Profesorado

Antonio Illana Martos, Víctor Rubén Armenta López

Situación

Prerrequisitos

No se contemplan.

Competencias

Competencias transversales/genéricas

Razonar correctamente.
Incrementar la capacidad analítica.
Desarrollar la capacidad de síntesis.
Integrar conocimientos y técnicas aprendidas en los cursos previos.
Aprendizaje autónomo.
Resolución de problemas.
Desarrollar el pensamiento algorítmico.
Exponer los razonamientos, cálculos y resultados con claridad.
Realizar cálculos complejos con precisión y exactitud.
Aumentar la capacidad de trabajo del alumno, en relación a la
cantidad de información a procesar en un problema determinado.
Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.
Conocimientos básicos de la profesión.

Competencias específicas

• Cognitivas(Saber):

  Dominar los conceptos sobre coeficientes de seguridad y
  fallas estáticas y dinámicas de maquinas.
  Conocer los elementos mecánicos de máquinas, sus ecuaciones
  de comportamiento, requerimientos de construcción y ensayo. A saber:
  ejes, tornillos, engranajes, lubricación, cojinetes de
  deslizamiento, rodamientos, embragues, correas, cadenas, etc.
  Conocer y evitar las formas inadecuadas de anclar un eslabón o
  rigidizar un sistema.
  Identificar las cargas, secciones más solicitadas y puntos
  críticos en una máquina. Desde el punto de vista de la resistencia y
  de la deformación.

• Procedimentales/Instrumentales(Saber hacer):

  Realizar cálculos mecánicos con rapidez y precisión.
  Aplicar los conocimientos de Elasticidad y Resistencia de
  Materiales al Cálculo de Máquinas.
  Manejar con soltura las fuentes de información: tablas, diagramas,
  catálogos comerciales, recursos en red, etc.
  Diseñar y calcular transmisiones mecánicas de complejidad media.
  Aplicar los conocimientos adquiridos en la obtención de ecuaciones
  para el cálculo y diseño de elementos de máquinas: ejes de
  transmisión, tornillos, embragues, correas, resortes, etc.
  Desarrollar e implementar algoritmos adecuados para la resolución
  de problemas mediante programación.

• Actitudinales:

  Expresar con claridad las ideas mecánicas, apoyándose en diagramas
  y gráficos.
  Tener una actitud proactiva en clase. No malgastar tiempo en
  transcribir información de la pizarra que ya tiene disponible en el
  material.
  Ser eficiente. Plantear la mayor cantidad posible de ejercicios,
  comprendiéndolos pero sin gastar tiempo en un cálculo completo.
  Ser equilibrado. Repartir el esfuerzo entre todos los bloques del
  temario.
  Ser versátil. No limitarse a un único procedimiento de resolución.
  Ser exigente con uno mismo. No dar por bueno un ejercicio en el
  que no se han conseguido los resultados correctos.
  Razonar y comprender, jamás memorizar problemas concretos.

Objetivos

Breve descripción del contenido (BOE): Cálculo, construcción y ensayo de
máquinas. Diseño de máquinas.

El diseño mecánico requiere la integración y aplicación de una gran cantidad
de ciencias y técnicas. Además de las asignaturas referidas
en ‘prerrequisitos’ y las de tipo fundamental (Física, Matemáticas, Dibujo,
Informática...) el alumno tendrá ocasión de ejercitar sus conocimientos
sobre ‘Ciencia de Materiales’ y ‘Tecnología Mecánica’, entre otras.
Nuestra meta técnica es la preparación para las funciones de análisis, diseño,
construcción y operación; con pleno conocimiento del análisis y el diseño de
la máquina que se considere.

Programa

TEMARIO  Y TEMPORIZACIÓN


1.-  REGLAS DE DISEÑO DE MÁQUINAS  (3 h)

2.-  TRANSMISIÓN DE POTENCIA   (8 h)

3.-  ESFUERZO, TENSIÓN Y DEFORMACIÓN    (5 h)

4.-  DISEÑO POR RESISTENCIA ESTATICA     (6 h)

5.-  DISEÑO POR RESISTENCIA A LA FATIGA   (7 h)

6.-  EJES Y ÁRBOLES     (4 h)

7.-  LUBRICACIÓN Y COJINETES DE DESLIZAMIENTO     (5 h)

8.-  RODAMIENTOS       (5 h)

9.-  DISEÑO DE ENGRANAJES     (7 h)

10.- SUJETADORES ROSCADOS Y UNIONES ATORNILLADAS   (4 h)

11.- UNIONES SOLDADAS   (3 h)

12.- RESORTES      (3 h)

Prácticas en aula de ordenadores    (5 h)
Casos prácticos de diseño de máquinas y selección de componentes   (6 h)
Pruebas parciales    (4 h)

TOTAL  75 h


PROGRAMA DESARROLLADO

1.-  REGLAS DE DISEÑO DE MÁQUINAS  (3 h)

El proceso de diseño. Coeficiente de seguridad. Factores económicos.
El diseño y la fabricación. Materiales y sus propiedades mecánicas. Diseño
equilibrado y confiabilidad.
Apuntes (basados en los textos de R. Calero y Niemann)
Aptdos Shigley: 1.7, 1.12, 1.13, 5.1, 5.4 a 5.6 y 5.8 a 5.19.

2.-  TRANSMISIÓN DE POTENCIA   (8 h)
Introducción. Motores y medios de impulsión. Curvas de par motor y par
resistente. Trabajo, par y movimiento en máquinas. Frenos y embragues de
zapata. Frenos de cinta. Transmisión por correas. Cadenas. Cables. Volantes y
su dimensionado. Otros tipos de transmisión.
Apuntes.
Shigley: cap. 16 y 17. Inconveniente: no trata los puntos 1, 2, 3 y 4.
Se ajusta mejor el texto de Burr, Mechanical Analisis and Design, cap. 3.
Tanto para teoría como para problemas.
Correas, cadenas y cables se estudian en las prácticas, con selección por
catálogo, y entregando el correspondiente trabajo. No son materia de examen.


3.-  ESFUERZO, TENSIÓN Y DEFORMACIÓN    (5 h)

Esfuerzos y tensiones (repaso de esfuerzos axiales y cortantes, flexión y
torsión). Componentes de la tensión y tensiones principales (círculos de
Mohr). Tensiones y deformaciones térmicas. Relación entre tensiones y
deformaciones. Deformación debida a flexión. Flexión en elementos curvos.
Pandeo.
Apuntes.
Aptdos Shigley: 3.1 a 3.6, 3.10 a 3.14, 3.19, 3.20, 4.1 a 4.3, 4.7, 4.8 y
4.12 a 4.15.
Este tema es un repaso de la Resistencia de Materiales, por lo que no es
materia de examen ninguna de las deducciones que viene en el texto. Sí es
imprescindible saber aplicar las ecuaciones y formularios, así como el dominio
de los conceptos relacionados.

4.- DISEÑO POR RESISTENCIA ESTATICA     (6 h)

Introducción. Resistencia estática. Cargas estáticas y factor de seguridad.
Teorías de falla de materiales: criterio de la tensión cortante máxima,
criterio de la energía de distorsión, teoría de la fricción interna. Ensayos
en materiales dúctiles. Ensayos en materiales frágiles. Condiciones elasto-
plásticas. Tensiones residuales. Pretensado.
Apuntes.
Aptdos Shigley: 6.1 y 6.3 a 6.11.

5.- DISEÑO POR RESISTENCIA A LA FATIGA   (7 h)

Introducción. Ensayos de fatiga. Valores de resistencia a la fatiga. Factores
que modifican la resistencia a la fatiga: superficie, tamaño, tipo de
esfuerzo, temperatura, confiabilidad, otros. Concentración de tensiones:
valores teóricos y sensibilidad a la muesca. Mecánica de la fractura:
tensiones en la grieta, tenacidad y condiciones de fractura, factores de
intensidad. Tensiones fluctuantes. Resistencia a la fatiga en el caso de
tensiones fluctuantes. Tensiones por cargas combinadas. Daño acumulativo por
fatiga.
Apuntes.
Shigley.   Capítulo 7 del libro, puntos 7-1, 7-3 a 7-6, 7-10 a 7-13 y 7-
15.
La concentración de tensiones y mecánica de la fractura se trata en los
puntos  3-15, 5-20, 5-21 (excepto ‘duración’)  y apéndices E-15 y E-16.


6.- EJES Y ÁRBOLES     (4 h)

Introducción. Configuración geométrica. Análisis general con carga estática.
Cálculo y diseño de ejes a fatiga: criterio ED-Gerber, criterio ED-elíptico,
flexión combinada con torsión variable. Frecuencia crítica y  consideraciones
varias. Unión eje-cubo: chavetas, pasadores y tornillos de presión. Unión
árbol-árbol.
Aptdos Shigley: 6-13, 18-1 a 18-3.
Apuntes.



7.- LUBRICACIÓN Y COJINETES DE DESLIZAMIENTO     (5 h)

Introducción. Tipos de lubricación. Viscosidad. Ecuación de Petroff.
Lubricación estable. Lubricación de película gruesa. Lubricación
hidrodinámica. Consideraciones para el diseño. Relaciones entre variables:
viscosidad, temperatura, espesor mínimo, rozamiento, flujo, presión,
calentamiento. Condiciones de estado estable en cojinetes autocontenidos.
Holgura. Cojinetes con lubricación a presión. Cargas y materiales. Tipos de
cojinetes. Cojinetes de empuje. Cojinetes de lubricación marginal.
Shigley, capítulo 12, excepto: criterios de diseño de Trumpler,
interpolación, análisis y evaluación por adecuación de cojinete autocontenido,
tolerancias y holgura radial, consideraciones de cómputo. Del apartado 12-15
(cojinetes de lubricación marginal) sólo se exige conocer el primer
subapartado (generalidades).


8.- RODAMIENTOS       (5 h)

Tensiones de contacto de Hertz. Resistencia a la fatiga superficial. Tipos de
rodamientos y selección del tipo. Vida de los rodamientos. Relaciones entre
carga, vida y confiabilidad. Cargas combinadas, radial y de empuje. Carga
variable. Selección del tamaño. Lubricación. Montaje y alojamiento.
Aptdos Shigley: 3-21, 7-17 y capítulo 11 (excepto pg 720 y 721).
Catálogo FAG.
Apuntes.
La selección del tamaño, o dimensionado, se estudia en las prácticas, con
base en el catálogo FAG, y entregando el correspondiente trabajo. No es
materia de examen.


9.- DISEÑO DE ENGRANAJES    (7 h)

Resumen de cinemática y dinámica de engranajes. Falla en engranes rectos y
helicoidales. Ecuación de flexión de Lewis. Efectos dinámicos. Durabilidad de
la superficie. Ecuaciones de esfuerzos. Ecuaciones de resistencia. Factores de
cálculo. Tensiones en engranes cónicos. Engranajes de sinfín.
La cinemática y dinámica de engranajes ya fue estudiada en ‘Teoría de
mecanismos y máquinas’ de 2º curso, por lo que no es directamente materia de
examen, pero si debe manejarse perfectamente. Puede repasarse en los aptdos 13-
1 a 13-17 más 15-1 del Shigley.
El cálculo de engranes rectos y helicoidales se estudia en los aptdos 14-1
a 14-9 y 14-12 a 14-18.  Los engranes cónicos y sinfín según 15-2 a 15-7.


10.- SUJETADORES ROSCADOS Y UNIONES ATORNILLADAS   (4 h)

Normas y definiciones de roscas. Mecánica de los tornillos de transmisión de
potencia. Tipos de sujetadores roscados. Pretensado y rigidez: pernos,
elementos sujetos. Resistencia del perno. Uniones a tracción: carga externa,
precarga, par de apriete. Juntas con empaquetadura. Uniones a tracción: carga
dinámica. Uniones a cortante. Otras solicitaciones.
Apuntes.
Aptdos Shigley: 8-1 a 8-11 y 8-13. Exceptuando lo referente a análisis de
confiabilidad (pag 481 a 485, 486 y 491).


11.- UNIONES SOLDADAS    (3 h)

Introducción. Soldaduras a tope y en ángulo. Tensiones en uniones soldadas a
torsión. Tensiones en uniones soldadas a flexión. Resistencia de las uniones
soldadas. Soldadura por resistencia eléctrica. Soldadura de aleación. Pegado
con adhesivos.
Apuntes.
Aptdos. Shigley: 9-1 a 9-5, 9-9 y 9-11.


12.- RESORTES      (3 h)

Introducción. Resortes helicoidales: tensiones, efecto de curvatura,
deformación. Resortes helicoidales de tracción. Resortes helicoidales de
compresión: pandeo en resortes. Materiales para resortes. Frecuencia crítica.
Carga de fatiga. Tipos diversos de resortes metálicos. Resortes de goma.
Apuntes.
Aptdos. Shigley: 10-1 a 10-4, 10-5 (excepto recomendaciones de Forys y
Spotts), 10-6, 10-7 (excepto tablas 10-6 a 10-11 y pag 616 y 617), 10-9 a 10-
12 y 10-14 a 10-16 (de estos tres apartados sólo los aspectos descriptivos,
sin ecuaciones).

Metodología

La metodología es muy práctica. Se sugieren y presentan breves problemas de
diseño, o casos que ejemplifiquen los procesos de toma de decisiones en el
diseño. Esto lo realizará el profesor en las clases ‘teóricas’; el alumno,
bajo supervisión del profesor, en las clases prácticas de problemas; y con la
ayuda del ordenador y de información comercial en las prácticas
de ‘laboratorio’.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 165

• Clases Teóricas: 31,5  
• Clases Prácticas: 21  
• Exposiciones y Seminarios: 2  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas: 9,5  
  • Individules:  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 11  
  • Sin presencia del profesorado: 13  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 63  
  • Preparación de Trabajo Personal: 10  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 4  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal):  

Técnicas Docentes

Criterios y Sistemas de Evaluación

La evaluación se apoya en los exámenes (bien parciales, realizados durante el
curso, o final en las convocatorias oficiales) y en las memorias de prácticas.
Ponderadas como sigue:

Exámenes  (parciales / final):  80 %
Memorias:      20 %

Cada examen constará de dos partes, con un peso aproximadamente por igual. En
la primera, ‘Teoría y Cuestiones’, no se permite el uso de material, e incluye
preguntas de desarrollo sobre la teoría de la asignatura, cuestiones
conceptuales breves y problemas que no requieren el uso de material para su
resolución.  Para la segunda parte se permite cualquier material y versa sobre
problemas de mayor nivel de dificultad y/o que precisan la consulta de tablas,
diagramas, formularios…

Recursos Bibliográficos

Texto-base

Diseño en ingeniería mecánica.  J. E. Shigley y C. R. Mischke. 6ª edición, año
2002. Edita McGraw-Hill.


Bibliografía básica

Elementos de máquinas. M.F. Spotts. 7ª ed. Prentice Hall 1999.

Elementos de máquinas. Hamrock y ot. 1ª ed. McGraw-Hill, 2000.

Mechanical analysis and design. Burr y Cheatham. 2ª ed. Prentice Hall, 1995.

Diseño de Máquinas (no confundir con ‘Diseño de Maquinaria’, del mismo autor)
Norton.   1ª ed. Prentice-Hall, 1999.

Elementos de máquinas. Niemann. Labor, 1987. Vol. I.
Estructura de manual. Sólo se publicó el primer tomo.

Normas ISO sobre cálculo de engranajes

Fundamentals of machine component design. Juvinall y Marshek. 3ª ed.  John
Wiley & Sons, 2000.
Texto clásico actualizado, buenas ilustraciones. El CD no trae gran cosa.

Machine elements in mechanical design. Mott. 3rd ed. Prentice Hall, 1999.
Buen libro. Incluye capítulo sobre motores eléctricos (para Ing. Mecánicos)

Fundamentos de mecanismos y máquinas para ingenieros. Calero y ot.  McGraw-
Hill, 1998.
Más enfocado a TMM. Apartados referentes a la construcción, montaje,
mantenimiento y defectos usuales en cadenas, correas, cojinetes, engranes...


Libros de problemas

Problemas de diseño de máquinas.  Pedrero. Cuadernos de la UNED, 35188CU01.
Guía de resolución de problemas, no indica las fórmulas utilizadas, sino el
orden de cálculo y los resultados intermedios.

Problemas de diseño de elementos de máquinas. Faires. 1987, 2ª ed.
Ed. Montaner y Simón


Bibliografía de ampliación y para proyectos.

Mechanisms and mechanical devices, Sourcebook.
Una excelente revisión de máquinas y mecanismos actuales y punteros. Tipo
enciclopédico.

Dudley's gear handbook. Townsend. 2ª ed.  McGraw-Hill, 1991.
El manual por excelencia para engranajes. Sigue las normas americanas.

Stress and strain data handbook.  Hsu, T.H.  2ª ed. Ed. Gulf, 1987.

Atlas de elementos de máquinas y mecanismos.  Beliáev, V. N.  CEAC, 1981.
Buenos planos, adecuado para proyectos.

Fatigue of materials.  Suresh, S.  Cambridge University Press 1991

Theory and practice of lubrication for engineers.  Fuller. Universidad de
Columbia, 1984

Rolling bearing analysis.   Harris, T.A. John Wiley & Sons. Inc., 1991

Cálculo de engranajes paralelos        Lafont, P. UPM, 1988.

Industrial brake and clutch design: Ferodo design manual.  Baker, A.K.
Pentech Press, 1992.

Maquinas prontuario : Técnicas, máquinas, herramientas.  Larburu, N.
11ª ed. Paraninfo, 1999.

Manual sobre seguridad de las máquinas (5 vol). AENOR.
Recopilación de normas UNE.

Mathematical modeling for design of machine components (TK-Integrated).
Bhonsle, S.R. Ed. Prentice Hall, 1998.
Utiliza el programa TK-Solver para ir resolviendo los problemas, en la línea
del Norton pero en un formato muy inferior.

Precision machine desing. Slocum, A.H. Ed.Prentice Hall, cop. 1992.

Elementos de máquinas. V. Dobrovolski y ot. Ed. Mir, 1991.

Machine drafting and design.  Nickolaisen, R.H. Ed. Prentice Hall, 1986.

Machine design : theory and practice.  Deustschman, A.D. Ed. Mcmillan, 1975.
Existe edición actualizada.

Contact mechanics.  Johnson, K.L. Cambridge University Press, 1987.

The CRC handbook of mechanical engineering.  Kreith, F.  CRC Press, 1998.

El diseño mecánico.  Serrano. Ed. Mira, 1999.

Formulario de mecanica. Pareto, L. CEAC, 1991.

Handbook of mechanical engineering.  Dubbel. Ed. Springer-Verlag, 1994.

Los lubricantes: características, propiedades, aplicac. Benlloch. Ceac, 1990.

Manual para técnicos en mecánica industrial.  Maurice, J.       McGraw-Hill,
1985.

Marks standard handbook for mechanical engineers. 8a. ed. McGraw-Hill, 1978.

Mechanical engineers handbook. Kutz.  2ª ed. Ed. John Wiley & Sons, 1998.

Adhesives Handbook. Shields, J. Ed. Butterworths, 1984.

Handbook of engineering design. Cullum, R.D. Ed Butterworths, 1988.

Manual de fórmulas técnicas : cienc., ing., tecnología. Gieck, K.
19ª ed. Ed. Marcombo, 1993.

Manual de cálculos para las ingenierías. Hycks. 3a ed. McGraw-Hill, 1998.

Manual del ingeniero de planta. R.C. Rosaler,  2a ed. McGraw-Hill, 1998.

Fundamentals of fluid film lubrication.  Hamrock, B.J. McGraw-Hill, 1994.

MOLYCOTE. R. Zechel y ot. 1995.
Manual de dicha empresa de lubricantes.