INSTITUTO: INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE CAJEME EVENTO:XXIIIEVENTO NACIONAL DE CREATIVIDAD ETAPA: REGIONAL REA: INGENIERA MECNICA PROYECTO: ELEVADOR CON SISTEMA DE FIJACIN PARA REPACIN DE NEUMTICOS Obregn, Sonora MxicoMayo de 2010 INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE CAJEME AREA: INGENIERA MECNICA PROYECTO: ELEVADOR CON SISTEMA DE FIJACIN PARA REPACIN DE NEUMTICOS Integrantes: AlumnoEdad CarreraSemestre MatrculaGonzlez Camacho Jorge Luis 21 AosIM VI07130205Moreno Vivian Florencia Mara 21 AosIM VI07130238 Nieblas Lugo Gabriel Alberto 21 AosIMVI 07130247 Uras Arizmendi Arturo 21 AosIMVI 07130299 Morales Almada Ral Enrique20 AosIMVI 07130251 Asesores: NombreProfesinrea de Asignacin Pedro Alberto Prez olivas IIMEIngeniera Mecnica SNTESIS DEL PROYECTO Enestetrabajosedescribeunaformadedarlesolucinaunaproblemtica presenteenlasvulcanizadoras,coneldiseoyelaboracindeunamquina capas de reducir el esfuerzo que realiza el operador al momento de reparar una llanta. Este documentoest conformadopor Vcaptulos, en el primero se describen losantecedentesdelproblema,enellosseexplicancmoserealiza actualmenteytiempoatrseltrabajoenelquesepretendeaplicarel mecanismo,seplantealaproblemticaasolucionar,lahiptesis,ascomola justificacin del proyecto y delimita los alcances del mismo. Enelsegundocaptulosepresentalainformacinqueestructuralos fundamentostericos,conloscualesserespaldaeldesarrollodelproyectoa travs de definiciones y conceptos bsicos de la ingeniera. Eltercercaptuloeslametodologaseguidaparallevaracaboeldiseodelmecanismodeelevador,describiendocomosedefiniconcretamentela problemtica,lasnecesidadesdeloperador,elanlisisdelproblema,la planeacinyrecopilacindeinformacinrelacionadaconelproblemaylas fases del diseo. Elcuartocaptuloestintegradoporlosfundamentosdeapoyoqueincluyen los clculos realizados, imgenes descriptivas del mecanismo,el impacto que ocasionaelintegrarelmecanismocomouninstrumentoindispensableparala realizacindeltrabajo,astambincomounanlisisdelaviabilidaddel producto, como resultados obtenidos del funcionamiento del mecanismo. Porltimoenelquintocaptulosepresentanlasconclusionesobtenidasdel proyecto,alverificarsisecumplionoconelobjetivoplanteadoenelprimer captulo. NDICE I.-INTRODUCCIN 1.1.- Antecedentes.......................................................................................... 1.2.- Planteamiento del problema. 1.3.- Hiptesis 1.4.- Razones y justificaciones.. 1.5.- Alcances y limitaciones.. II.- FUNDAMENTOS TEORICOS. 2.1.- La ingeniera mecnica... 2.1.1.- Primeros artilugios mecnicos 2.1.2.- Ingeniera mecnica en la Edad Media. 2.1.3.- Las leyes del movimiento 2.1.4.- Conceptos bsicos de la ingeniera mecnica 2.1.5.- Principios fundamentales de la mecnica 2.1.6.- Unidades empleadas en la mecnica... 2.1.7.- Mecnica de materiales.. 2.1.7.1.-Tipos de materiales... 2.1.8.-Criterio de fallas. 2.1.8.1.- Esfuerzo normal mximo. 2.1.8.2.- Morh modificado... 2.2.- Diseo mecnico.. 2.2.1.- El proceso de diseo, las premisas para su ejecucin y naturaleza 2.3.- Mtodos de diseo.. 2.4.- El proceso o mtodo de diseo proyectual..2.4.1.- Pasos para el mtodo del diseo proyectual... III. DESARROLLO DEL PROYECTO 3.1.- Conocimiento de la necesidad. 3.1.1.- Deteccin de la necesidad 3.1.2.- Transmisin de la necesidad al diseador. 3.2.- Anlisis del problema. 3.2.1.- Definicin del objetivo y alcance del proceso.. 3.2.2.- Establecimiento de especificaciones 3.2.3.- Establecimiento de restricciones 3.2.4.- Establecimiento de criterios de diseo. 3.3.- Planeacin 3.3.1.- Definicin de etapas y actividades 3.4.- Investigacin 3.4.1.- Recopilacin relacionada con el problema.. 3.4.1.1- Tipos de abridores.. 3.4.1.2- Maquinas en existencia que realizan el funcionamiento.. 3.4.1.3- Herramientas con las que cuenta una llantera.. 3.4.1.4- Norma oficial mexicana. 3.4.1.5- Cules son las lesiones ms frecuentes en la espalda?....... 6 6 6 8 8 10 10 11 11 12 12 13 14 14 15 18 20 21 22 23 24 24 31 31 31 32 32 32 32 33 33 33 33 33 33 36 37 39 40 PGINA 5 3.4.2.- Recopilacin de informacin relacionada con las fases 3.4.2.1.- Propiedades de materiales utilizados en ingeniera 3.4.2.2.- Tornillos y uniones atornilladas.. 3.4.2.3.- Mecnica de los tornillos de fuerza o potencia. 3.4.2.4.- Soldadura 3.5.- Diseo conceptual 3.5.1.- Establecimiento de funciones y jerarquizacin 3.5.2.- Evaluacin de opciones.. 3.6.- Diseo de configuracin. 3.6.1.- Establecimiento de caractersticas cualitativas de medios y caractersticas generales de solucin. IV. FUNDAMENTOS DE APOYO 4.1.- Clculos 4.2- Imgenes de Autocad.. 4.3 Mantenimiento de la maquina V.- RESULTADOS 5.1.- Anlisis de Viabilidad..5.2.- Impacto en el entorno. 5.3.- Comentarios. 5.4- Conclusin y bibliografa 41 41 45 46 51 55 55 56 60 60 61 73 76 77 77 79 79 80 6 I. INTRODUCCIN 1.1 Antecedentes Tipos de abridores de llantas para vulcanizadora utilizados comnmente. Fig. Abridor rustico para llantas Esteeseltipomscomndeabridorqueseutilizaenlasllanteras,esun abridor que los mismos operadores fabrican o mandan fabricar, constade una mesadeperfilPTRenlaqueestninstaladosdosparesdeganchosque sonlosquesujetanlasllantasenlamesa,losganchossonmanipulados manualmenteytensionadospormediodeunabarralacualesfijadaenla posicindeseadapormediodeunacadenaconlamesa.Lasllantasson cargadasparasubirlasalamesayesdondeseproduceunesfuerzoenel trabajador. Las mesas varan en sus dimensiones de acuerdo a los criterios de trabajadoryaquecomosemencionoanteriormenteelloslasfabricanolas mandan a fabricar. 7 Esta mesa en particular mide .6m de alto, 1.2m de largo y .5m de ancho, tiene .8mdeseparacinentrelasbasesdelosganchos,losganchostienenuna longitud mxima de .4m cada uno, la barra tiene una longitud de 1m. 1.2 Planteamiento del problema Trasvisitarvariosestablecimientosencargadosdelmontajeyreparacinde neumticos,sedetectounaproblemtica,enelprocesodereparacin,al maniobrarllantasparacamiones,sobretodoalsubirlasalfijadordetenazas, se presenta un esfuerzo en la persona ya que son de un peso considerable que puede provocaralgn dao muscular en la persona. Conestetrabajosepretendedisearyconstruirlosmecanismosnecesarios paraobtenerunamquinaquedesarrollelosmovimientosquesolicitael usuario,conelfinreducirlaslesionesdeespaldaozonalumbaralfacilitarla maniobra de los neumticos. 1.3 Hiptesis del trabajo o proyecto El presente trabajo contribuir a disminuir el esfuerzo realizado por el operario, al utilizar el elevador con sistema de fijacin para reparar el neumtico. 8 1.4 Razones y justificaciones En este caso se detecto la necesidad, por medio de la observacin y sabiendo que la reparacin de neumticos es una actividad que requiere gran esfuerzo si no se cuenta con la herramienta y maquinaria indicada, se pudo identificar por mediodecuestionamientosalosoperadoresqueseradegranayudaun mecanismo que redujera el esfuerzo realizado en la manipulacin de las llantas al momento de repararlas. Se requiere una mquinapara maniobrar las llantas desmontadas a una altura cmoda para eltrabajador en este caso el llantero, la mquina tiene que levantar la llanta desde un altura pequea desde el suelo hasta donde el trabajador sientaque es cmodo para trabajar con ella,tiene quesujetarlallantaenformaverticalalacaradelrodamientoocomnmente parada,tienequeabrirespacioaltrabajadorparatrabajarenlaparteinterior delallanta(paraparcharla),tienequeserunamquinaqueocupepoco espacio, y no tiene que tener un costo muy elevado. Paralajustificacinyfomentacindelasargumentacionesacercadelas lesionesenespaldaysobreloslmitesestablecidosporlaleyparaelmanejo decargasmanualessehizousodelaNORMAOFICIALMEXICANANOM-006-STPS-2000,MANEJOYALMACENAMIENTODEMATERIALES- CONDICIONESYPROCEDIMIENTOSDESEGUIRDAD.Estanorma establecequelacargamanualmximaquelevantenlostrabajadoresseade 50 Kg.; para los menores sea de 35 Kg., y para las mujeres sea de 20 kg. Esta actividad no la deben realizar las mujeres en estado de gestacin, y durante las primeras 10 semanas posteriores al parto. 1.5 Alcances y Limitaciones La mquina contar con un mecanismo que fijarn la llanta sin Rin hueca por medio de abridores de tipo araa y elevarn la llanta hasta donde el usuario lo requieraparaunamejorposicindetrabajo.Losmecanismosdefijacinsern maniobradosmanualmente y fijados por un mecanismo de trinquetey la estructura ser en su mayora de acero. Los fijadorestendrn un alcance para llantas de hasta 0.3 mde ancho y la placa soportar un peso menor o igual a los 80 kilogramos. 9 Establecimientos de especificaciones. -La mquina ser operada por una persona. -Lamquinaslotrabajarconllantashuecas(llantasdeusocomnenlos vehculos). -El material con el que se fabricar la mquina ser en su mayora acero. -La llanta ser instalada en la mquina por el operador. -El peso de la llanta no exceder de 80kg Establecimiento de restricciones. -Labasedondesecolocarlallantanoestaralniveldelsuelodondese instale la mquina.-El operador colocar manualmente la llanta sobre la placa. -Lamquinanohaceeltrabajoautomticamente,estaseraccionadaporel operador progresivamente. -Losmaterialesutilizadosenlaconstruccindelamquinanosern totalmente nuevos. Establecimiento de criterios de diseo. La base del fijador alcanzar como mximo una alturaigual a 1 m,la base de la mquina ocupar un espaciono mayor a un rea de 1 2my en la base del fijador tendr rodillos que faciliten la rotacin de la llanta para cambiar de zona de trabajo. 10 II. FUNDAMENTOS TERICOS 2.1 Historia de la Ingeniera Mecnica EntesdemediadosdelsigloXVIIIlostrabajadoresdeconstruccinagran escalaseponanenmanosdelosingenierosmilitares.Laingenieramilitar englobabatareastalescomolapreparacindemapastopogrficos,la ubicacin, diseoy construccinde carreterasy puentes,y la construccin de fuertesymuelles.Sinembargo,enelsigloXIXdebidoelaumentodela utilizacin de la maquinaria comoconsecuencia de la Revolucin Industrial, la ingeniera mecnica se consolido como rama independiente de la ingeniera. 2.1.1 Primeros artilugios mecnicos El antiguo Dios de Egipto, Tot, era recordado y venerado comoinventor de las matemticas, de la astronoma y la ingeniera. A travs de su voluntad y poder, mantenalas fuerzas del cieloy la tierra enequilibrio. Sus grandes dotespara lasmatemticascelestialeslepermitieronaplicarcorrectamentelasleyes sobrelascualesdescansabanlosfundamentosyelmantenimientodel universo. As mismose dice que Tot enseo a los egipcios los principios de la geometraylaagrimensura,lamedicinaylabotnica.Segnafirmabala leyenda fue el inventor de los nmeros, de las letras del alfabeto y de las artes de leer y escribir. Arqumedes(287-212AC),notablematemticoeinventorgriego,queescribi importantes obres sobre geometra plana y del espacio, aritmtica y mecnica. Naci en Siracusa, Sicilia y se educ en Alejandra, Egipto. En el campo de las matemticas puras, se anticip a muchos de los descubrimientos de la ciencia moderna,comoelclculointegral,consusestudiosdereasyvolmenesde 11 figurasslidascurvasydereasdefigurasplanas.Demostrtambinqueel volumendeunaesferaesdosterciosdelvolumendelcilindroquela circunscribe. En mecnica. Arqumedes defini la ley de la palanca y se le reconoce como el inventor de la polea. HerndeAlejandra(20-62DC),matemticoycientficogriego.Escribial menos13obrassobremecnica,matemticayfsica,inventolaaelpica,una mquina avapor giratoria, es conocido como matemtico tanto en el campo de la geometra como en el de la geodesia. 2.1.2 Ingeniera Mecnica en la Edad MedidaLeonardo Da Vinci naci en 1452. Arquitecto, pintor, escultor, Ingeniero y sabio italiano,destacporencimadesuscontemporneoscomocientfico,realiz descubrimientos en meteorologa y geologa, conoci el efecto de la luna en las mareas, anticip las concepciones modernas sobre la formacin de continentes y conjetur sobre el origen de las conchas fosilizadas. Es uno de los inventores de la hidrulica y probablemente descubri el hidrmetro. KepleryCoprnicodieroninicioalamecnicacelesteencuantoal entendimiento de los cuerpos celestes. 2.1.3 Las Leyes delMovimiento Mientras el estudio de la esttica se remonta e tiempo de los filsofos griegos, laprimeracontribucinimportantealadinmicafuehechaporGalileo(1564-1642).LosexperimentosdeGalileosobrecuerposuniformementeacelerados condujeronaNewton(1642-1727)aformularsusleyesfundamentalesdel movimiento.LaprimerayterceraleyesdeNewtondelmovimientoseusaron ampliamenteenestticaparaestudiaraloscuerposenreposoylasfuerzas que actuaban sobre ellos, estas leyes tambin se usan en dinmica. 12 2.1.4 Conceptos bsicos de la mecnica. Los cuatro conceptos bsicos utilizados en la mecnica son: 1.Masa:Estetrminoseutilizaparadarcarcterycompararloscuerpos. 2.Fuerza:Lafuerzarepresentalaaccindeuncuerposobreotrocuerpo, puede ser ejercida por contacto fsico o distancia. Una fuerza se caracteriza por su punto de aplicacin, magnitudy su direcciny se representa por un vector. 3. Espacio: El espacio se asocia con la nocin de la posicin de un punto X. La posicindeXpuedeserdefinidaportreslongitudesmedidasdesdeunpunto de origen.4. Tiempo: Duracin de las cosas sujetas a mutacin.2.1.5 Principios fundamentales de la mecnica. La partcula es una cantidad casi insignificante de materia, que ocupa un solo puntoenelespacio.Uncuerporgidoestformadoporungrannmerode partculas que ocupan posiciones fijas entre s.Elestudiodelamecnicaelementalreposaenprincipiosfundamentales basados en la evidencia experimental:Leydelparalelogramoparalassumasdelasfuerzas:Estaleyestablece que dos fuerzas que actan sobre una partcula pueden ser reemplazadas por una sola, llamada resultante, dada por la diagonal del paralelogramo que tiene lados iguales a las fuerzas dadas. PrincipiodeTransmisibilidad:Establecequelascondicionesdeequilibrioo demovimientodeuncuerporgidopermanecerninmodificablesunafuerza queactaenunpuntodadodelcuerporgidoesreemplazadaporotradela misma magnitud e igual direccin, pero queacta en un punto diferente con la condicinquelasdosfuerzastenganlamismalneadeaccin.Las tres leyes fundamentales de Newton: Formuladas por Isaac Newton al final del siglo XVII. 1ra.ley:Silafuerzaresultantequeactasobreunapartculaescero,la partculapermanecerenreposo(sioriginalmenteestabanenreposo)ose moverconrapidezconstanteenlnearecta(sioriginalmenteestabaen 13 movimiento).2da.ley:Silafuerzaresultantequeactasobreunapartculaesdiferentea cero,lapartculaadquirirunaaceleracinproporcionalalamagnituddela resultante y en direccin de esta fuerza resultante. 3raley:Lasfuerzasdeaccinyreaccinentrecuerposencontactotienenla mismamagnitud,lamismalneadeaccinysentidosopuestos.Ley de la gravitacin de Newton: Establece que dos partculas de masa M y m seatraenmutuamenteconfuerzasigualesyopuestasFy-FdemagnitudF dado por la frmula. Elestudiodelaestticadelaspartculas,sefundamentabaenlaleydel paralelogramo para la suma en la primera ley de Newton nicamente. 2.1.6 Unidades empleadas en la mecnica Estas se asocian con las unidades de Longitud, Masa, Fuerza y Tiempo.Las unidades fundamentales escogidas universalmente por ingenieros son las unidades de longitud, tiempo y fuerza. Se utilizan generalmente dos sistemas de unidades de longitud, uno llamado el sistema mtrico decimal, y el otro el sistema ingls. 2.1.6.1. Unidades bsicas. Las principales unidades empleadas en la Mecnica se enlistan en las siguientes tablas: MagnitudNombreSmbolo Longitudmetrom MasakilogramoKg. Tiemposegundos Intensidad de corriente elctricaampereA Temperatura termodinmicakelvinK Cantidad de sustancia molmol Intensidad luminosacandelacd Tabla 1 Unidades empleadas enMecnica 14 2.1.7 Mecnica de MaterialesLos materiales existen en la naturaleza mezclados con otros elementos y para poderserutilizadosenlafabricacindeproductosqueutilizaelserhumano sonnecesariosprocesosparaextraerlosdelasminasomenaslascuales consistenengradestnelesdedondeseextraeutilizandodinamita,picoy pala,opormediodeminasacieloabiertoutilizandoexplosivos,palas mecnicas,ygrandescamionesdevolteollamadosYucles,elproceso continua con el traslado del material por medio de bandas transportadoras a las trituradoras hasta llegar al proceso de fundicin donde se obtienen los metales en forma de lingotes, o, como el caso del cobre con un proceso alterno llamado electrodeposicinobtenerplacasdemetaldealtapureza,elmetalobtenido pasaporotroprocesollamadorefinadopormediodehornosparaeliminar impurezas y lograr la obtencin de un metal de alta pureza. Losmetalesobtenidosnosepuedenutilizarenformapuraporloquees necesariootroprocedimientopormediodegrandeshornosparaobtenerlas aleacionesquesonlaformamscomndeutilizacindelosmateriales metlicos.Loshornosutilizadosenlosprocesosmencionadossonvariados, como: a) El alto hornob) Horno elctrico c) Horno de pudeladod) Horno de oxigeno bsico e) Horno de cubilote, etc. 2.1.7.1 Tipos demateriales. No solo se utilizan los metales para construir los bienes sino que tambin otros materiales de gran importancia forman tambin como son: a)Losplsticosobtenidosapartirdelpetrleo,dentrodeestostenemoslos termoplsticosloscualestienencomocaractersticadeserplsticosquese puedenendureceryablandarymodificarsuformasiempreycuandolos enlacesprimariosnoserompan,ejemplolasbolsasdepolietileno,latubera PVC,elpoliducto,yotros,y,lostermofraguantescuyacaractersticadeser 15 plsticos endurecidos que una vez formados ya no se pueden reciclar, es decir alcalentarlosnosellegaasupuntodefusinysedestruyen,ejemplosla baquelita, las tabletas para circuitos electrnicos, etc. b)Losmaterialescermicossonmaterialesinorgnicosnometlicos, constituidosporelementosmetlicosynometlicosenlazadosmediante enlaces inicos y/o covalentes. Susaplicacionesdentrodelaingenierasonvariadaspuesvadesdela construccindondeesutilizadoelmaterialcermicomascomncomoesel cemento,lasporcelanasqueutilizanlasbujasdeautomviles,ocasos especiales como la capa protectora utilizada en los transbordadores que salen alespacio,porcitaralgunasaplicaciones.Estosmaterialestienencomo principal caracterstica de ser aislantes, resistentes al desgaste, bajo peso, alta rigidezysoportartemperaturasmuchosmayoresquelasmejoresaleaciones metlicas,ademsquesepuedenformarconelloscristalespara comunicacin, transistores, diodos, etc. c)Losmaterialescompuestosformadosporlamezcladedosoms materialesunoreforzanteyunaresinacompatibleaglomeranteparaobtener caractersticasespecialesypropiedadesdeseadas.Existenmuchas combinacionesdiferentesderefuerzosymatricescomolafibradevidrio reforzada en matriz de polister o de fibras de carbono en una matriz epoxidica. 2.1.8.- Criterio de fallas Mohr (1900) present una teora sobre la ruptura de los materiales. En algunos materialesfrgiles,laspropiedadesentensinycompresinsondiferentes. CuandoestosucedeseusauncriteriobasadoenelcrculodeMohr,para predecir la falla del material.Estateoraafirmaqueunmateriafalladebidoaunacombinacincrticade esfuerzonormaly esfuerzomximo cortante,y no slo por la presencia de un esfuerzomximonormalobiendeunesfuerzomximocortante.Dandola relacinfuncionalentreunesfuerzonormalyunesfuerzocortantesobreun plano de falla se expresa. ( ) o t ff =16 Esfuerzo cortante sobre el plano de falla Esfuerzo normal sobre el plano de falla La envolvente de falla definida por la ecuacin anterior es una lnea curva. Para lamayoradelosproblemasdesuelos,essuficienteaproximarelesfuerzo cortantesobreelplanodefallacomounafuncinlineandelesfuerzonormal (Coulomb, 1776). ngulo de friccin interna Cohesin Interpretacin en el Plano de Falla Sielesfuerzonormalyelesfuerzocortantesobreunplanoenunamasade suelocontalesquesonrepresentadosporelpuntoA,entoncesnoocurrir una falla cortante a lo largodeeseplano. Si el esfuerzonormaly el esfuerzo cortantesobreunplanosonrepresentadosporelpuntoB(queseencuentra sobrelaenvolventedelafalla),entoncesocurrirunafallacortantealolargo de ese plano. Un estado de esfuerzo sobre un plano representado por el punto Cnoexisteporquestequedaporarribadelaenvolventedefallaylafalla cortante ya habra ocurrido en el suelo. fto| o t tan + = cf|c17 1.Primerosehacentrespruebasalmaterial.Unapruebadetensin uniaxialyotradecompresinuniaxialseusanparadeterminarlos esfuerzos ltimos de tensin y compresin respectivamente. 2.Sehaceunapruebadetorsinparadeterminarelesfuerzocortante ltimo en el material. 3.SegraficaelcrculodeMohrparacadaunadeesascondicionesde esfuerzo. Entrminosfsicos,siuncirculodeMohrparaestadosparticularesde esfuerzo,yaceenteramentepordebajodelaenvolvente,elsueloestaen condicionesestables.SielcrculodeMohrtocalaenvolvente,laresistencia mxima del suelo ha sido alcanzada, es decir, la fallaha ocurrido en unplano determinado. 18 Si el ngulo de este plano con respecto a la horizontal es , esta lnea que se junta con el centro del circulo al punto tangente, esta inclinada en un ngulo 2 con relacin al eje, de la geometra del triangulo rectngulo, se tiene: 2 * = 90 + Por lo tanto: = 45 + / 2,a este plano se le denomina Plano de Falla Terico. Un crculo de Mohr que intercepta a la envolvente y sobrepasa a esta, no tiene significadofsico,porqueunavezquelaenvolventeesalcanzada,lafalla ocurre y el suelo no puede ofrecer ms resistencia al corte. 2.1.8.1.- Esfuerzo normal mximo -W. Rankine La falla se producir cuando el esfuerzo mximo en la pieza sea igual omayoralesfuerzonormalmximo en la probeta sometida aunensayo de tensin en el momento en el que se produce la fractura -Obien----Establecequeunmaterialfrgilfallacuandoelesfuerzoprincipal mximosigmaenelmaterialllegaaunvalorlmite,queesigualalesfuerzo normalltimoquepuederesistirelmaterialcuandoselesometeatensin simple. Si el material est sometido a esfuerzo plano se requiere que 19 Representacin Grfica Paraelcasobidimensional,enelplanosigma1-3,lateoradelmximo esfuerzo normal se representa grficamente como: La falla de presentar cuando el punto determinado por los esfuerzos sigma 1-3 se encuentren fuera del rea sombreada 20 2.1.8.2.- Mohr modificado Cuando se aplican esfuerzos enms de una direccin, o cuando se aplican al mismotiempoesfuerzonormalyesfuerzocortante,esnecesariocalcularlos esfuerzosprincipalessigma1-2medianteelcrculodeMohr.Lagrfica muestraelesfuerzomximoymnimoprincipal,enelejehorizontalyvertical respectivamente.Notequeloscriteriosdefalladependendelcuadrantedondeestnlos esfuerzos principales -Enelprimercuadrante,ambosesfuerzosprincipalessondetensin,y hayposibilidaddefallacuandoalgunorebasaelesfuerzoltimode tensin del material-Enelprimercuadrante,ambosesfuerzosprincipalessondetensin,y hayposibilidaddefallacuandoalgunorebasaelesfuerzoltimode tensin del material-Deigualforma,eneltercercuadranteambosesfuerzosprincipalesson decompresin,ysepredicelafallacuandoalgunorebasaelesfuerzo ltimo de compresin del material. -Laslneasdefallaparaelsegundoycuartocuadrantesonms complejas,ysehandeducidoenformasemi-empricapara correlacionarlas con los datos de pruebas-Laslneasderesistencialtimaalatensindeprolongandelprimer cuadrante al segundoy cuarto,hasta elpunto donde cada uno cruzala diagonaldecorte,trazadaa45gradosporelorigen.Entonces,lalnea sigue formando un ngulo hasta la resistencia ltima de compresin21 Para el diseo, debido de las muchas y distintas formas y dimensiones de laszonassegurasdeesfuerzo,serequieretrazarunagrficaaproximada delosdatospertinentesdeldiagramadeMohrmodificado,conlosdatos realesdelaresistenciadelmaterial.Entoncessepuedengraficarlos valoresrealesdesigma1-2paraasegurarqueestndentrodelazona segura del diagrama. 2.2 Diseo Mecnico Eldiseoestligadoalaconcepcin,construccinoimplementacinde objetos, sistemas o dispositivos que no existen an, o que existiendo requieren demodificaciones(rediseo)paracumplirconnuevosrequerimientos.Implica latomadedecisiones,frentealaincertidumbrecausadaporfaltade informacin. DISEOMECNICO:Eselusodelaimaginacinyelingenioparacrearun mecanismo,mquinaodispositivomecnicoquepermitarealizaruntrabajoo actividad que cubra una necesidad utilizando herramientas matemticas fsicas 22 tecnolgicas, etc.,con el mximo de economa, eficiencia y sin daar el medio ambiente. 2.2.1Elprocesodediseo,laspremisasparasuejecuciny naturaleza. Qu es disear? Eldiseoestableceydefinesolucionesparaproblemaspertinentemente estructurados, no solucionados antes, o nuevas soluciones paraproblemas ya resueltos en forma diferente. Un diseador debe tener: 1.Conocimientos cientficos. 2.Experiencia. El objeto del diseo: Esencontrarsolucioneseconmicasqueseanconfiablesyeficientes.Para lograr lo anterior los diseadores se basan en tres principios fundamentales: -Simplicidad. Reducir a lo fundamental, eliminar implicaciones superfluas, impacta principalmente en la economa. -Claridad.Precisinyexactitudenlaaplicacindelosprincipiosde operacin. -Unidad. Es balance, continuidady homogeneidad entre las propiedades delsistema.Relacionapartesdeltodoentres,deltodoensmismoy en el ambiente. Determina la confiabilidad del producto. Todas las actividades del diseo estn influenciadas por tres factores: 1.Funcionalidad (Relacin con la ejecucin del a funcin). 2.Tiempo (Relacin con la duracin tolerable o permisible). 3.Costo (Relacin con los factores econmicos y financieros). 23 2.3 Mtodos de diseo Procesoevolutivo.Esunprocesomuylargodondeexisteunajustegradual encualquiermodificacin.Lanicaguasonlasexperienciaspreviasdel diseador y se cometen muchos errores. Procesoinconsciente.Primeramenteelhombretuvoquesatisfacerla necesidaddealimentarse,cuandosolucionesteproblematuvotiempopara mejorarsusherramientasdecaza,entoncesconlaexperienciaenlaprctica haceinconscientementequesediseeenelmismomomentoqueseest construyendo en el mismo objeto. Proceso Experimental. Es la forma en que tpicamente se utiliza para resolver problemas. Establece lo siguiente: -Aprender haciendo. -Generalizando la experiencia ganada al resolver problemas. -Este proceso se puede perder tiempo, dinero y esfuerzo. Proceso proyectual. Este tipo deproceso esta bienejemplificadopor unlibro de cocina. Consisteenuna seriedeoperacionesnecesarias dispuestas en un ordenlgicodictadasporlaexperiencia.Sufinalidadesladeconseguirun mximo resultado con el mnimo esfuerzo. Elprocesoproyectualparaeldiseadornoesalgodefinitivo,esalgo modificablesiseencuentranotrosobjetivosquemejorenelproceso.Esto dependedelacreatividaddelproyectistaquealaplicarunmtodopuede descubrir o implementar algo para mejorarlo. Diversaspersonaseinstitucioneshanpropuestodiferentesprocesoso mtodosdediseo,algunosdecincofasesyotroshastadeveinticinco,pero enrealidadnoexisteunprocesonico.Peroalenfrentarunproblemaes importante contar con un proceso de diseo, facilita la obtencin de soluciones ptimas maximizando el empleo de recursos disponibles. Un proceso o mtodode diseo est compuesto por una serie de etapas que a su vez engloban varias actividades 24

2.4 El proceso o mtodo de diseo proyectual. Una vez analizado los mtodos de diseo posibles para la realizacin del proyecto, se decide emplear el mtodo del diseo proyectual, debido a la organizacin que plasman sus datos y lo estructurado de cada uno de sus componentes. 2.4.1Pasos para el mtodo del diseo proyectual. Elprocesodediseoseguidoparalasolucindeunproblemaespecfico,por logeneral,eselmismoqueseaplicaatodoslosproyectosdelmismotipo, pero debido a particularidades que representa cada problema, puede variar. El proceso se resume a continuacin: 1. Conocimiento de la necesidad. -Deteccin de la necesidad por el usuario. -Transmisin de la necesidad al diseador. 25 Unanecesidadyoportunidad,surgedelanecesidaddequeestocurriendo algoenformaequivocada,dequesepuedemejorar,dequesepuedehacer algonuevo,obtenerbeneficiosapartirdeunasituacinproblemtica.Asse puedehablardenecesidadesyoportunidadesendiferentesaspectos: productos, actividades y procesos. Rara vez sepresenta al ingeniero elverdaderoproblema ocultndosemuchos detalles,porlotantodebetratarsesiempredeformularunproblemademodo que comprenda todos los aspectos como lo permita la situacin y los limites de la organizacin y limitacin del tiempo. 2. Anlisis del problema. -Definicin del objetivo y alcance del proceso. -Establecimiento de especificaciones. -Establecimiento de restricciones. -Establecimientos de criterios de diseo. Duranteel anlisis del problema el diseador debe en primer lugar,verificar el planteamientodelproblema,hechoporelclienteyestablecerunabuena comunicacin entre el diseador y el cliente. Sinosseanalizaloanteriorsepuedecorrerelriesgoderesolverderesolver unproblemainexistente,dificultarselasolucindelproblemaamedidaque avance el proyecto.Para el anlisis del problema se propone: IdentificarlosestadosAyB,elestadoAeslasituacinactual,elestado primariodondeseencontr,elestadoBeslasituacindeseada,elestado secundario en donde deseo encontrarse. Duranteel anlisis del problema se debenir identificando las restricciones, las variables y los criterios de diseo. 26 Ejemplo: Un fabricante de aparatos domsticos ha decidido introducir un nuevo tipo de lavadora de robot. Debe de realizar sus funciones especficas de lavado, adems de lavado en serie. Figura 9 Anlisis esquemtico del problema Sin embargo para resolver el problema es necesario saber ms de la entrada y la salida, por lo tanto en esta etapa se determina las caractersticas cualitativas y cuantitativas de los estados A y B. 3. Planeacin. -Definicin de etapas y actividades -Calendarizacin. -Estimacin de recursos necesarios. -Establecimientos de mecanismos de control. En este apartado se lleva a cabo desde elplan de trabajo hasta lamanera en quesevanaircubriendocadaunodelosobjetivosdeldiseo,tomandoen cuentaloscomponentesdelamaquinaria,operacinycriteriosdediseo, adems de un estimado de los recursos que se requieren para el proyecto. 4. Investigacin. -Recopilacin de informacin relacionada con el problema. -Recopilacin de informacin relacionada con las fases. DISEO DE UNA LAVADORA ESTADO A: ROPA SUCIA ROPA SUCIA ESTADO B: ROPA LIMPIA Y SECA 27 Eslabsquedayrecopilacindelainformacindecadaunadelasetapasy del proyecto en general, se trata de encontrar el estado del arte del problema a resolver, atendiendo los objetivos propuestos. 5. Diseo conceptual. -Establecimiento de funciones a realizar por la solucin. -Jerarquizacin de funciones. En esta parte se definen los sistemas que compondrn la mquina, para decidir desdeunafuenteenormedepropuestas,loselementosdemquinasque compondrn el proyecto. Evaluacin de opciones: Sepuedenevaluarlasopcionesgeneradashaciendousodematricesde decisin.Algunos de los criterios que se evalan en las matrices son: Continuidad:seasignalamximapuntuacinalelementoquepermita transportar los camarones de manera continua con mayor rapidez porque esto favorece la capacidad de procesamiento. Adaptabilidad:serefierealafacilidadconquesepuedemodelar,implantary modificarelconceptomencionado.Entremayorcomplejidadpresente,menor ser su calificacin. Espaciorequerido:secalificaconmenorpuntuacinalconceptoqueimpide mayor espacio ocupado, incluyendo el espacio necesario para su operacin. Cantidaddeelementos:seconsideraqueaumentalacantidaddeelementos, aumenta la dificultad de manejar informacin, de realizar anlisis y en general. Lacomplejidaddelconcepto,lacalificacinsermenorsielnmerode decisiones elementos aumentan. Potencia necesaria: la cantidad de elementos mviles, su tamao y la magnitud delascargasalosquesevensometidospormientrasqueseempleanpara estimarlapotencianecesariaenformacualitativa,amenorporcentaje requerido mayor es la calificacin asignada. 28 Costo:seconsideranloscostosrelativosdemateriales,accesorioscomo motores,elementosdemaquinasnecesarios.Elcostoaumentacuandose requieremayorprecisinenlamanufactura,cuandolosmaterialessonms especficos y de menor disposicin. 6. Diseo de configuracin. -Establecimiento de caractersticas cualitativas de medios. -Establecimiento de la configuracin general de la solucin. A partir del concepto de diseo, se trabaja con vistas a obtener los elementos que constituyen a los subsistemas y sistemas, sus geometras y dimensiones relativas y su arreglo o estructura. Existen varias tcnicas para poner configuraciones, algunas se basan en definir los elementos esenciales y generar alternativas variando su arreglo, su nmero y sus dimensiones. Generacin y evaluacin de opciones de decisin. Mtodo del diagrama morfolgico. Esunaherramientadediseoapropiadaparatomardecisionesdemanera acertada, en la seleccin de vistas y elementos de mquinas. Algunos puntos importantes de la morfologa son: 1.La morfologa estudia la forma. 2.Unanlisismorfolgicoesunintentosistemticoparaanalizarlaforma que puede asumir un producto o una maquina. 3.Un diagrama morfolgico es un resumen de este anlisis. Pasos a seguir: 1.Hacerunalistadelascaractersticasofuncionesqueseanesenciales para el producto. 2.Para cada caracterstica o funcin, mencionar los medios con los cuales podra realizarse (esquemas). 29 3.Elaborarundiagramaquecontengatodaslassolucionessecundarias posibles. 4.Identificar las combinaciones factibles de soluciones secundarias. (Elnmerototaldecombinacionesposiblespuedesermuygrande,porlo tanto,lasestrategiasdebsquedatienenqueguiarseporrestriccioneso criterios). Evaluacin de alternativas. Una vez que se ha creado una serie de diseos alternativos, el diseador enfrenta el problema de seleccionar el mejor. La seleccin puede hacerse con base en: -Conjeturas. -Intuicin. -Experiencia. -Tomando una decisin arbitraria. -Procedimientos lgicos. Tomandoenconsideracinlosobjetivosquedebealcanzareldiseo,pero cadaobjetivotienediferentevalorcomparadoconotros,serequierealgn medio para ponderar diferencialmente los objetivos. 7. Diseo de detalle. -Definicin de componentes. -Elaboracin de informacin necesaria para la fabricacin y ensamble. En este paso se realizan todos los clculosyel anlisis correspondiente para generarlasdimensionesadecuadasdeloselementosdelasmquinas. Adems,segeneratodalainformacinnecesariaparalafabricacindel prototipo. 30 8. Fabricacin y ensamble. -Realizacin del prototipo funcional. Se realizan las actividades queinterfieren en la construccin del aparato, para llevar el proyecto del escritorio a la realidad fsica. 9. Pruebas. Se efectan diversas pruebas de funcionamiento, para hacer un anlisis de los resultadosdeldesempeodelamquinacontralosresultadosesperados (objetivos de diseo). 31 III. DESARROLLO DEL PROYECTO 3.1CONOCIMIENTO DE LA NECESIDAD 3.1.1 Detencin de una necesidad Trasvisitarvariosestablecimientosencargadosdelmontajeyreparacinde neumticos,sedetectounaproblemtica,enelprocesodereparacin,al maniobrarllantasparacamiones,sobretodoalsubirlasalfijadordetenazas, se presenta un esfuerzo en la persona ya que son de un peso considerable que puede provocaralgn dao muscular en la persona. 3.1.2Transmisin de la necesidad al diseador. En este caso, la transmisin de la necesidad, fue de forma inversa, ya que, por mediodelaobservacinysabiendoquelareparacindeneumticosesuna actividadquerequieregranesfuerzosinosecuentaconlaherramientay maquinariaindicada,sepudoidentificarpormediodecuestionamientosalos operadoresqueseriadegranayudaunmecanismoqueredujeraelesfuerzo realizadoenlamanipulacindelasllantasalmomentoderepararlas.Se requiereunamquinaparamaniobrarlasllantasdesmontadasaunaaltura cmodaparaeltrabajadorenestecasoelllantero,lamquinatieneque levantarlallantadesdeunalturapequeadesdeelsuelohastadondeel trabajadorsientaqueescmodoparatrabajarconella,tienequesujetarla llantaenformaverticalalacaradelrodamientoocomnmenteparada,tiene queabrirespacioaltrabajadorparatrabajarenlaparteinteriordelallanta (paraparcharla),tienequeserunamquinaqueocupepocoespacio,yno tiene que tener un costo muy elevado. 32 3.2ANALISIS DEL PROBLEMA 3.2.1Definicin del objetivo y alcance del proceso. Disear yconstruir los mecanismos necesarios para obtener una mquina que desarrollelosmovimientosquesolicitaelusuario.Lamquinacontarcon mecanismoquefijarnlallantasinrinhuecapormediodeabridoresdetipo araayelevarnlallantahastadondeelusuariolorequieraparaunamejor posicindetrabajo.Losmecanismosdefijacinsernmaniobradosmanualmente y fijados porunmecanismode trinquetey la estructura ser en sumayoradeacero.Losfijadorestendrnunalcanceparallantasdehasta 0.3mdeanchoylaplacasoportarunpesomenoroigualalos80 kilogramos. 3.2.2Establecimientos de especificaciones. -La mquina ser operada por una persona. -Lamquinaslotrabajarconllantashuecas(llantasdeusocomnenlos vehculos). -El material con el que se fabricar la mquina ser en su mayora acero. -La llanta ser instalada en la mquina por el operador. -El peso de la llanta no exceder de 80kg 3.2.3Establecimiento de restricciones. -Labasedondesecolocarlallantanoestaralniveldelsuelodondese instale la mquina-El operador colocar manualmente la llanta sobre la placa. -Lamquinanohaceeltrabajoautomticamente,estaseraccionadaporel operador progresivamente. -Losmaterialesutilizadosenlaconstruccindelamquinanosern totalmente nuevos. 33 3.2.4Establecimiento de criterios de diseo. La base del fijador alcanzar como mximo una alturaigual a 1m,la base de la mquina ocupar un espaciono mayor a un rea de 1 2my en la base del fijador tendr rodillos que faciliten la rotacin de la llanta para cambiar de zona de trabajo. 3.3PLANEACIN 3.3.1 Definicin de etapas y actividades Dentro de la planeacin del proyecto est comoprimer punto: 1-. ANLISIS Y BUSQUEDA DEL DISEO -La deteccin de problema -El anlisis del problema y bsqueda factible de la solucin -Anlisis de soluciones propuestas -Diseo del boceto del mecanismo propuesto -Anlisisdelboceto,factibilidad,anlisisestructural,presupuestoaproximado, Aprobacin del boceto rediseo del mismo. 2.- RECOLECCION DE PIEZAS PARA MECANISMO PRELIMINAR 3.4INVESTIGACIN 3.4.1 Recopilacin de la informacin relacionada con el problema. 3.4.1.1 Tipos de abridores Tipos de abridores de llantas para vulcanizadora utilizados comnmente. 34 Este es el tipomas comn de abridor que se utiliza en las llanteras, es un abridor que los mismos llanteros fabrican o mandan fabricar, constade una mesa de perfil PTRen la que estn instaladosdos pares de ganchos que son los que sujetan las llantas en la mesa, los ganchos son manipulados manualmente y tensionados por medio de una barrala cual es fijada en la posicin deseada por medio de una cadena con la mesa. Las llantas son cargadas para subirlas ala mesa y es donde se produce un esfuerzo en el trabajador. Las mesas varan en sus dimensiones de acuerdo a los criterios de llantero ya que como se menciono anteriormente ellos las fabrican o las mandan a fabricar. Esta mesa en particular mide .6m de alto, 1.2m de largo y .5m de ancho, tiene .8m de separacin entre las bases de los ganchos, los ganchos tienen una longitud mxima de .4m cada uno, la barra tiene una longitud de 1m. 35 Abridoresde llantasque se pueden encontrar en venta. Abridor neumtico vertical -Tiene una base de levante para dejar una superficie plana para un mejor raspado de la llanta. -Tiene agujeros para ajustar la distancia de apertura que se requiera. -Cuenta con rodillos deslizantes para una rpida inspeccin de la parte a reparar. $ 3,500.00 http://www.parchesgonzalez.com 36 Abridor neumtico horizontal -Lesirveparaabrirdesdeelr-13,r-14,70015,65016,75016,75017, 90020, 100020, 110020, 110022, 22.5.-Constade2pedales,1piston,1basedealtaresistencia,susmedidas son 78cm de altura, 40cm de ancho, y 60cm de base. $ 3,500.00 http://www.parchesgonzalez.com 3.4.1.2 Maquinas en existencia que realizan el funcionamiento buscado. BRANICK 5500 (Estacin de reparacin) Para llantas desde automvil hasta Camin. Ascenso mximo de 33". Apertura del cilindro neumtico hasta 5 1/4". Controles a travs de pedales neumticos. Ref.DescripcinPeso 52-154Estacin de reparacin de llantas 170 Kgs INSPECCION/ REPARACION EPSALON IR100 Ideal para inspeccin de llantas radiales y convencionales para el proceso de reencauche, con altura graduable y lmpara flexible. Ref.DescripcinPeso 62-345Inspeccionadora IR100 220 Kgs 62-346Reparadora RR100 210 Kgs 37 INSPECCIONADORA DE LLANTAS NTD 1600 Inspeccionadora para llantas radiales desde rim 15" hasta 24,5" con detector de pinchaduras por impulsos electricos. Funciona a 110 Voltios y a 90 PSI, tiene una altura graduable de 11" a 36" Ref.DescripcinPeso 52-159Inspeccionadora NDT 1600 315 Kgs www.retreadercolombia.com 3.4.1.3 Herramientas con las que cuenta una llantera. Principalmente las llanteras cuentan con aire comprimido, proporcionado por un compresor. Pistolas neumticas. 38 Gatos. Equipo de desmontar llantas.

Planchas. 39 3.4.1.5 NORMA OFICIAL MEXICANA LaNORMAOFICIALMEXICANANOM-006-STPS-2000,DEMANEJOY ALMACENAMIENTODEMATERIALES-CONDICIONESY PROCEDIMIENTOS DE SEGURIDAD ESTABLECE: 1. Objetivo Establecerlascondicionesyprocedimientosdeseguridadparaevitarriesgos detrabajo,ocasionadosporelmanejodematerialesenformamanualy mediante el uso de maquinaria. 2. Campo de aplicacinLapresenteNormaOficialMexicanarigeentodoelterritorionacionalyaplica entodosloscentrosdetrabajodondeserealicemanejodemateriales,de forma manual o con ayuda de maquinaria. i. Cargamanual:eslaactividadquedesarrollauntrabajadorpara levantar, mover o transportar materiales empleando su fuerza fsica, o con el auxilio de carretillas, diablos o patines.a. la carga manual mxima que levanten los trabajadores sea de 50 kg; para los menores sea de 35 kg, y para las mujeres sea de 20 kg.Estaactividadnoladebenrealizarlasmujeresenestadode gestacin,ydurantelasprimeras10semanasposterioresal parto; 40 3.4.1.6 Cules son las lesiones ms frecuentes en la espalda? Las lesionesms frecuentes son: ladistensinde losmsculos,ligamentosy tendones; problemas en las articulaciones o un "disco desplazado" HERNIA DE DISCO. Un"discoherniado"sucedecuandosaledesulugarelncleodeldisco existenteentrevrtebrayvrtebra(generalmenteL4oL5)presionandoel nervio.Estoescausadoamenudoalgirarelcuerpomientrasalzamosun objetopesado.Peromuchaspersonasnosabenloquecaussu"disco herniado". Cul es la causa ms comn de dolor en la espalda? La causa ms comn es estar utilizando su espalda en forma inadecuada y en actividadesquenosonhabitualescomo,levantarobjetospesadosola adopcindeposturasincorrectasenlarealizacindetareasdelavida cotidiana y se deben a efectos acumulativos de meses e incluso aos. 41 3.4.2 Recopilacin de la informacin relacionada con las fases. 3.4.2 .1Propiedades de materiales usados en ingeniera Mecnica de materiales cuarta edicin Ferdinand P Beer. E. Russell Johnston. John T. DeWolf Mc Graw Hill 42 Propiedades mecnicas de aceros estructurales 43 44 45 3.4.2.2 TORNILLOS Y UNIONES ATORNILLADASSe suele utilizar la siguiente terminologa para las roscas de tornillos:p, paso: distancia entre dos hilos adyacentesl, avance: distancia que avanza una tuerca cuando se le dauna vuelta. Hay roscasdoblesytriples,conlascualesseavanzadosotresveceselpaso respectivamente.En la figura 8.1 seindica la nomenclatura de roscas. Enlas figuras 8.2y 8.3 se representan esquemticamente tres tipos de roscas: Mtrica ISO, Rosca cuadrada, Rosca Acme. 46 Para especificar roscas mtricas se expresa dimetro y paso en milmetrosM12 x 1.75 = rosca con dimetro nominal 12mm. y paso 1.75 mm.LasroscasdeperfilcuadradoyAcmeseutilizanparalatransmisinde potencia; suelen hacerse modificaciones segn las necesidades. 3.4.2 .3 Mecnica de los tornillos de fuerza o potencia.Estetipodetornillosseutilizanparatransformarunmovimientoangularen lineal, transmitiendo fuerza (prensas, gatos, husillos de avance de tornos, etc...)Sea el tornillo de potencia de la figura 8.4, en la que. - dm= dimetro medio. -p = paso.- = ngulo de hlice, o de avance.47 sequierecalcularlarelacinentreelparTnecesarioparabajarysubirla carga y la fuerza F.Elfiletedelaroscadeltornillosedesarrollasobreunplanounalongitud equivalenteaunavuelta.Sehaceunanlisisdelasfuerzasactuantespara subir la carga figura 8.5 a) y para bajarla figura 8.5 b). Esfuerzos en la rosca.Enlosclculosquesiguenserealizalahiptesisdequetodosloshilosde roscaencontactoconlatuercacompartenlacarga;estahiptesisesslo 48 parcialmente vlida y por ello hay que utilizarenlosclculoscoeficientesde seguridad amplios. Con las limitaciones de la hiptesis realizada, se pueden deducir las siguientes expresiones: 49 Enalgunoscasospuedesernecesarioconsiderarlaspropiastensionesenel tornillodebidoacompresin/traccin,concombinacindecortantedebidoal efecto del par de torsin T. En el caso de tener una longitud de tornillo superior a 8 veces el dimetro es necesario considerar el pandeo. Encuantoalaalturadelatuerca(esdecirelnmerodehilosencontacto entrepernoy tuerca), un criterio orientativo consiste en igualar la resistencia a traccin del perno con la resistencia a rasgadura de la rosca de la tuerca. Cuando se necesita un rendimiento muy alto hay que utilizar husillos a bolas. (Los propios fabricantes en los catlogos ofrecen criterios de seleccin). Tornillos y pernos.Si un elemento est diseado para quedar instalado en un agujero roscado se denomina tornillo. Se aprieta aplicando par a la cabeza.Si est diseado para instalarse con tuerca se denomina perno, y se aprietan con par de torsin a la tuerca. Un esprrago es un perno con rosca en los dos extremos.Tensin en juntas atornilladas.El anlisis de la tensin en juntas atornilladas se har a partir de la figura 8.8Adems se definen las siguientes variables: 50 - Fi = precarga inicial- kp= rigidez del perno- km = rigidez de las piezas sujetadas-P = carga que se aplica Se suponequeel perno tiene una precargainicialy se aplica una carga P (tal como se esquematiza en la Figura 8.8). Esta carga P se reparte entre el perno ylaspiezasunidas:PpyPmrespectivamente.Elrepartodependedela relacin entre las rigideces deambos elementos (siempre que se mantenga elcontacto).Efectivamente deben cumplirse las siguientes ecuaciones: 51 3.4.2 .4 SOLDADURA La soldadura es un proceso de ensamble de metales en el que la coalescencia seobtieneporcalory/opresin.Tambinsepuededefinircomounaliga metalrgica efectuada por fuerzas de atraccin entre tomos. Existen diferentes tipos de soldadura Soldadura blanda y fuerteSoldadura por forja Soldadura por gas Soldadura Oxiacetilnica Soldadura Oxhdrica Soldadura Aire acetilnica Soldadura por gas y presin Soldadura por resistencia Soldara por puntos Soldadura por resaltes Soldadura pro costura Soldadura a tope Soldadura por chisporroteo Soldadura por percusin Soldadura por induccin Soldadura por electrodo de carbn Soldadura por arco elctrico Siendolasoldaduraporarcoelctricolaqueesdeinterspararealizarel proyecto. Soldadura por arco elctrico Elarcoelctricoeselfenmenofsicoproducidoporelpasodecorriente elctricaatravsdeunamasagaseosa,generndoseenesazonaunaalta temperatura,lacualenaprovechadacomofuentedecalor,entodoslos procesos de soldadura por arco elctrico. 52 Caractersticas El arco elctrico llamado tambin arco voltaico. Desarrolla una elevada energa enformadeluzycalor,alcanzandounatemperaturade4,000grados centgrados,(7,232F)aproximadamente.Seformaporcontactoelctricoy posteriorseparacin,aunadeterminadadistanciafijadelospolospositivosy negativo.Estearcoelctricosemantieneporaltatemperaturadelmedio gaseoso interpuesto entre ambos polos. Acerca de lanumeracin delos electrodos El prefijo E quiere decir que es un electrodo y se refiere a soldadura por arco. Numeracin Paraloselectrodosdeacerodulceylosacerosdebajaaleacin:lasdos primerascifrasdeunnmerodecuatrocifras,designanlaresistenciaala traccin: E-60XX Significaunaresistenciaalatraccinde60,000librasporpulgadacuadrada(42.2 kg/mm2). E-70XX Significaunaresistenciaalatraccinde70,000librasporpulgadacuadrada (49,2 kg/mm2) E-100XX Significaunaresistenciaalatraccinde100,000librasporpulgadacuadrada 70.3 kg/mm2) Posicin para soldar: la penltima cifra indica la posicin para soldar EXX1X Significa para todas las posicionesEXX2XSignifica posicin horizontal o plana. EXX3XSignifica posicin plana solamente. Electrodosderevestimiento:Paralosdiferentestiposderevestimientos ntese que los electrodos tipo: E-6010yE-6011Tienenunrevestimientoconaltocontenidodemateria orgnica (celulosa). E-6013Tienen un revestimiento con alto contenido de oxido de rutilo (titanio). 53 Interpretacin del ltimo dgito SOLDADURAS Soldadura ConvencionalE-6011 APLICACIONES: Electrodoparapropsitosgenerales,fabricacindeherrera,estructuras ligeras, calderas, tanques, hierro dulce en general.CARACTERISTICAS: Electrodo celulsicodealtapenetracin, todas posiciones, tiene caracterstica mecnicamuysuperioresaelectrodosdesutipo,buenatenacidada temperaturas bajo cero.PROCEDIMIENTO: Quitelasuciedadygrasaasicomomaterialfatigado.Useunarcocortoy deposite cordones rectos sin oscilar, quite la escoria entre pases.DATOS TCNICOS: Presentacin: Electrodo (SMAW) Resistencia a la Tensin: 73,500 Libras/Pulg2 Tipo de Corriente: CA CD Electrodo Positivo (Polaridad Inversa) 54 DIMETROS Y AMPERAJES: 3/32" (2.4 mm) 1/8" (3.2 mm) 5/32" (4.0 mm) 3/16" (4.8 mm) 40 - 80 amperes 75 - 125 amperes 110 - 170 amperes 140 - 215 amperes Soldadura Convencional E-6013 APLICACIONES: Electrodoprincipalmentediseadoparaaltorendimiento,fcilaplicacinpara trabajosdelminadelgadacomoventaneara,ascomoenperfileshuecos, tolvas, tanques, recipientes, carroceras y muebles metlicos.CARACTERISTICAS: Fcil remocin de escoria, se puede soldar con amperajes relativamente bajo, producecordonesdesuperficiesuave,deaspectolisoylimpiaconpoca penetracin.PROCEDIMIENTO: Limpieelreaasoldar,utiliceunarcocortoyligeraoscilacin,eliminela escoria con la herramienta adecuada.DATOS TCNICOS: Presentacin: Electrodo (SMAW) Resistencia a la Tensin: 74,000 Lb/Pulg2 Tipo de Corriente: CA CD Electrodo Negativo (Polaridad Directa) 55 DIAMETROS Y AMPERAJES: 3/32" (2.4 mm) 1/8" (3.2 mm) 5/32" (4.0 mm) 3/16" (4.8 mm) 50 - 90 amperes 90 - 130 amperes 120 - 160 amperes 150 - 190 amperes 3.5DISEO CONCEPTUAL 3.5.1Establecimiento de funciones a realizar por la solucin 1.Lamquinaelevaralallantaalaalturaqueeltrabajadorla requiera desde 0.14mhasta1m. 2.Tendr dos pares de ganchos queabrirn y sujetaran la llanta a la mquina. 3.Contarconrodillosdondesecolocaralallantaparapoderrotarla la con facilidad. Elmecanismocuentacondosbasesrectangulares,labasesuperiorcontara con cejas en forma de rampa, las bases contarn con un soporte de doble tijera como estructura de apoyo y trasmisora de movimiento a travs de rodamientos adaptadosalabasesrectangulares,lacualserimpulsadaporuntornillode potencia,esteasuvezseaccionardeformaindependienteatravsdeun movimiento rotatorio dado por una pistola neumtica orachet. En labase superiorde la rampa se colocara un sistemade sujecindonde se colocarelneumtico,esteestarformadoporunapardepinzas,conun mecanismodetrinqueteparaaseguraryabreelneumticodeformaqueel operador tenga una rea amplia de trabajo. 56 METALES FerrososNo ferrosos AcerosFundicin de Hierro GrisHierro MaleableFundicin de Hierro BlancoHierro Forzado Estructural Inoxidable Acero de Refuerzo Resistencia media Alta Resistencia 3.5.2 Jerarquizacin de funciones TABLAS MORFOLOGICAS Materiales disponibles MATERIALCOSTO RESISTENCIADISPONIBILIDADMALEABILIDADDUCTIBILIDAD Metales***************** Cermicos********** Semi-conductores ********* Aleaciones*********** Materiales compuestos ****** Orgnicos************ TablaSeleccin del material. Diagrama Seleccin de los materiales. 57 Lasfuncionesprincipalesdelamquinasernlassiguientesyde acuerdo a la siguiente jerarquizacin: 1. Sujetar la llanta2. Subir la llanta a la altura requerida para el operador 3. Abrir la llanta para que el operador la repare 4. Bajar la llanta 5. soltar la llanta para que el operador la retire de la base ya reparada Evaluacin de opciones. Empleando lametodologamorfolgica, se analizan varias opciones dediseo paralaseleccindealgunoselementosdelamquina,ascomosus componentes. Sistema generacin de potencia Sistema hidrulico Sistema Neumtico Tornillo de Potencia Costo* Tiempo*** Tamao*** Eficiencia*** Seguridad*** SELECCIN* TablaSeleccin del sistema de generacin de potencia . El tornillo de potencia cumple con mayores expectativas que los otros sistemas, principalmente por el costo. 58 Sistema de sujecin de la llanta Sistema hidrulico Sistema Neumtico Pinzas manuales tipo araa Costo* Tiempo*** Tamao* Eficiencia*** Seguridad*** Instalacin * Operacin* SELECCIN* TablaSeleccin del sistema de sujecin. Laspinzasdetipoaraa,fueronlasseleccionadasporsucosto,facilidadde instalacin y operacin. Sistema de desplazamientoLisoBandaRodillos Costo** Tiempo** Tamao* Eficiencia** Seguridad*** Instalacin ** Operacin* SELECCIN* TablaSeleccin sistema de desplazamiento. 59 Enestecasofueronseleccionadoslosrodillos,porsereficientes,defcil manejoeinstalacinyporteneruncostomoderado,ascomofacilitarel desplazamiento de la llanta sobre la base del mecanismo. EstructuraAngularPTRSolera Costo*** Tamao*** Instalacin*** Confiabilidad * Eficiencia*** SELECCINPTR Tabla 8 Seleccin de la estructura. LaeleccindeconvenientedePTRde1fueporlaconfiabilidadqueeste material ofrece al estar ms reforzado que los otros dos. 60 3.6 Diseo de Configuracin 3.6.1Establecimientodecaractersticascualitativasdemediosy caractersticas generales de solucin. A continuacin en la tabla siguiente se describen algunas de las caractersticas de la mquina, incluyendo algunos componentes que influyen para cumplir con ciertos objetivos de funcionamiento dentro de la mquina. Dispositivo necesarioProcesoObjetivo Tornillo Proporciona movimiento a el mecanismo Generarlaelevacindela estructura Rodillos Sistema de deslizamiento proporciona un movimiento suave, deslizante de la llanta sobre el mecanismo Facilitarlamaniobradelallanta sobre el mecanismo Pinzas tipo araa Sujetar la llanta a la estructura y abrirla Mantenerfirmelallantapara evitar que se caiga y abrir la llanta para facilitar su reparacin Rodamientos,ejesy chumaceras Facilitar el movimiento de los rodillos, de la parte mvil de la estructura. Facilitarelmovimientodela estructura. PTR,tornillos, arandelas, y tuercas. Formacin de la estructura, que soporta la llanta y conforma la base del mecanismo Darleseguridadyfirmezaal mecanismo. Tabla Definicin de algunos objetivos de la mquina. 61 IV. FUNDAMENTOS DE APOYO 4.1.- Clculos Diagrama sistema de tijera en altura buscada 150 kg distribuidos en dos tijeras = 75 kg Longitud de las barras 0.75mCalculo en los soportes de la base superior cuando tiene la altura buscada Diagrama de cuerpo libre 62

=0 Como las fuerzas ejercidas por los soportes estn en equilibrio con la fuerza aplicada al mecanismo T esta la podemos descomponer para conocer la fuerza existente en cada elemento. Nodo A: Se descomponen las fuerzas FAB y FAC se usa un triangulo de fuerza para determinarlos. 63 Nodo B: Usando un triangulo de fuerza Aplicando la ley de los cosenos Nodo C Nodo D 64 Nodo E Nodo F 65 Resultados FAB=222.85 N FAC=299.88N FBC=579.64N FCD=579.64N FCE=299.88N FDF=579.64N FFE=299.8N FFG=299.8N FFH=579.64N Clculos en los soportes de la base inferior hacienda un diagrama de cuerpo libre. Descomprimiendo las fuerzas en sus vectores rectangulares XFFG=299.8 cos 42=222.79 N YFFG=299.8 sen 42=200.6 N XFFH=579 cos 138=-430.28N YFFH=579 sen 138=387.42N 66 Los resultadosde estos clculos corresponden a la fuerza en cada uno de los elementosdemecanismoparasoportarenunngulode42 lasbarras respecto al eje de las bases, la fuerza externa ejercida en la estructura que es de 735.75N=75kgm. Conlosresultadosanterioresseconcluyequelamximafuerzaqueestn expuestos los elementos del mecanismo es de 579.64N. Aplicandoelmtododetrabajovirtualparaconocerlafuerzanecesariapara darlemovilidadalmecanismodemodoquefuncionecomomesaelevadora para obtener distintas alturas. 67 L=0.75m W=75kgm=735.75 N Como W y tienen sentidos opuestos el trabajo virtual de w es Como y 68 Sabiendo que w=735.75N se puede calcular la fuerza necesaria aplicada en la baseinferiorparamantenerenequilibrioaWaunaalturade1mquees cuando se tiene un Como la fuerza vara respecto a de posicin se puede obtener una tabla de relacin ngulo-fuerza. Angulo entre la barra y la baseFuerza necesaria para mantener en equilibrio w 0 0 5 16,819.32N 108,345.29N 155,491.71N 204,491.71N 253,155.64N 302,548.71N 352,101.51N 401,753.66N 451,471.5N 501,234.78N Conlarelacinanteriorsepuedeconcluirqueentremscercaesteelngulo de 90menor ser la fuerza necesaria aplicada al mecanismo. ApoyndoseenelApndiceBpropiedadestpicasdematerialesusadosen ingeniera (unidades SI) pag. 747 Mecnica de materiales Ferdinand P. Beer 4ta edicin. Seseleccionaelaceroestructural(ASTM-A36)ytrabajandoenellmitede fluencia se tiene una tensin =250 Mpa y un cortante=145 Mpa Conociendoquesustituimosenlaecuacinelesfuerzopermisibleyla fuerza aplicada en las barras del mecanismo para obtener el rea axial. Esta es el rea axial de las barras del mecanismo 69 Se selecciona la forma de un perfil PTR y con las tablas se selecciona las dimensiones apropiadas Con un rea de 1.79 cm2 que es mayor a la necesitada para el esfuerzo permisible. . Las barras estn unidas por tornillos de 9.525 mm(3/8) por lo que el rea axial queda reducida. rea axial de perfil PTR= 1.79cm2 (100mm2)=179mm2 Se resta el rea de los orificios y obtenemos el rea donde estar aplicada la fuerza. Ahora se compara la nueva rea axial con la necesitada por la fuerza aplicada 142.805 >67.277Con lo que se puede utilizar este material Calculo de en las barras Calculo del factor de seguridad en barras Factor de seguridadCalculo de los esfuerzos en los tornillos que unen a las barras. 70 El nico cortante se puede presentar entre las dos barras aplicando la fuerza mxima 16,819.32N. Calculo del area axial del tornillo Como se utilizan tornillos de acero de grado 5 (SAE J429 ASTM-A449) con una resistenciamnimaalatensinde120000 comoelnicodatoconlse cuenta se supone un esfuerzo cortante mximo Haciendo la conversin Comparando 413.678 Mpa>236.06Mpa Con lo que s se puede utilizar este material. Clculo de los esfuerzos normales y cortantesCuandoelmecanismoseencuentraalaalturarequerida,enunaposicin estable se analiza la barra 71 Comoesunacargamuchomsgrandeyestimpulsadoporeltornillo, mientrasnogire,permanecercomounaestructuraesttica.Porloquela fuerzaque acta es la aplicada en CE producida por W=299.88N ( )( )( )( )4 6 3 32 4 310 3496 . 8 375 . 0 10 9 . 12110 125 . 7 375 . 0 10 9 . 1m m m Fm m m Az = = = = Esfuerzo Normal en H( ) ( )( )( )MPam Nmm m m NFm FCE Mxzzx059 . 1785 . 1705910 3496 . 810 95 . 0 2 . 0 94 . 149 10 95 . 024 63 3== == oo Esfuerzo Cortante en H ( )t IVQVXxy= t ( )( )( )( )4 5 333 5 310 937 . 5 375 . 0 10 9 . 12110 9 . 110 46 . 5 2875 . 0 10 9 . 194 . 149m m m Im tm m m y A QN VX = = = = = == ( )( )( )( )( )MPam mm NVt IVQVxyXxy569 . 7210 9 . 1 10 937 . 510 46 . 5 94 . 1493 4 53 5= = = tt Calculo de Esfuerzo promedio 5295 . 820 059 . 172=+=+=y xpromo oo Y04 . 76 569 . 7220 059 . 1722222= +|.|

\| = +||.|

\| =xyy xR to o ( )( )64 . 4120 059 . 17569 . 72 2tan22tan11=||.|

\|=||.|

\|=y xxypo o tu72 5665 . 84 04 . 76 5265 . 82 222= + = +||.|

\| +=xyy x y xMSXto o o oo5135 . 67 04 . 76 5265 . 82 222 = = +||.|

\| +=xyy x y xMINto o o oo 73 4.2- Imgenes de Autocad 74 75 76 4.3 Mantenimiento de la maquina. 1.Engrasarlas6chumaceras,eltornillodepotencia,manualmentecon unapistoladeinyeccincada60dasdeserviciooacriteriodel operador con grasa de chasis 2.Eltornillodebedeserrevisadoperidicamente,paraverificarqueno sufra desgaste odesalineacin. 3.Asegurarse que la mquina se encuentre limpia de polvo. 4.asegurarsequedespusdeutilizarlalabasequedetotalmenteensu posicin inferior. 5.Asegurarse que toda la tornillera de la estructura este bien apretada. 6. Verificar que los rodamientos se encuentren en perfecto estado. 77 V. RESULTADOS 5.1 Anlisis de Viabilidad Primeramente se analiz puntualmente el funcionamientode la mquina, para tenerunmejorconocimientoestconformada,yasrealizarunadescripcin objetivay concreta, tambin se realizo unabsqueda demaquinas que tienen unfuncionamientosimilarparacompararlascaractersticasycostosdelas mismas.Antesdeempezarconelarmadodelamaquinasehizouna estimacin de recursos econmicos, de los cuales hasta cierto punto son bajos, se muestra un presupuesto de lamaquina debido a que elmaterial con el que esta construida es fcil de conseguir y de costo moderado, pero tambin tienen que tener una larga vida til, adems cumple con el funcionamiento requerido y reducir los riesgos de dolores intensos de espalda en la zona lumbar adems de no ocasionar daos al medio ambiente. ArticuloDescripcinPrecio ELEVADOR CON SISTEMA DE FIJACIN PARA REPACIN DE NEUMTICOS -Tiene una base de levante para dejar una superficie plana para un mejor raspado de la llanta. -Cuenta con pinzas de sujecin que permiten abriry sujetar la llanta para un mejor trabajo, adems de brindarle al operador un espacio ms amplio de maniobra.-Cuenta con un sistema de elevacin que evita que el operador cargue la llanta. -Lesirveparaabrirdesdeelr-13,r-14, 70015,65016,75016,75017,90020, 100020, 110020, 110022, 22.5.-Fcil mantenimiento $ 2,116.00 Abridor neumtico vertical -Tieneunabasedelevanteparadejar unasuperficieplanaparaunmejor raspado de la llanta. -Tiene agujeros para ajustar la distancia de apertura que se requiera. -Cuentaconrodillosdeslizantespara unarpidainspeccindelapartea reparar. - $ 3,500.00 78 Abridor neumtico horizontal -Lesirveparaabrirdesdeelr-13,r-14, 70015,65016,75016,75017,90020, 100020, 110020, 110022, 22.5.-Constade2pedales,1piston,1base dealtaresistencia,susmedidasson 78cm de altura, 40cm de ancho, y 60cm de base. $ 3,500.00 INSPECCION/ REPARACION EPSALON IR100 -Ideal para inspeccin de llantas radiales y convencionales para el proceso de reencauche -Con altura graduable - Lmpara flexible. $ 25,000.00 Estimado de Costos cantidadmaterialcosto 2 Tramo de PTR de ' ' ' '1 1 de 6mde largo 304.00 1 Tramo de ngulo de ' '21' '211 1 de 6m de largo 222.00 1Tuerca de rosca acme250.00 4 Chumaceras de piso ' '1400.00 2 Chumacera de piso ' '43 170.00 1Rodamiento de fuerza70.00 4Rodamientos 620080.00 8 Tornillo acero grado 5 ' '21' '833 56.00 22 Tuercas de acero de ' '83 22.00 3 Tornillo de ' ' ' '411 y tuerca 4.50 2Kgde soldadura 601190.00 1Manija de acero15.00 1 21 litro de esmalte negro45.00 1Litro de esmalte rojo85.00 4 m de tubo de ' '140.00 2 m de redondo de ' '21 20.00 40Rondanas de presin de ' '83 12.00 1Tornillo rosca acme50.00 12 Tornillo ' ' ' '1671 18.00 79 12 Rondanas planas de ' '167 6.00 12 Rondanas de presin de ' '167 6.00 4 m solera de ' '163' '2 50.00 36 Rondanas planas de ' '83 18.00 8 Tornillo acero grado 5 de ' ' ' '832 40.00 0.3m de Redondode acero cold roll de ' '43 30.00 2 Tornillo acero grado 5 de ' '21' '832 10.00 1 Rondana plana de ' '43 1.00 1Tornillo de acero grado 5 de ' ' ' '412 1.50 total2116 5.2 Impacto en el entorno El impacto que tiene esta mquina con respecto a la sociedad, es, que con su ayudasefacilitareltrabajodeloperario,yaquenoexistirtantoesfuerzo fsico y riesgos de algn accidente al momento de manejar materiales pesados, comosonlasllantas,aligualdeagilizarlareparacindelasllantasenlas vulcanizadoras, adems de brindarle al usuario una herramienta eficiente a unn menor costo. 5.2 Comentarios Estesistemadeelevacinconsistemadefijacinestadiseadoconelfinde brindarlesalosdueosdevulcanizadorasunaherramientaeficientey econmicaparasunegocio,ademsdebrindarleseguridadycomodidadal operario. Ya que la persona que realiza el trabajo de reparacin de llantas est expuesta a lesiones en la espalda, por el manejo de cargas pesadas.

80 5.4 Conclusin Se puede observarque el mecanismo de elevacin con sistema de fijacines ademsdefcildeusar,econmico,defcilmantenimiento,prctico, compacto;unaherramientaquecontribuyealcuidadoylasaluddelas personas.Permitiendodemostrarasuvezquesepuedenaplicarlos conocimientosdelaingenieraensumsamplioaspecto,yaque,eldiseo integra todas las disciplinas estudiadas en la carrera. Bibliografa FerdinandPBeer.E.RussellJohnston.JohnT.DeWolfMecnicade materiales cuarta edicin Mc Graw Hill pag. 747 a 749 http://www.parchesgonzalez.com www.retreadercolombia.com http://www.goodyear.com.mx http://www.stps.gob.mx/DGSST/normatividad/noms/Nom-006.pdf http://www.espalda.org/divulgativa/dolor/causas/altera.asp http://www.ual.es/GruposInv/Prevencion/evaluacion/procedimiento/C-%20Carga%20f%EDsica/10-Manipulaci%F3n%20manual%20de%20cargas.pdf www.acerosdelpacifico.com.mx http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r34387.PDF http://www.aga.com/international/web/lg/ec/likelgagaec.nsf/docbyalias/info_welding_electrone http://soldaduraszelecta.com/productos/mediana-y-baja-aleacin-electrodo-c-15_80_85.html?zenid=d564935526b2c4bf9b041a0aa20444e9