Diseño y desarrollo de una herramienta computacional, para el cálculo del diámetro mínimo de ejes de transmisión, bajo la acción de cargas cíclicas.

Abstract

El presente proyecto de titulación, consistió en diseñar y desarrollar una herramienta computacional, para determinar el diámetro mínimo de ejes, sometidos a cargas cíclicas. La herramienta computacional, fue el resultado de una búsqueda bibliográfica íntegra, en lo concerniente a el diseño de ejes disponibles en medio comercial. Habiendo analizado y sintetizado la información, se identificaron los modelos matemáticos para el cálculo del diámetro mínimo del eje, así como de ciertos criterios de análisis, de entre los cuales se definió el criterio de Soderberg, según la teoría de la energía de distorsión (DET), cuando el elemento de interés (eje) se encuentra bajo cargas cíclicas. A partir de ello, se adoptaron condiciones específicas para los parámetros como: fuerzas existentes en los mecanismos de transmisión montados a lo largo del eje, coeficientes efectivos de concentración de tensiones a flexión y torsión, tipos de materiales, los cuales que, sin lugar a dudas influyen en la determinación del cálculo del diámetro mínimo del eje. Posteriormente, se propusieron casos de estudio, más usuales en aplicaciones y/o situaciones que en la práctica se requieren. Al determinar la parte medular que caracteriza el presente trabajo de titulación, que es, la determinación del diámetro mínimo del eje, se definieron los modelos matemáticos relacionados a: los sistemas de transmisión, fuerzas y reacciones, además de la deducción de aquellos modelos matemáticos para determinar la curva elástica (deflexión) en el eje macizo de sección transversal circular uniforme. La aplicación desarrollada, se enfoca en analizar los siguientes sistemas de transmisión montados de manera axial en el eje como: banda – polea, cadena de rodillos y engranajes rectos. Además de proporcionar al diseñador mecánico (usuario) materiales para ejes, como: AISI 1045, AISI 4340 (4337), AISI 4140, AISI 5115, SAE 1010, SAE 1015, SAE 1018, SAE 1020, AISI 304, AISI 316 – L, AISI 430. La programación de los diferentes modelos matemáticos e interfaces gráficas, se realizaron en el entorno de desarrollo Java – NetBeans IDE 8.2, para luego establecer una comunicación con el software de diseño paramétrico Inventor Professional 2019®, para obtener una representación virtual del eje final en 3D. Finalmente, en anexos se presentan las diferentes tablas, gráficos, y capturas de pantalla, además de una guía rápida que permita al usuario, un correcto manejo de la herramienta computacional. Palabras clave: Modelos matemáticos, diseño de ejes, mecanismos de transmisión de potencia, diagramas de flujo, programación orientada a objetos, diseño paramétrico.