Ingeniería mecánica: resistencia, transmisión y vibración
El dominio Ingeniería mecánica evalúa diseño de elementos de máquina, selección de materiales, procesos de manufactura, transmisión de potencia, vibraciones y sistemas térmicos. Los casos suelen pedir calcular un esfuerzo, elegir un diámetro comercial o interpretar una relación de transmisión.
Reglas y conceptos
- Criterio de resistencia: σ_max ≤ σ_adm = S_y/FS; en carga cíclica se compara con el límite de fatiga corregido (Se) mediante Goodman o Soderberg.
- Concentradores de esfuerzo: el esfuerzo nominal se multiplica por K_t en carga estática o por K_f en fatiga.
- Transmisiones: relación i = N_salida/N_entrada = n_entrada/n_salida; potencia P = Tω, con ω en rad/s.
- Vibración: frecuencia natural ω_n = √(k/m); hay resonancia cuando la excitación se acerca a ω_n.
- Manufactura: tolerancias y ajustes, rugosidad superficial y capacidades de los procesos de conformado y maquinado.
Ejemplo resuelto
Un eje macizo soporta un momento flexionante máximo M = 300 N·m. Con acero de S_y = 240 MPa y FS = 2, resulta σ_adm = 120 MPa. Para sección circular, σ = 32M/(πd³); al despejar, d = [32(300)/(π·120×10⁶)]^(1/3) ≈ 0.0294 m ≈ 29.4 mm. Se especifica un diámetro comercial de 30 mm, que deja margen para el concentrador del cuñero.
Errores que cuestan puntos
- Confundir par torsor con potencia y omitir la conversión de rpm a rad/s.
- Usar S_ut en lugar de S_y, o prescindir del factor de seguridad.
- Emplear el diámetro donde la fórmula pide el radio en flexión y torsión.
- Ignorar la fatiga en ejes que giran con carga flexionante constante, el caso más común de falla.