DISEÑO MECÁNICO

DISEÑO MECÁNICO

1. Fases e interacciones del proceso de diseño

   • Presentación
     • Es el paso final y vital del proceso de diseño.
       • Diseños, invenciones y trabajos creativos se han perdido solo porque sus creadores no fueron capaces a explicar sus logros
   • Identificación de una necesidad.
     • El reconocimiento y la expresión de esta constituyen un acto muy creativo, porque la necesidad quizá solo sea una vaga inconformidad.
       • El reconocimiento se acciona por una circunstancia adversa o por un conjunto de circunstancias aleatorias que se originan casi de manera simultánea.
   • El proceso de diseño completo de principio a fin:
     • Reconocimiento de la necesidad
       • Definición del problema
         • Síntesis
           • Análisis y optimización
             • Evaluación
               • Presentación
   • Definición del problema
     • Es más específica y debe incluir todas las especificaciones del objeto que va a diseñarse.
       • Especificaciones son: -cantidades de entrada y salida. -características y dimensiones del espacio
   • Síntesis de un esquema que conecta elementos posibles del sistema se le llama invención del concepto o diseño conceptual.
     • Varios esquemas de solución deben proponerse, investigarse y cuantificarse en términos de medidas establecidas.
       • La síntesis, el análisis y la optimización están relacionados en forma íntima e iterativa.
         • El análisis como la optimización requieren que se construyan o desarrollen modelos abstractos del sistema que admitirá alguna forma de análisis matemático.
   • Diseño
     • Es un proceso iterativo en el cual se procede a través de varios pasos, se evalúan los resultados y luego se regresa a una fase previa del procedimiento.
       • De esta manera es posible sintetizar varios componentes de un sistema, analizarlos, optimizarlos y regresar a la síntesis para ver los efectos sobre las partes restantes del sistema.
   • Evaluación
     • Representa la prueba final de un diseño exitoso lo que implica la prueba del prototipo en el laboratorio.
       • Aquí se descubre si el diseño satisface las necesidades.

2. Consideraciones de diseño

   • La resistencia que requiere un elemento de un sistema significa un factor importante para determinar su geometría y dimensiones.
     • La resistencia es una consideración de diseño importante
       • La expresión consideración de diseño involucra de manera directa alguna característica que influye en el diseño del elemento
         • Entre las más importantes se mencionan:
           • 1. Funcionalidad 2. Resistencia/esfuerzo 3. Distorsión/deflexión/rigidez 4. Desgaste 5. Corrosión 6. Seguridad 7. Confiabilidad 8. Facilidad de manufactura

3. Materiales y sus propiedades

   • Tipos de materiales
     • Los elementos de las máquinas están hechos de metales o aleaciones de metales, como aceros, aleaciones de aluminio y bronces.
       • Otros materiales, como polímeros, cerámicas y materiales compuestos, también se utilizan en  máquinas.
   • Aceros y Aleaciones
     • Propiedades de alta resistencia, alta rigidez, durabilidad y relativa facilidad de fabricación.
       • Se utilizan muchos tipos de aceros en elementos de máquinas, incluidos aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables, aceros estructurales, aceros para herramientas.
   • El material seleccionado está determinado por los requisitos de la aplicación o, más precisamente, por el requisito de las propiedades del material, como resistencia, rigidez, confiabilidad y durabilidad.
     • También se consideran factores adicionales, como la reciclabilidad, la contaminación ambiental y los costos.

4. El diseño en ingeniería mecánica

   • Los ingenieros mecánicos están relacionados con
     • -La producción -El procesamiento de energía -Suministro de los medios de producción -herramientas de transporte  -técnicas de automatización.
   • Entre las bases disciplinarias se encuentran
     • -Mecánica de sólidos -Mecánica de fluidos -Transferencia de masa y momento -Los procesos de manufactura  -Teorías de la electricidad y de la información
   • Ejemplo
     • El diseño de un simple cojinete involucra:
       • -Flujo de fluidos -Transferencia de calor -Fricción -Transporte de energía -Selección de materiales -Tratamientos termo-mecánicos -Descripciones estadísticas

5. Proceso de diseño de máquinas

   • Es un proceso complicado y delicado, que implica procedimientos interactivos e iterativos
   • Objetivo del diseño de máquinas
     • Producir un producto útil que satisfaga las necesidades de los clientes.
   • El desarrollo de una nueva máquina se puede clasificar en cuatro etapas:
     • -planificación
       • comienza con el reconocimiento de las necesidades
         • El deseo por un nuevo producto puede ser adquirido de un mercado objetivo, de la insatisfacción con los productos existentes o de una circunstancia adversa particular.
           • se deben considerar la inversión financiera, el precio estimado, los objetivos de costo, las ganancias esperadas
   • -diseño conceptual
     • un diseñador o un equipo de diseño propone varios diseños conceptuales que satisfagan las especificaciones de función y diseño.
       • Estos diseños se investigan, cuantifican, comparan, pesan y clasifican en términos de criterios de evaluación establecidos.
         • Luego se decide el diseño conceptual óptimo y se diseñará para cumplir con los criterios específicos de rendimiento, vida útil, peso, costo, seguridad.
   • -diseño detallado
     • se propone un diseño inicial y se desarrolla en un modelo analítico o un modelo de computadora para los análisis pertinentes según sea necesario como lo son:
       • cinemática -fuerza -resistencia -rigidez -transferencia de calor
         • Si los resultados analíticos no son satisfactorios, los diseñadores regresan al diseño inicial.
           • De lo contrario, se construirá, probará y evaluará un prototipo físico.
             • el diseño tentativo puede considerarse listo para la fabricación o puede someterse a un segundo análisis.
   • fabricación y comercialización
     • Se puede lanzar una producción a gran escala y los productos se pueden vender a los clientes tanto en el mercado nacional como en el mundial.
       • Los datos de servicio sobre modos de falla, tasas de falla, mantenimiento y problemas de seguridad se recopilan para mejorar el producto en el futuro.

6. Diseño de elementos de máquina

   • Consideraciones de diseño de elementos de máquina.
     • La seguridad y la fiabilidad de la máquina deciden la seguridad general y la esperanza de vida de una máquina.
       • El análisis, la predicción y la prevención de fallos forman la base para el diseño de elementos de máquinas.
     • Es una parte más enfocada e integral del diseño de la máquina
       • Consiste en el cálculo de la capacidad y el diseño estructural.
     • Emplea conocimientos y habilidades similares al diseño de máquinas.
       • El diseño debe garantizar un funcionamiento eficiente y seguro, con una combinación de tamaño, forma y material para soportar las cargas operativas a un costo mínimo.
     • Dado que el proceso de fabricación afecta las especificaciones finales de la geometría general, dimensiones, tolerancias o acabados superficiales, tolerancias adecuadas y superficie aceptable.
       • Los acabados deben especificarse en los planos de diseño para facilitar la selección del proceso de fabricación
   • Criterios de desgaste
     • Las fallas mecánicas,  están fuertemente influenciadas por la interacción entre el diseño, la fabricación y los materiales.
       • Las condiciones permitidas dependen en gran medida de las propiedades del material, mientras que las condiciones de trabajo dependen principalmente del diseño, la fabricación y el funcionamiento.
     • Es la eliminación gradual de materiales de las superficies de contacto como resultado del movimiento relativo.
       • Para evitar el desgaste, la presión p y las velocidades d v deben satisfacer los siguientes criterios:
         • P≤ [p] pv ≤ [pv]
   • Proceso de diseño de elementos de máquina
     • Implica intrínsecamente cálculos complejos, decisiones de compensación y procesos iterativos, a través de los cuales se obtiene un diseño óptimo.
       • El proceso de diseño de un elemento de máquina se puede clasificar en términos generales en cuatro pasos: identificación de tareas de diseño, suposiciones y decisiones, análisis y evaluación y dibujos y documentación.
         • Identificación de la tarea de diseño
           • Se requiere identificar los requisitos de diseño y las variables de diseño, las interacciones del elemento.
         • Supuestos y decisiones
           • El material y el tratamiento térmico deben seleccionarse primero para que los datos de propiedad del material requeridos para los cálculos.
             • El sistema mecánico real necesita ser idealizado y simplificado para facilitar el análisis de carga.
         • Análisis y evaluación del diseño
           • La variabilidad en la fabricación, montaje y servicio se considera introduciendo factores modificadores en los análisis.
             • El rendimiento de los elementos de la máquina debe evaluarse frente a los límites del material.
         • Planos y documentación
           • Los diseñadores deben convertir las dimensiones calculadas en dibujos detallados, teniendo en cuenta la fabricación, el montaje, el mantenimiento y la estandarización.
             • Normalmente se incorporan estándares, códigos o dimensiones preferidas para facilitar la compra y la fabricación.