagravedad terrestre. Designándolo por W y la aceleracióngravitatoria por g , tenemos:

W = mg

• El sistema ingles de unidades(conocido comoanglosajón o imperial)

• Son Unidades no-métricas que se usanactualmente en Estados Unidos y en muchosterritorios de habla Inglesa.

• es un sistema de medidas que proviene deInglaterra, producto de una combinación entrelos sistemas romanos y anglosajones demediciones. El nombre de Imperial proviene deluso oficial en el imperio británico

CÓDIGOS Y NORMAS

Una norma es un conjunto de especificaciones parapiezas, materiales o procesos establecidos con el fin delograr uniformidad, eficacia, eficiencia y una calidadespecificada.

Uno de los objetivos importantes de una norma es fijarun limite al numero de términos en las especificaciones,así como permitir que se tenga un inventario razonablede herramientas, tamaños, formas y variedades.

Un código es un conjunto de especificacionespara efectuar el análisis, el diseño, lafabricación y la construcción de un objeto osistema.

El propósito de un código es alcázar un gradoespecificado de seguridad, eficacia, eficienciay un buen funcionamiento o calidad. Esimportante observar que los códigos deseguridad no implican la seguridad absoluta.

Es importante observar que los códigos de seguridad noimplican la seguridad absoluta.

Todas la sociedades y organizaciones que se enumeran acontinuación han establecido las especificacionesnecesarias para formular y códigos de seguridad o dediseño.

Algunas normas y códigos, así como las direcciones delas citadas organizaciones, pueden obtenerse enmuchos centros de información técnica. Las queinteresan principalmente a los ingenieros mecánicosson:

Aluminum Association (AA)American Gear Manufacturers Association ( AGMA)American Institute of Steel Construction (AISC)American Iron and Steel Institute (AISI)American National Standards Institute (ANSI)American Society of Mechanical Engineers (ASME)American Society for Metals (ASM) American society of Testing and Materials (ASTM)American Welding Society (AWS)Anti-Friction Bearing Manufacturers association (AFBMA)Industrial Fasteners Institute (IFI)National Bureau of Standards (NBS)Society of Automotive Engineers (SAE)