Factores que modifican el limite de resistencia a la fatiga

1)Etapas del diseño de máquinas

Proceso que parte de una necesidad utilizando conocimientos multidisciplinares, se llega a la construcción de una máquina. 1. La constituye la selección y cuantificación de las especificaciones a partir de las necesidades que se deben satisfacer. Por ejemplo una “grúa” (lugar de trabajo, carga a elevar ,elevación, alcance, mercado, mantenimiento, montaje). 2. Síntesis estructural, se definen tipo de mecanismos y subsistemas que se deben componer , desde el punto de vista topológico y los elementos de máquina de cada uno. 3.Síntesis cinemática, en la cual se definen dimensiones de miembros q componen las cadenas cinemática(desplazamientos ,trayectorias ,velocidad ,aceleración). 4. Realizar diseño y cálculo de los componentes de la máquina, hay que tener en cuenta los principios y métodos de resistencia de materiales. 5. Sistemas de lubricación, único o diferente para cada parte, se calculan sus elementos desde el punto de vista mecánico, hidráulico y termodinámico. 6. Sistemas de regulación control y mantenimiento de la máquina para q opere en valores establecidos. 7. Proyecto de diseño de la máquina, se entablan diferentes subsistemas y define sus posiciones relativas. Sus modos de fijación etc.

Se deben considerar los materiales disponibles procesos, equipos de fabricación, aspectos económicos y de mercado, el diseño de máquinas requiere conocimientos electrónicos electricidad y automática, relación con el control regulación y mantenimiento.

Factores:

selección del material(función, esfuerzo, duración, configuración, fabricación, costes adquisición, mercado, peso, condiciones de trabajo
) en el dimensionado de piezas (resistencia a esfuerzos, rigidez, acabado de la superficie, equilibrado, velocidad critica, uníón de piezas, tempo d trabajo, costes fabricación, limitación d espacio, configuración,facilidad d transprte).

2)Formulación estadística del coeficiente de seguridad y definición

El coeficiente de seguridad es el cociente entre el valor calculado de la capacidad máxima de un sistema y el valor del requerimiento esperado real a que se verá sometido. Por este motivo es un número mayor que uno, que indica la capacidad en exceso que tiene el sistema por sobre sus requerimientos. Los coeficientes de seguridad se aplican en todos los campos de la ingeniería, tanto eléctrica, como mecánicao civil, etc.  En los cálculos de resistencia mecánica, el factor de seguridad se aplica principalmente de dos maneras: - Multiplicando el valor de las solicitaciones o fuerzas que actúan sobre un elemento resistente por un coeficiente mayor a uno (coeficiente de mayoración). - Dividiendo las propiedades favorables del material que determinan el diseño por un número mayor que uno (coeficiente de minoración). La definición estadísitca del coeficiente de seguridad es la siguiente: N= C/F= (valor medio de la capacidad de carga)/(valor medio de la carga aplicada prevista). La influencia de los diferentes factores se traduce en una cierta variabilidad, dos gráficas:

Los valores máximos y mínimos serán: F=F Δf  C=CΔC. Como se ha visto, tanto la capacidad de carga del elemento de la maquina como la carga real a la que se encuentra sometido, dependen de múltiplos factores.  Si el objetivo final es que el elemento de la maquina no falle, está claro que el cociente que define el coeficiente de seguridad deberá ser mayor a unidad.La influencia d los diferetes fctores se traduce en una cierta variabilidad.

3) Factores limite de fatiga. Cálculo del limite de fatiga

En los ensayos de fatiga se obtiene, que para cada material, una relación entre la resistencia a la fatiga y el número de alternancias del esfuerzo o número de ciclos realizados. Los resultados se representan gráficamente, ajustando la nube de puntos a la denominada curva de Wohler, sí se representan las dos variables de forma logarítmica se obtiene el trazado típico de la curva de fatiga; para la mayoría de los materiales la curva log σ-log N tiene un tramo completamente horizontal, de manera que para valores inferiores a la ordenada del tramo horizontal el material resiste cualquier número de ciclos. A este valor se le denomina límite de fatiga (Sfat). Para aceros, el tramo horizontal se presenta entre 10e6 y 10e7 ciclos. El límite de fatiga de una pieza determinada se puede calcular atendiendo a todos los factores anteriores con la siguiente expresión: Sfat=(Ka*Kb*Kc*Kv*(1/Kf))*Sfat.

-Acabado superficial de la probeta(Ka)

(origina concentraciones de tensiones y aparición de grietas q aceleran la rotura por fatiga. -

Tamaño de probetas(Kb)

(diámetro>7,62mm se reduce límite de fatiga para flexión y torsión ,diámetro entre 2,79-51mm se aplica coef corrector).-

Concentración de tensiones(Kf)

(una alteración provoca una distribución no uniforme de tensiones).-
Temperatura material (A menor temperatura más límite de fatiga, depende principalmente del material).-

Tensiones residuales(Kv)

las residuales de tracción disminuyen la resistencia a fatiga y las de compresión las mejoran, la resistencia a fatiga mejora con tratamientos en frio). -
Carácterísticas direccionales las piezas laminadas, forjadas, etc. Disminuyen la resistencia de fatiga hasta un 20% cuando se somete a esfuerzos variables en dirección perpendicular a la fibra. -

Sistema de fabricación:

las inclusiones, oquedades etc. Pueden ser causa de disminución de la resistencia a fatiga, se contempla bajo el coeficiente Kv.
Tratamientos térmicos la resistencia de fatiga aumenta al aplicar un tratamiento térmico q aumente la resistencia a la tracción.
- Frecuencia de variación del esfuerzo el límite de fatiga no sufre modificaciones si la frecuencia de variación del esfuerzo aplicado varia entre 200-10.000 ciclos pero si a las superiores de 30.000 cpm.-
Fatiga previa aumenta el límite de fatiga si se someta l material antes a esfuerzos de fatigas menores metalizado y cromado disminuyen un 35% el límite de fatiga

. -

Tratamiento superficial

Resistencia fatiga con cementación y nitruración corrosión forma rugosidades q actúan como concentrador de tensión.

5)Criterios de selección de lubricante. (Tensión, carga, temperatura de trabajo..)-
Lubricantes pastosos: en situaciones en las que no se puedan utilizar aceites (mala retención, atmósfera polvorienta). - Lubricantes sólidos: se utilizan en estas situaciones; temp.De trabajo extremas; condiciones ambientales desfavorables; presiones de trabajo muy elevadas. - Lubricantes líquidos: se utilizarán en la mayoría de los casos, la carácterística fundamental de un aceite es su viscosidad, en función de la velocidad, la carga y la temperatura se seleccionará la viscosidad del aceite.  Velocidades altas: aceites baja viscosidad.  Cargas grandes: aceites muy viscosos. Temperaturas altas: aceites de alta viscosidad. Se suministran aceites especiales para: mecanizado de metales, cojinetes de fricción, cojinetes de rodamientos, engranajes, vehículos automóviles, compresores frigoríficos