Diseño 13 factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga-utp
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El documento describe los factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga según la ecuación de Marín, incluyendo el factor de superficie, tamaño, carga, temperatura y efectos diversos. Proporciona ejemplos numéricos para ilustrar el cálculo de cada factor.
Diseño 13 factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga-utp
- 1. Factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga. 1. Ecuación de Marín 1. Ecuación de Marín Marín identificó que se cuantifican los efectos Marín identificó que se cuantifican los efectos de la condición superficial, tamaño, carga de la condición superficial, tamaño, carga temperatura ,, que permite ajustar el límite de temperatura que permite ajustar el límite de resistencia a la fatiga por análisis estadístico resistencia a la fatiga por análisis estadístico con la siguiente ecuación: con la siguiente ecuación:
- 2. 1ª. Factor de Superficie Ka Depende de la calidad del acabado superficial y de la resistencia a la tensión (esmerilado, maquinado, estirado en frio, laminado en caliente, forjado) Ka Factor de la modificación de la condición superficial Kb Factor de modificación del tamaño Kc Factor de modificación de la carga Kc Factor de modificación de la carga
- 3. Kd Factor de modificación de la temperatura Kd Factor de modificación de la temperatura Ke Factor de modificación de efectos varios S’e Límite de resistencia a la fatiga en viga rotatoria Se Límite de resistencia a la fatiga en la Se Límite de resistencia a la fatiga en la ubicación crítica de una parte de máquina en la ubicación crítica de una parte de máquina en la geometría y condición de uso geometría y condición de uso Resistencia media
- 4. Parámetros en el factor de la condición superficial de Marín Parámetros en el factor de la condición superficial de Marín Acabado Superficial a MPa b Coef. De variación C Esmerilado 1,58 -0,086 0,120 Maquinado o laminado en frio 4,45 -0,265 0,058 Laminado en caliente 56,1 -0,719 0,110 Como sale de forja 271 -0,995 0,145
- 5. Ejemplo de Aplicación. Un acero tiene una última resistencia media de 520 Un acero tiene una última resistencia media de 520 MPa y una superficie maquinada. MPa y una superficie maquinada. Determine el factor de la modificación de la Determine el factor de la modificación de la condición superficial Ka. condición superficial Ka. De tabla se tiene: a=4,45 b=-0,265
- 6. Parámetros en el factor de la condición superficial de Marín Parámetros en el factor de la condición superficial de Marín Acabado Superficial a MPa b Coef. De variación C Esmerilado 1,58 -0,086 0,120 Maquinado o laminado en frio 4,45 -0,265 0,058 Laminado en caliente 56,1 -0,719 0,110 Como sale de forja 271 -0,995 0,145
- 7. 2. Factor de tamaño Kb 2. Factor de tamaño Kb Los resultados para torsión y flexión se Los resultados para torsión y flexión se expresan en el siguiente cuadro expresan en el siguiente cuadro Kb= Kb= 0,859 – 0,000837d 51<d≤254 Para carga axial no hay efecto de tamaño, luego Para carga axial no hay efecto de tamaño, luego
- 8. Diámetro equivalente para el factor de tamaño Diámetro equivalente para el factor de tamaño Sección Diámetro equivalente Redonda, flexión rotativa, torsión d Redonda, flexión no rotativa 0,37d Rectángulo, flexión no rotativa Barra redonda sólida Barra de secc. rectangular
- 9. Ejemplo de Aplicación Ejemplo de Aplicación 1 eje de acero sometido a flexión es de diámetro 32 1 Un mm , colinda con un hombro biselado de 38 mm de diámetro. El material del eje presenta una resistencia última a la tensión media de 690 MPa. Determine el factor de tamaño Kb si el eje se emplea en: a)Modo rotativo b)Modo no rotativo Solución a: Modo Rotativo Solución a: Modo Rotativo
- 10. Solución b: Modo no Rotativo Solución b: Modo no Rotativo De tabla para Diámetro Equivalente para el De tabla para Diámetro Equivalente para el factor de tamaño se tiene: factor de tamaño se tiene: Luego:
- 11. Ejemplo de Aplicación 2 Ejemplo de Aplicación 2 Un eje de acero Bohler VCL sometido a flexión es de diámetro 30 mm y colinda con un hombro biselado de 35 mm de diámetro. El material del eje presenta una resistencia última a la tensión media de 1000 MPa. Determine el factor de tamaño Kb si el eje se emplea en: a)Modo rotativo b)Modo no rotativo Solución a: Modo Rotativo Solución a: Modo Rotativo
- 12. Solución b: Modo no Rotativo Solución b: Modo no Rotativo De tabla para Diámetro Equivalente para el De tabla para Diámetro Equivalente para el factor de tamaño se tiene: factor de tamaño se tiene: Luego:
- 13. 3. Factor de Temperatura Kd 3. Factor de Temperatura Kd La fatiga para los aceros se incrementa un poco a medida que la temperatura aumenta y luego comienza disminuir en el intervalo de 204 a 371 ºC . Si se conoce el límite de la resistencia a la fatiga de una viga rotativa a temperatura ambiente se emplea:
- 14. Tabla de efecto de la temperatura de operación en la resistencia a la tensión de acero. Temperatura ºC 20 1,000 50 1,010 100 1,020 150 1,025 200 1,020 250 1,000 300 0,975 350 0,943 400 0,900 450 0,843 500 0,768 550 0,672 600 0,549
- 15. Ejemplo de Aplicación 1: Un acero SAE1035 Ejemplo de Aplicación 1: Un acero SAE1035 tiene una resistencia última a la tensión media tiene una resistencia última a la tensión media de 482 MPa y se empleará en una parte que de 482 MPa y se empleará en una parte que operará a una temperatura de 225ºC. Estime el operará a una temperatura de 225ºC. Estime el factor de modificación de la temperatura Marín factor de modificación de la temperatura Marín y (S’e)225º si: y (S’e)225º si: a) Solo se conoce la resistencia última a la a) Solo se conoce la resistencia última a la tensión media a temperatura ambiente tensión media a temperatura ambiente Solución: 1. De tabla para temperatura de 225ºC se tiene que interpolar entre 200ºC y 250ºC
- 16. 2. De tabla para 225ºC se tiene:
- 17. Luego: Factor de modificación de la temperatura Factor de modificación de la temperatura de Marín es: de Marín es:
- 18. Ejemplo de Aplicación 2: Un acero ASSAB 7210 M Ejemplo de Aplicación 2: Un acero ASSAB 7210 M tiene una resistencia última a la tensión media de tiene una resistencia última a la tensión media de 835 MPa y se empleará en una parte que operará 835 MPa y se empleará en una parte que operará a una temperatura de 175ºC. Estime el factor de a una temperatura de 175ºC. Estime el factor de modificación de la temperatura Marín y (S’e)175º modificación de la temperatura Marín y (S’e)175º si: si: a) Solo se conoce la resistencia última a la a) Solo se conoce la resistencia última a la tensión media a temperatura ambiente tensión media a temperatura ambiente Solución: 1. De tabla para temperatura de 175ºC se tiene que interpolar entre 150ºC y 200ºC
- 19. 2. De tabla para 175ºC se tiene: 2. De tabla para 175ºC se tiene:
- 20. 3. Luego: Factor de modificación de la temperatura Factor de modificación de la temperatura de Marín de Marín
- 21. 4. Factor de Efectos diversos Ke 4. Factor de Efectos diversos Ke Se tendrá en cuenta como: corrosión, Se tendrá en cuenta como: corrosión, recubrimiento electrolítico, metalizado recubrimiento electrolítico, metalizado por aspersión ,, frecuencia cíclica, por aspersión frecuencia cíclica, corrosión por frotamiento. corrosión por frotamiento. El factor de frotamiento Ke, depende del El factor de frotamiento Ke, depende del material de los pares de acople y varía material de los pares de acople y varía entre 0,24 a 0,90 entre 0,24 a 0,90
- 22. 5. Factor de concentración de esfuerzo 5. Factor de concentración de esfuerzo a la fatiga Kf a la fatiga Kf Parámetros de Heywood Característica Agujero transversal 174/Sut 0,10 Hombro 139/Sut 0,11 Ranura 104/Sut 0,15
- 23. Ejemplo de Aplicación: Un eje de acero tiene una resistencia última a la tensión media de 690 MPa y un hombro con un radio de filete de 3 mm que se conecta un diámetro de 32 mm con uno de 38 mm. Determine Kt (Factor relacionado con Von Mises) y Kf (Concentración de esfuerzo a la fatiga) Solución: Solución: 1. Del enunciado se tiene: Diámetro de los ejes: D= 38 mm , d= 32 mm y Radio de filete r = 3 mm. 2.Luego: D/d=38/32=1,1875, 2.Luego: D/d=38/32=1,1875, r/d=3/32=0,09375 r/d=3/32=0,09375
- 25. 3. De tabla se tiene la expresión: 3. De tabla se tiene la expresión: Kt =1,605 Kt =1,605
- 26. 4. De tabla de Parámetros Heywood se tiene: Luego: Luego: de
- 27. 6. También Reemplazando valores Reemplazando valores Kf= 1,343 Factor de concentración de esfuerzo