Diseño en ingenieria mecanica de Shigley

914 PARTE TRES Diseño de elementos mecánicos
La transmisión de potencia desde una fuente, tal como un mecanismo o un motor, a través de
una máquina para tener un impulso de salida, es una de las tareas más comunes que se asignan
a una maquinaria. Un medio eficiente para transmitir la potencia es a través del movimiento
rotatorio de un eje, soportado por cojinetes. Se pueden incorporar engranes, bandas, poleas
o catarinas de cadena a fin de proporcionar cambios de velocidad y par de torsión entre ejes.
La mayoría de los ejes son cilíndricos (sólidos o huecos) e incluyen diámetros de paso con
hombros para alojar la posición y soporte de los cojinetes, engranes, etcétera.
El diseño de un sistema para transmitir potencia requiere de atención al diseño y selección
de cada uno de los componentes (engranes, cojinetes, eje, etc.). No obstante, como es a
menudo el caso en el campo del diseño, estos componentes no son independientes. Por ejemplo,
con la finalidad de diseñar el eje para soportar el esfuerzo y la deflexión, es necesario
conocer las fuerzas aplicadas. Si éstas se transmiten a través de engranes, será necesario conocer
las especificaciones de los mismos para determinar las fuerzas que se transmitirán al eje.
Sin embargo, los engranes estándar vienen con ciertos tamaños de diámetro interior, lo que
requiere el conocimiento del diámetro del eje necesario. No es sorprendente que el proceso de
diseño sea interdependiente e iterativo, pero ¿dónde debería comenzar el diseñador?
La naturaleza de los textos de diseño de máquinas se enfoca en cada componente por
separado. Este capítulo se centrará en un resumen del diseño del sistema de transmisión de
potencia, es decir, se mostrará cómo incorporar los detalles de cada componente en un proceso
de diseño global. En esta explicación se supondrá una típica reducción de engranes de dos
etapas tal como el que se ilustra en la figura 18-1. La secuencia de diseño es semejante para
variaciones de este sistema de transmisión en particular.
El siguiente esquema ayudará a hacer más clara una secuencia de diseño lógica. En este
capítulo se proporcionará de manera secuencial una explicación sobre la forma en que cada
parte del esquema afecta al proceso global de diseño. Los detalles acerca de los datos concretos
para el diseño y selección de los componentes principales se cubren en otros capítulos, en
particular el capítulo 7 sobre el diseño de los ejes, el capítulo 11 sobre selección de los cojinetes,
y los capítulos 13 y 14 sobre las especificaciones de los engranes. Un caso completo de
estudio se presenta como un ejemplo específico para demostrar el proceso.
Figura 18-1
Tren de engranes compuesto
invertido.
2
5
2
5
Y
3 4
3
4
ESTUDIO DE CASO PARTE 1
ESPECIFICACIÓN DEL PROBLEMA
En la sección 1-16, p. 23, se presentan los antecedentes de este estudio de caso
que involucra un reductor de velocidad. Se diseñará un tren de engranes de inversión
compuesto, de dos etapas, como el que se muestra en la figura 18-1. En este capítulo,
se presentará el diseño del eje intermedio y sus componentes, tomando en cuenta los
demás ejes cuando sea necesario.