Diseño de Elementos de

Máquinas

M.C. Pablo Ernesto Tapia González

Cargas variables:

Frecuentemente, las fallas en elementos de máquinas

son causadas por cargas que varían en el tiempo y no

por cargas estáticas.

Por lo tanto, si se diseñan elementos utilizando

solamente teorías de falla para cargas estáticas, se

pueden obtener diseños poco seguros.

A estas fallas, producidas por esfuerzos repetidos o

fluctuantes, se les llama “fallas por fatiga”.

Fallas por fatiga:

Una falla por fatiga empieza por una pequeña grieta,

que puede ser un defecto de manufactura o un

concentrador de esfuerzos, la cual se propaga debido a

los esfuerzos fluctuantes.

Conforme la grieta crece, llega un momento en que es

suficientemente grande y provoca una falla súbita.

Esta falla es parecida a la de un material frágil, ya que

no presenta deformaciones elásticas.

Fatiga:

En el pasado se desconocían los efectos de la fatiga en

los materiales dúctiles, siendo muy comunes las fallas

de ejes y ruedas de ferrocarril hechas de acero, lo cual

desconcertaba a los estudiosos de la mecánica y el

diseño.

Incluso, se llegó a decir que la muerte esperaba en los

puentes, ya que estos fallaban sin importar el material

del que estuvieran hechos, los diseñadores no tomaban

en cuenta la fatiga de los materiales que empleaban en

la construcción de dichos puentes.

Esfuerzos cíclicos:

Al estar variando la carga los esfuerzos se pueden

analizar como esfuerzos cíclicos, los cuales son esfuerzo

alternante y esfuerzo medio.

2minmax

a

2minmax

m

Resistencia a la fatiga:

Resultado de un ensayo de fatiga a una probeta de un

material específico.

Resistencia a la fatiga:

Se grafica el esfuerzo aplicado contra el número de

ciclos que resistió la probeta antes de fallar.

Esfuerzo de endurancia modificado:

Es el límite de nunca falla o de vida infinita, de la pieza,

más real que se puede obtener.

Este es el que se aplica en las teorías de falla bajo

carga variable.

Involucra el límite de endurancia y cinco factores:

acabado superficial, tamaño, carga, temperatura y

confiabilidad

'

eedcbae SKKKKKS

Concentración de esfuerzos a fatiga:

La sensibilidad a la entalla relaciona a la

concentración de esfuerzos bajo carga estática con la

concentración de esfuerzos bajo carga variable:

1

1

T

f

nK

Kq

nTf qKK 11

Teorías de falla a fatiga:

Se ha estudiado ampliamente el fenómeno de la fatiga

en materiales, obteniendo así diversas teorías de falla

que se han nombrado de acuerdo a su correspondiente

desarrollador:

Teorías de falla a fatiga:

Las teorías más utilizadas son la de Soderberg y la de

Goodman .

u

mf

e

a

SK

SFS

Goodman

1

y

mf

e

a

SK

SFS

Soderberg

1