Fundamentos de Diseño Mecánico: Uniones, Soldaduras y Criterios de Fallo

Tornillos de Alta Resistencia y Esfuerzo Cortante

Su función principal es proporcionar una fuerza de sujeción a través de la tensión y la fricción generada en el pretensado. No están diseñados para soportar esfuerzos de cortadura debido al diseño, las propiedades del material y la naturaleza de la distribución de cargas.

Soldadura a Tope

Se utiliza porque no se requieren cálculos adicionales al de las propias piezas a unir. Se asume que las características resistentes del material de aportación son, como mínimo, iguales a las del material base más débil.

Plano de Garganta

Es una de las zonas más tensionadas, pero no siempre es la máxima; la distribución de tensiones depende del tipo de carga aplicada, la geometría de la soldadura y la presencia de defectos. Las tensiones de comparación se analizan en las zonas críticas: el plano de garganta lo es, pero también la raíz y la superficie exterior.

Tensiones en Uniones Pegadas

Al diseñar una junta adhesiva se pretende conseguir una distribución de tensiones lo más uniforme posible. En este caso, a cortadura (representada por la letra griega τ en forma de U), las tensiones se acumulan en los extremos de solapamiento. Cuando sube L (longitud), baja τ_max. Si se sigue incrementando L, se consigue una pequeña disminución de la tensión máxima, mientras que en la zona central hay tensiones prácticamente nulas. Hay un momento en el que incrementar la zona de solape no tiene sentido, ya que implica un consumo de adhesivo innecesario (la zona central no aporta resistencia).

Conos de Sincronización

Sirven para reducir la velocidad relativa entre las dos partes del embrague de contacto positivo para que este pueda ensamblarse. La potencia es transmitida por dicho embrague de contacto positivo, no por el de fricción.

Acoplamientos Flexibles

Sus funciones principales son:

• Permitir pequeños desalineamientos entre ejes.
• Absorber vibraciones e impactos.
• Reducir esfuerzos dinámicos transmitidos entre los ejes.
• Proteger los elementos mecánicos frente a sobrecargas y variaciones bruscas de par.

Criterios de Fallo Estático

En la realidad, los elementos mecánicos trabajan en estados de tensión multidireccionales. En los ensayos disponemos de datos simples, por lo que se busca relacionar el fallo en un estado unidireccional con el fallo en cualquier estado de tensión. Se examinan las relaciones entre la resistencia de una pieza y su carga estática para poder elegir el material y las dimensiones adecuadas para que no rompa.

Cuando trabajamos con el fallo estático, el objetivo es pasar de un estado tridimensional (o bidimensional) a un estado biaxial a través de la tensión equivalente (σ_eq), que es una tensión normal a tracción. Existen tres criterios principales de fallo estático:

• Rankine
• Tresca
• Von Mises