Capítulo 1: Introducción
La invención que todos y cada uno admirarón, como él
es aquella en la que el inventor falló; tan facil que parecía,
Una vez encontada, la mayoría que todavía no la
encontraba hubiera pensado: Imposible
John Milton
Imagen: Prensa de impresión. Gutenberg describió la
idea de una prensa de impresión como:“La llegada de
un rayo de luz.”
Capítulo 1: Introducción
CALCULO DE MAQUINAS
Estudio de los procesos de toma de decisiones,
con los cuales los Ingenieros Mecánicos
formulan planes, para la realización física de
máquinas, dispositivos y sistemas.
DISEÑO
formular un plan para satisfacer una demanda
humana.
Diseño en Ingeniería Mecánica.
Formular un plan funcional para desarrollar o
modificar una máquina o elemento mecánico con
el fin de satisfacer una necesidad o demanda.
Requiere




Conocimientos Científicos.
Métodos Técnicos.
Buen Criterio.
Cierto Grado de Ingenio.
Enfoques del desarrollo
de un producto
+
Fases del Diseño
•
•
(a) Enfoque de ingeniería de
producto (del libro Kalpakjian
[1997]).
(b) Enfoque de ingeniería
concurrente (adaptado del libro
Pugh [1996]).
Text Reference: Figure 1.1, page 5
Diseño para Manufactura
Efecto de las consideraciones de manufactura y ensamble en el diseño de una motosierra.
(a) Diseño original con 41 partes y 6.37 minutos de tiempo de ensamblaje. (b) Diseño
modificado, con 29 partes y 2.58 minutos de tiempo de ensamblaje. [From Boothroyd
(1992)].
Text Reference: Figure 1.2, page 14
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
En cada caso, hay que determinar que factores o consideraciones de
diseño, son relevantes y en con que grado.
•
•
•
•
•
•
Resistencia, rigidez, peso/volumen, espacio.
Desgaste, lubricación, corrosión.
Propiedades térmicas, acabados.
Coste, mantenimiento, duración, fiabilidad.
Seguridad, reciclaje, estética.
Medio ambiente, reciclaje, procesos.
SEGURIDAD



Revisar ciclo de vida, localizando riesgos potenciales.
Elementos redundantes - Diseño integral(sin añadidos)
Especificaciones legales.
Aproximación al factor de seguridad, según
Puglsey
Factor de seguridad
caracteristicas D and E
Factor de seguridad
caracteristicas A, B, y C
C aracterística
A =vg
C
A=g
C
A=f
A=p
avg=muy
C
C
C a ra c te rístic a
a
vg

 g

 f

 p
vg

 g

 f

 p
vg

 g

 f

 p
vg

 g

 f

 p
B=
vg
1 .1
1 .2
1 .3
1 .4
g
1 .3
1 .4 5
1 .6
1 .7 5
f
1 .5
1 .7
1 .9
2 .1
p
1 .7
1 .9 5
2 .2
2 .4 5
1 .3
1 .4 5
1 .6
1 .7 5
1 .5 5
1 .7 5
1 .9 5
2 .1 5
1 .8
2 .0 5
2 .3
2 .5 5
2 .0 5
2 .3 5
2 .6 5
2 .9 5
1 .5
1 .7
1 .9
2 .1
1 .8
2 .0 5
2 .3
2 .5 5
2 .1
2 .4
2 .7
3 .0
2 .4
2 .7 5
3 .1
3 .4 5
1 .7
1 .9 5
2 .2
2 .4 5
2 .1 5
2 .3 5
2 .6 5
2 .9 5
2 .4
2 .7 5
3 .1
3 .4 5
2 .7 5
3 .1 5
3 .5 5
3 .9 5
bueno, g=bueno, f=regular y p=pobre
A=calidad de los materiales, mano de obra, mantenimiento e
inspección
B=control sobre la carga aplicada en la zona
C=precisión del análisis de esfuerzos, de la información
experimental o experiencia con elementos similares
a
ns
E=ns
1 .0
E=s
1 .0
E=vs
1 .2
a
v s= m u y se rio , s= se rio y n s= n o
se rio
D = d a ñ o s p e rso n a le s
E = im p a c to e c o n ó m ic o
D=
s
1 .2
1 .3
1 .4
vs
1 .4
1 .5
1 .6
Cálculo:
ns=ns,xns,y
ns= Factor de seguridad
ns,x se obtiene de la Tabla 1.1
ns,y de la Tabla 1.2
SI, Unidades y Prefijos
(a) u n id ad es d el S I
C an tid ad
U n id ad es b ase S I
Longuitud
M asa
T iem po
T em peratura
U n id ad
S ím b olo S I
F orm u la
m eter
kilogram
second
kelvin
m
kg
s
K
-
radian
rad
-
joule
new ton
w attio
pascal
julio
J
N
W
Pa
J
N -m
2
k g-m /s
J/s
2
N /m
N -m
U n id a d su p lem en ta r ia
d el S I
A ngulo P lano
S I d erived u n its
E nergía
F uerza
P otencia
P resió n
T rabajo
(b ) p refijos S I
factor d e M u ltip lica ción
12
1 000 000 000 000 = 10
9
1 000 000 000 = 10
6
1 000 000 = 10
3
1 000 = 10
2
100 = 10
1
10= 10
-1
0.1= 10
-2
0.01= 10
-3
0.001= 1 0
-6
0.000 001 = 10
-9
0.000 000 001 = 10
-1 2
0.000 000 000 001= 10
P refijo
tera
giga
m ega
kilo
hecto
deka
deci
centi
m illi
m icro
nano
pico
S I sym b ol
for p refix
T
G
M
k
h
da
d
c
m
µ
n
p
SI unidades y
prefijos
CODIGOS - NORMAS DE INDUSTRIA
ANSI - American National Standards Institute.
ASME - American Society of Mechanical Engineers.
ASTM - American Society for Testing and Materials.
AGMA - American Gear Manufacturers Association.
AISI - American Institute of Steel Construction.
ISO - International Standards Organization.
NFPA - National Fire Protection Association.
UNE - Una Norma Española
(a) factores d e con versión fu n d am en tales
U n id ad es in glesas
S I, valor E xacto
Longuitud
M asa
T em peratura
0.0254 m
0.453 592 37 kg
5/9 K
1 in
1 lbm
1 deg R
(b ) D efin icion es
A celeración de la gravedad
E nergia
Longuitud
P otencia
P resión
T em peratura
V iscosidad cinem ática
V olum en
2
A p p roxim ate S I
valu e
0.4536 kg
-
2
1g= 9 .8066 m /s (32.174 ft/s )
B tu (unidad térm ica británica)    
requerida para elevare 1 lbm de agua 1ºF 778.2 ft -lbf)
kilocaloria  cantidad de energia que se requiere para
elevar 1 kg de agua 1 K (1 kcal= 4187 J)
1 m illa= 5280 ft; 1 m illa nautica = 6076.1 ft.
1 cavallo de vapor = 550 ft-lbf/s
1 bar  105 P a
G rado F ahrenheit t F = 9/5t C + 32 (w here t C is degrees)
(C elsius)
grado R ankine t R = t F + 459.67
K elvin t K = T C + 275.15 (ex act)
1 poise  0.1 kg/m -s
2
1 stoke  0.0001 m /s
1 pie cúbico = 7.48 gal
(c) factores d e con versión ú tiles
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Conversión
Factores y
Definiciones
ft = 0.3048 m
lbf = 4.448 N
2
lbf = 386.1 lbm -in/s
kgf = 9.807 N
2
lbf/in = 6895 P a
ksi = 6.895 M pa
B tu = 1055 J
ft-lbf = 1.356 J
hp = 746 W = 2545 B tu/hr
kW = 3413 B tu/hr
3
Text Reference:
Table
quart = 0.000946
m = 0.946 liter
kcal = 3.968 B tu
1.4, page 20
Factores de conversión y
definiciones.
Silla de ruedas, ejemplo de diseño como una
tarea multidisciplinar.
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Chapter 1: Introduction