Diseño de Máquinas

DISEÑO DE MÁQUINAS

Programa sintético Diseño de máquinas

Datos básicos Semestre Horas de teoría Horas de

práctica Horas trabajo

adicional estudiante

Créditos

Optativa 2 2 2 6 Objetivos

El alumno obtendrá la capacidad de utilizar conceptos, procedimientos, datos y técnicas de análisis de decisiones necesarias para realizar diseños originales de elementos de máquinas e integrarlos en un sistema más complejo como dispositivos o sistemas mecánicos que manejen transmisión de potencia.

Contribución al Perfil de Egreso

El contenido de esta asignatura desarrollará de capacidades para la planificación, diseño y optimización de sistemas mecánicos, además, proporcionará las herramientas para definir problemas y tomar decisiones sobre sistemas o dispositivos mecánicos. El estudiante obtendrá la capacidad de diseñar y fabricar con calidad cualquier dispositivo mecánico utilizando los elementos más comunes en el mercado.

Competencias a Desarrollar

Competencias Genéricas

Razonamiento Científico-tecnológico. Cognitiva y emprendedora. Sustentabilidad y responsabilidad social. Comunicación en español e ingles.

Competencias Profesionales

Diseñar y/o seleccionar el equipo y componentes mecánicos requeridos en los procesos de transformación de materia prima a productos terminados o servicios. Diseñar, optimizar, operar y controlar la operación y mantenimiento de sistemas mecánicos en un proceso industrial bajo un esquema de control de calidad total.

Unidades Contenidos Temario Unidad 1 Unidad 2 Unidad 3 Unidad 4 Unidad 5 Unidad 6 Unidad 7 Unidad 8

Transmisión y adecuación de Potencia Ejes y Flechas Montajes cubo-flecha Transmisiones con bandas Uniones flecha - flecha. Coples y articulaciones Transmisiones con bandas Cadenas Embragues y frenos Transmisiones con engranes

Métodos

La clase se impartirá mediante sesiones interactivas entre el alumno y el maestro, será esencial en las tareas y trabajos de investigación con la finalidad de completar los temas y tópicos del curso.

Métodos y prácticas

Prácticas Practicas de diseño en el laboratorio de cómputo.

Programa sintético 1º

Examen comprende de 16 sesiones aproximadamente, su valor es del 20 %

20 Examen comprende 16 sesiones aproximadamente, su valor es del 20 %


Exámenes parciales


Examen ordinario Promedio de los cuatro exámenes parciales, tareas y proyectos.

Examen Extraordinario Examen departamental, en el que se evalúa todo el programa

Examen a título Examen departamental, en el que se evalúa todo el programa

Examen de regularización

Examen departamental, en el que se evalúa todo el programa

Otros métodos y procedimientos

Proyecto de diseño con valor de 20% en la calificación ordinaria

Mecanismos y procedimientos de evaluación

Otras actividades académicas requeridas

Simulaciones por computadora. Diseño físico de elementos mecánicos. Realización de portafolio de evidencias.

Diseño de elementos de máquinas, Montt, Prentice-Hall. Fernández M. R.: Diseño de Máquinas. Edición interna. Facultad de Ingeniería 2000 Fernández M. R.: Engranes. Edición interna Facultad de Ingeniería. 2000

Bibliografía Básica de referencia

Niemann, G. Maschinenelemente. Tomos I al III. Springer Verlag 1981 Haller, R., Glienicke, J. Schrifttum zur Vorlesung Konstruktionslehre. Karlsruhe TU Karlsruhe Verlag 1981 Niemann. G.. Tratado teórico Práctico de Elementos de Máquinas. Norma ISO 6336 (Volúmenes 1, 2, 3, 4 y 5). Editorial Labor 1987 DUBBEL, Taschenbuch för den Maschinenbau, 14 Aufl. Berlín Springer Verlag 1981 Glienicke, J., Schrifttum zur Vorlesung Maschinenkonstruktionslehre. Karlsruhe TU Karlsruhe Verlag 1980 Müller, H. W., Vorlesung über Maschinenelemente. Darmstadt. TU Darmstadt Verlag 1977 DUBBEL, Handbook of Mechanical Engineering, Edited by W. Beitz and K.-H. Küttner. English Edition edited by M.J. Shields. Springer Verlag London Limited 1994.

Bibliografía Complementaria

DIN Taschenbuch 3, Maschinenbau- Normen für Studium und Praxis. Beuth Verlag. Berlin. 1981

Programa Analítico

DISEÑO DE MÁQUINAS

Semestre Horas de teoría por semana

Horas de práctica por

semana

Horas trabajo adicional

estudiante

Créditos

Optativa 2 2 2 6 Objetivos generales

El alumno obtendrá la capacidad de utilizar conceptos, procedimientos, datos y técnicas de análisis de decisiones necesarias para realizar diseños originales de elementos de máquinas e integrarlos en un sistema más complejo como dispositivos o sistemas mecánicos que manejen transmisión de potencia. Unidades Objetivo específico 1. Transmisión y adecuación de Potencia (adicional)

El estudiante entenderá el concepto de transmisión y adecuación de potencia y conocerá de manera general, los diferentes tipos de transmisiones de potencia, con sus parámetros característicos y propiedades. De la misma manera adquirirá los criterios de selección y operación de las transmisiones de potencia, tanto con relación de transformación fija, como también variable.

2. Ejes y Flechas El estudiante adquirirá la capacidad para concebir y diseñar cualquier flecha, sea cual fuere el dispositivo. El diseño tomará en cuenta la capacidad de carga, las deformaciones permisibles y las inestabilidades.

3. Montajes cubo-flecha

El estudiante adquirirá los conocimientos necesarios relativos a los diferentes montajes cubo-flecha y los criterios de selección y cálculo. Deberá estar en la posibilidad de garantizar un buen funcionamiento del montaje.

4. Transmisiones con bandas uniones flecha-flecha.Coples y articulaciones

El estudiante conocerá los diferentes tipos de coples comerciales y sus propiedades. Además establecerá de manera firme los criterios de selección y cálculo, para poder saber cuando es un cople adecuado y conveniente para una aplicación en particular

5. Transmisiones con bandas

El estudiante reconocerá los diferentes tipos de bandas existentes en el mercado, sus propiedades y aplicaciones, así como también, los criterios de selección, cálculo y diseño de las transmisiones con banda, tanto para relación de transformación fija, como variable

6. Cadenas

El estudiante conocerá los diferentes tipos de cadenas existentes en el mercado y sus propiedades y aplicaciones, así como también, los criterios de selección, cálculo y diseño de las transmisiones con cadena

Objetivos específicos

7. Embragues y Se conocerán los diferentes tipos de embragues y frenos

frenos

existentes en el mercado y sus aplicaciones. Aprenderá a seleccionar y calcular cualquier tipo de embrague o freno según su aplicación.

8. Transmisiones con engranes

Se conocerán los conceptos referentes a la geometría del engranes y tipos, fuerzas sobre el diente y efecto que estas producen, Se aprenderá a calcular la resistencia y lo referente a material, tratamiento térmico, lubricación, fabricación y verificación de los engranes, por último se esturará el procedimiento para el diseño de una transmisión con engranes

Contribución al Perfil de Egreso

El contenido de esta asignatura desarrollará de capacidades para la planificación, diseño y optimización de sistemas mecánicos, además, proporcionará las herramientas para definir problemas y tomar decisiones sobre sistemas o dispositivos mecánicos. El estudiante obtendrá la capacidad de diseñar y fabricar con calidad cualquier dispositivo mecánico utilizando los elementos más comunes en el mercado. Competencias Genéricas

Razonamiento Científico-tecnológico. Cognitiva y emprendedora. Sustentabilidad y responsabilidad social. Comunicación en español e ingles.

Competencias a Desarrollar

Competencias Profesionales

Diseñar y/o seleccionar el equipo y componentes mecánicos requeridos en los procesos de transformación de materia prima a productos terminados o servicios. Diseñar, optimizar, operar y controlar la operación y mantenimiento de sistemas mecánicos en un proceso industrial bajo un esquema de control de calidad total.

D) CONTENIDOS Y MÉTODOS POR UNIDADES Y TEMAS Unidad 1 Transmisión y adecuación de Potencia (adicional) 4hs Subtemas 1.1 Relaciones básicas para las transmisiones y embragues

1.2 Procedimiento durante el bosquejo - Lista de exigencias 1.3 Transmisiones con relación de transformación constante 1.3.1 Transmisiones con engranes 1.3.2 Transmisiones con cadena 1.3.3 Transmisiones con banda 1.3.4 Transmisiones con ruedas de fricción 1.3.5 Tamaño y peso de las cajas de transmisión con engranes 1.4 Transmisiones con cambio de velocidad 1.4.1 Tipos de transmisión 1.4.2 Lista de exigencias y criterios de selección para transmisiones mecánicas con variación de la velocidad

Unidad 2 Ejes y Flechas 8hs

Subtemas 2.1 Generalidades 2.2 Dimensionado de los ejes y flechas 2.2.1 Denominación 2.2.2 Cálculo 2.2.3 Cálculo de la frecuencia crítica 2.3 Ejemplos para el cálculo de ejes y flechas 2.4 Flechas articuladas y flexibles 2.4.1 Flechas articuladas 2.4.2 Flechas flexibles

Unidad 3. Montajes cubo-flecha 6hs Subtemas 3.1 Generalidades

3.1.1 Denominación 3.2 Montajes con cierre de fuerza 3.2.1 Condiciones generales de funcionamiento 3.2.2 Montaje con asiento de apriete 3.2.3 Montaje a presión con interferencia 3.2.4 Montaje cónico con interferencia 3.2.5 Montaje cónico con apriete 3.2.6 Montaje con anillos cónicos de presión 3.2.7 Montaje con rondanas de estrella 3.2.8 Montaje con anillo rígido de tolerancia 3.2.9 Montaje con elemento de doble cono 3.2.10 Montaje con conjunto de sujeción con resortes anulares 3.2.11 Montaje con vaina de contracción 3.2.12 Montaje con vaina de sujeción tipo SPIETH 3.3 Montajes cubo flecha con cierre de forma 3.3.1 Cuña rectangular 3.3.2 Cuñas tangenciales 3.3.3 Cuña semicircular 3.3.4 Estriado rectangular 3.3.5 Estriado de evolvente 3.3.6 Estriado dentado 3.3.7 Flechas poligonales 3.4 Comparación de los diferentes montajes cubo-flecha

Unidad 4. Uniones flecha - flecha. Coples y articulaciones 3hs

Subtemas 4.1 Generalidades 4.2 Copies rígidos 4.2.1 Dentado frontal o de Voith – Hirth 4.2.2 Coples de brida 4.2.3 Cople de vaina partida 4.2.4 Cople de rodillos Stieber 4.3 Coples de ajuste 4.3.1 Coples elásticos a torsión. Panorama 4.4 Embragues (conectores entre flechas) Embragues para conexión con cierre de forma

Unidad 5. Transmisiones con bandas 6hs Subtemas 5.1 Generalidades

5.2 Tipos y aplicaciones 5.2.1 Tipos de bandas según la transmisión de la fuerza 5.2.2 Conducción de las bandas 5.2.3 Bandas con terminales y sin fin 5.3 Ecuaciones generales para las bandas 5.3.1 Cinemática 5.3.2 Dimensiones básicas 5.3.3 Esfuerzos en la banda y capacidad de carga 5.3.4 Velocidad óptima de la banda 5.4 Producción de la pretensión en la banda 5.5 Selección y dimensionado de las transmisiones con banda 5.6 Bandas planas 5.6.1 Materiales y construcción 5.6.2 Cálculo y selección 5.6.3 Recomendaciones de diseño 5.7 Bandas trapezoidales y redondas 5.7.1 Tipos y propiedades 5.7.2 Tamaño y dimensiones 5.7.3 Cálculo de bandas trapezoidales 5.8 Transmisiones con bandas dentadas 5.8.1 Construcción 5.8.2 Propiedades 5.8.3 Tipos 5.8.4 Cálculo

Unidad 6. Cadenas 4hs

Subtemas 6.1 Propiedades 6.2 Tipos y aplicaciones 6.3 Construcción de una transmisión con cadenas 6.4 Cinemática de la transmisión 6.4.1 Efecto poligonal 6.4.2 Efectos de la cadena desgastada 6.4.3 Vibraciones 6.5 Fuerzas que actúan en una transmisión con cadena 6.5.1 Fuerza tangencial 6.5.2 Fuerzas adicionales externas 6.5.3 Fuerza centrífuga 6.5.4 Fuerzas de vibración, fuerza poligonal 6.5.5 Fuerza de catenaria 6.6 Selección y cálculo de las cadenas 6.7 Cálculo de cadenas de carga y transporte

Unidad 7. Embragues y frenos 11hs

subtemas 7.1 Conceptos generales 7.1.1 Embragues a fricción 7.1.2 Frenos por fricción 7.2 Descripción de¡ proceso de embrague y desembrague en el freno o embrague 7.2.1 Funcionamiento con un embregue de conexión 7.2.2 Funcionamiento con un freno de paro 7.3 Tipos de construcción, Propiedades 7.3.1 Tipo de construcción I: embrague 1 freno de tambor 7.3.2 Tipo de construcción lI: embrague 1 freno de cono 7.3.3 Tipo de construcción III: embrague 1 freno de disco o lamelas 7.3.4 Tipo de construcción IV: embrague 1 freno de banda 7.4 Apareamiento de materiales, balata 7.4.1 Apareamientos secos y lubricados 7.4.2 Coeficiente de fricción VI y tendencia a vibraciones (por traqueteo) 7.4.3 Selección de apareamientos a fricción 7.5 Elementos auxiliares para el accionamiento 7.5.1 Valores directivos para el accionamiento 7.5.2 Ajuste de las baratas para compensación del desgaste 7.5.3 Elementos para acopiar, fuerzas de accionamiento 7.6 Selección, cálculo y dimensionado 7.6.1 Exigencias (lista de exigencias, Checkliste) 7.6.2 Determinación aproximada de las dimensiones principales 7.6.3 Cálculo de comprobación de la vida de los elementos apareados (desgaste) 7.6.4 Determinación de la energía térmica disipada 7.7 Frenos y embragues especiales 7.7.1 Embragues accionados por fuerza centrífuga 7.7.2 Embragues de seguridad y con arranque deslizante 7.7.3 Embragues accionados por polvo y líquidos magnéticos 7.7.4 Frenos de paro 7.7.5 Frenos de potencia Ejemplos de cálculo

Unidad 8. Transmisiones con engranes 38hs

subtemas 8.1 Conceptos generales 8.2 Geometría del diente 8.2.1 Ley general de los engranes 8.2.2 Construcción de la línea de contacto y el contraflanco 8.2.3 Relación de transformación y de diámetros 8.2.4 Parámetros importantes en la construcción de engranes 8.2.5 Grado de recubrimiento del perfil 8.2.6 Movimientos de rodadura y deslizamiento entre dientes 8.2.7 Consideraciones en la selección del perfil del diente 8.2.8 Líneas del flanco 8.3 Engranes con perfil diferente al de evolvente 8.4 Engranes de evolvente 8.4.1 Generación de una evolvente y sus propiedades 8.4.2 Perfil de referencia para el engrane y la herramienta 8.4.3 Función Evolvente y demás parámetros en el perfil del diente 8.4.4 Desplazamiento del perfil y sus propiedades 8.4.5 Ángulo de hélice y modificación del perfil del diente 8.4.6 Límites en la construcción de engranes impuestos por la geometría 8.5 Fuerzas, deformaciones, correcciones 8.5.1 Fuerzas y momentos externos 8.5.2 Deformaciones y rigidez del diente. Desviaciones en el movimiento 8.5.3 Distribución de la carga a lo largo del perfil del diente 8.5.4 Distribución de la carga en sentido tangencial 8.5.5 Distribución de la carga a lo ancho del diente 8.5.6 Correcciones del perfil 8.5.7 Fuerzas internas dinámicas en el diente 8.6 Cálculo de la capacidad de carga 8.6.1 Capacidad de carga a flexión 8.6.2 Capacidad de carga a rodadura 8.6.3 Capacidad de carga a fricción 8.6.4 Teoría elastohidrodinámica, película y presión de lubricante 8.6.5 Teoría de fallas. Grumos, ruptura y desgaste 8.7 Procesos de fabricación de engranes 8.7.1 Engranes fundidos 8.7.2 Engranes por metalurgia de polvos 8.7.3 Engranes modelados 8.7.4 Procesos de generación de engranes. Acabado burdo 8.7.5 Procesos de generación de engranes. Acabado fino 8.8 Selección del material y tratamiento térmico 8.8.1 Materiales usados en la fabricación de engranes y sus propiedades 8.8.2 Tratamientos térmicos 8.9 Exactitud de fabricación y métodos de comprobación 8.9.1 Métodos de falla aislada 8.9.2 Métodos de falla colectiva 8.10 Lubricación

subtemas 8.11 Pérdidas de potencia, eficiencia y calentamiento 8.12 Emisiones de ruido 8.13 Cálculo y diseño de transmisiones con engranes cilíndricos 8.16.1 Esquematización para el diseño y cálculo 8.16.2 Conformación de cajas con engranes cilíndricos 8.16.3 Esquema de cálculo y comprobación 8.16.5 Transmisiones con engranes planetarios 8.14 Engranes cónicos 8.15 Engranes de tornillo 8.16 Conjunto sinfín corona.

Lecturas y otros recursos

Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por el maestro. Se recomienda el uso de software de descarga libre, tutoriales y participación en foros de discusión disponibles en Internet

Métodos de enseñanza • Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro y los alumnos.

• Sesiones de solución de problemas con ayuda de las TICs con la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso.

• Se alentará a los alumnos a realizar exposiciones con ayuda de equipo multimedia para explicar diferentes métodos de diseño y solución a problemas reales planteados.

• Se expondrán por parte del maestro, con ayuda de equipo multimedia, la teoría que requiera una explicación amplia para su comprensión, y se buscará el aprendizaje significativo, colaborativo y constructivista, fomentando en los estudiantes el aprender a aprender.

Actividades de aprendizaje

• Formar equipos (heterogéneos) para discusión y análisis de conceptos previamente investigados.

• Identificar diferentes tipos de ecuaciones diferenciales. • Programar sesiones de resolución analítica de ecuaciones

diferenciales de primer orden. • Utilizar software para graficar y analizar cualitativamente

soluciones de ecuaciones diferenciales de primer orden. • Resolver banco de ejercicios propuestos.

E) ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro y de los alumnos, y sesiones de solución de problemas, con apoyo de las TIC. Se alentará a los alumnos a realizar exposiciones con ayuda de equipo multimedia para explicar diferentes métodos de solución a problemas reales planteados. Se expondrán por parte del maestro, con ayuda de equipo multimedia, la teoría que requiera una explicación amplia para su comprensión, y se buscará el aprendizaje significativo, colaborativo y

constructivista, fomentando en los estudiantes el aprender a aprender. Los alumnos aprenderán a utilizar programas para graficar soluciones de ecuaciones diferenciales. Los trabajos de investigación, graficación, ejercicios resueltos en clase y tareas por parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. Todas las estrategias de enseñanza y aprendizaje estarán enfocadas a lograr que el alumno desarrolle las competencias marcadas en su perfil de egreso. F) EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN Elaboración y/o presentación de: Periodicidad Abarca Ponderación Primer examen parcial departamental y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño

4 semanas ( Programado )

El contenido de 16 sesiones de una hora

20% -Examen 15% -Otros 5 %

Segundo examen parcial departamental y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño




Tercer examen parcial departamental y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño




Cuarto examen parcial departamental y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño




Otra actividad 1 Durante todo el curso

Asistencia a clase

Requisito

Proyecto Final 20% TOTAL 100% Examen ordinario. Se evalúa como el promedio del total de evaluaciones parciales.

Al terminar el curso

El contenido del curso.

100%

Examen Extraordinario. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen.


100%

Examen a título. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen.


100%

Examen de regularización. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de


100%

evidencias como requisito para la presentación del examen.

G) BIBLIOGRAFÍA Y RECURSOS INFORMÁTICOS

Diseño de elementos de máquinas, Montt, Prentice-Hall. Fernández M. R.: Diseño de Máquinas. Edición interna. Facultad de Ingeniería 2000 Fernández M. R.: Engranes. Edición interna Facultad de Ingeniería. 2000 Niemann, G. Maschinenelemente. Tomos I al III. Springer Verlag 1981 Haller, R., Glienicke, J. Schrifttum zur Vorlesung Konstruktionslehre. Karlsruhe TU Karlsruhe Verlag 1981 Niemann. G.. Tratado teórico Práctico de Elementos de Máquinas. Norma ISO 6336 (Volúmenes 1, 2, 3, 4 y 5). Editorial Labor 1987 DUBBEL, Taschenbuch för den Maschinenbau, 14 Aufl. Berlín Springer Verlag 1981 Glienicke, J., Schrifttum zur Vorlesung Maschinenkonstruktionslehre. Karlsruhe TU Karlsruhe Verlag 1980 Müller, H. W., Vorlesung über Maschinenelemente. Darmstadt. TU Darmstadt Verlag 1977 DUBBEL, Handbook of Mechanical Engineering, Edited by W. Beitz and K.-H. Küttner. English Edition edited by M.J. Shields. Springer Verlag London Limited 1994.

Bibliografía Básica de referencia

DIN Taschenbuch 3, Maschinenbau- Normen für Studium und Praxis. Beuth Verlag. Berlin. 1981 Haller, R., Glienicke, J. Schrifttum zur Vorlesung Konstruktionslehre. Karlsruhe TU Karlsruhe Verlag 1981 Niemann. G.. Tratado teórico Práctico de Elementos de Máquinas. Norma ISO 6336 (Volúmenes 1, 2, 3, 4 y 5). Editorial Labor 1987 DUBBEL, Taschenbuch för den Maschinenbau, 14 Aufl. Berlín Springer Verlag 1981 Glienicke, J., Schrifttum zur Vorlesung Maschinenkonstruktionslehre. Karlsruhe TU Karlsruhe Verlag 1980 Müller, H. W., Vorlesung über Maschinenelemente. Darmstadt. TU Darmstadt Verlag 1977 DUBBEL, Handbook of Mechanical Engineering, Edited by W. Beitz and K.-H. Küttner. English Edition edited by M.J. Shields. Springer Verlag London Limited 1994.

Bibliografía Complementaria

DIN Taschenbuch 3, Maschinenbau- Normen für Studium und Praxis. Beuth Verlag. Berlin. 1981

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