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Páginas: 63 (15572 palabras)
Publicado: 15 de noviembre de 2014
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E
INVESTIGACIÓN
“DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS EN DIENTES DE UNA
RUEDA TIPO CATARINA POR LOS MÉTODOS FOTOELÁSTICO Y DEL
ELEMENTO FINITO”
TESIS DE MAESTRÍA
QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD
EN INGENIERÍA MECÁNICAPRESENTA:
ING. JORGE RODRÍGUEZ VALDEZ
DIRIGIDO POR:
M. EN C. GABRIEL VILLA Y RABASA
México D.F. 2006
ÍNDICE GENERAL
PÁG.
ÍNDICE GENERAL
I
ÍNDICE DE TABLAS
V
ÍNDICE DE FIGURAS Y FOTOGRAFÍAS
VI
RESUMEN
IX
ABSTRACT
X
OBJETIVO
XI
JUSTIFICACIÓN
XII
ANTECEDENTES
XIII
INTRODUCCIÓN
XV
CAPÍTULO I
ESTUDIO DE LAS TRANSMISIONES TIPO CADENACATARINA
1.1 TRANSMISIONES DE CADENA
2
1.1.1 Cadenas para elevación
3
1.1.2 Cadenas para transporte
3
1.1.3Cadenas de transmisión de potencia
4
1.2 RUEDAS CATARINAS
6
1.2.1 Tipos de ruedas catarinas
6
1.2.2 Características dimensionales de las ruedas catarinas
7
1.2.3 Selección de la cantidad de dientes de la catarina
11
1.3 COMPARACIÓN DE LAS RUEDASPARA CADENAS DE RODILLOS Y LOS
ENGRANES DE DIENTES RECTOS
11
1.4 PRINCIPALES FALLOS EN LAS RUEDAS PARA CADENAS DE RODILLOS 13
1.5 EXPOSICIÓN DE LA PROBLEMÁTICA A RESOLVER
16
1.6 REFERENCIAS
18
TESIS DE GRADO
I
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO II
CONCEPTOS DEL METODO FOTOELASTICO
2.1 GENERALIDADES
20
2.2 LUZ Y POLARIZACION
21
2.2.1 Naturaleza de la luz
21
2.2.2Polarización de la luz
22
2.2.3 Obtención de luz polarizada plana
23
2.2.4 Obtención de luz polarizada circular
25
2.3 Aparatos Fotoelásticos
26
2.4 TEORÍA DE LA FOTOELASTICIDAD
28
2.4.1 Refracción
28
2.4.2 Birrefringencia fenómeno de aparición
29
2.4.3 Retraso relativo
30
2.4.4 Relaciones básicas de la birrefringencia en materiales.
31
2.4.5Deducción de la fórmula fundamental de la fotoelasticidad
32
2.4.6 Familias de franjas en el método fotoelástico
33
2.4.7 Determinación del orden de franja
36
2.4.8 Método de compensación de tardy
38
2.4.9 Propiedades del material utilizado para la fotoelasticidad bidimensional
2.4.10 Materiales más utilizados en la fotoelasticidad bidimensional
39
2.4.10.1 Homalite100
39
2.4.10.2 Policarbonato
39
2.4.10.3 Resinas epóxicas.
40
2.4.10.4 Goma de uretano.
40
2.4.11 Método de compensación
41
2.4.12 Paso del modelo al prototipo
41
2.5 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
42
2.5.1 Calibración del material
42
2.5.2 Esfuerzos en los bordes
43
2.6 MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE ESFUERZOS PRINCIPALES
TESIS DE GRADO
II38
44
ÍNDICE GENERAL
2.6.1 Método de la diferencia de esfuerzos cortantes
44
2.7 Referencias
46
CAPÍTULO III
GENERALIDADES DEL METODO DEL ELEMENTO FINITO
3.1 GENERALIDADES
48
3.2 ASPECTOS HISTÓRICOS
48
3.3 DISCRETIZACIÓN DEL DOMINIO
49
3.3.1 Formas básicas de los elementos
50
3.3.2 Proceso de discretización
54
3.3.2.1 Tipo de elemento
543.3.2.2 Tamaño del elemento
55
3.3.2.3 Ubicación de los nodos
57
3.3.2.4 Número de elementos
58
3.3.2.5 Simplificaciones por la configuración física del cuerpo
y de la carga
58
3.4 ETAPAS BÁSICAS EN EL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO
59
3.5 PROGRAMA ANSYS
60
3.6 Referencias
61
CAPÍTULO IV
DETERMINACION DE LOS ESFUERZOS DEL DIENTE APLICANDO LOS METODOSFOTOELASTICO Y DEL ELEMENTO FINITO
4.1 DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS EN EL DIENTE MEDIANTE EL MÉTODO
FOTOELÁSTICO
63
4.1.1 Equipo utilizado para la prueba
63
4.1.2 Características de la rueda catarina del diente a analizar
65
4.1.3 Construcción y tipo de material de la probeta
65
4.1.4 Calibración de la probeta
66
TESIS DE GRADO
III
ÍNDICE GENERAL
4.1.5...
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E
INVESTIGACIÓN
“DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS EN DIENTES DE UNA
RUEDA TIPO CATARINA POR LOS MÉTODOS FOTOELÁSTICO Y DEL
ELEMENTO FINITO”
TESIS DE MAESTRÍA
QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD
EN INGENIERÍA MECÁNICAPRESENTA:
ING. JORGE RODRÍGUEZ VALDEZ
DIRIGIDO POR:
M. EN C. GABRIEL VILLA Y RABASA
México D.F. 2006
ÍNDICE GENERAL
PÁG.
ÍNDICE GENERAL
I
ÍNDICE DE TABLAS
V
ÍNDICE DE FIGURAS Y FOTOGRAFÍAS
VI
RESUMEN
IX
ABSTRACT
X
OBJETIVO
XI
JUSTIFICACIÓN
XII
ANTECEDENTES
XIII
INTRODUCCIÓN
XV
CAPÍTULO I
ESTUDIO DE LAS TRANSMISIONES TIPO CADENACATARINA
1.1 TRANSMISIONES DE CADENA
2
1.1.1 Cadenas para elevación
3
1.1.2 Cadenas para transporte
3
1.1.3Cadenas de transmisión de potencia
4
1.2 RUEDAS CATARINAS
6
1.2.1 Tipos de ruedas catarinas
6
1.2.2 Características dimensionales de las ruedas catarinas
7
1.2.3 Selección de la cantidad de dientes de la catarina
11
1.3 COMPARACIÓN DE LAS RUEDASPARA CADENAS DE RODILLOS Y LOS
ENGRANES DE DIENTES RECTOS
11
1.4 PRINCIPALES FALLOS EN LAS RUEDAS PARA CADENAS DE RODILLOS 13
1.5 EXPOSICIÓN DE LA PROBLEMÁTICA A RESOLVER
16
1.6 REFERENCIAS
18
TESIS DE GRADO
I
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO II
CONCEPTOS DEL METODO FOTOELASTICO
2.1 GENERALIDADES
20
2.2 LUZ Y POLARIZACION
21
2.2.1 Naturaleza de la luz
21
2.2.2Polarización de la luz
22
2.2.3 Obtención de luz polarizada plana
23
2.2.4 Obtención de luz polarizada circular
25
2.3 Aparatos Fotoelásticos
26
2.4 TEORÍA DE LA FOTOELASTICIDAD
28
2.4.1 Refracción
28
2.4.2 Birrefringencia fenómeno de aparición
29
2.4.3 Retraso relativo
30
2.4.4 Relaciones básicas de la birrefringencia en materiales.
31
2.4.5Deducción de la fórmula fundamental de la fotoelasticidad
32
2.4.6 Familias de franjas en el método fotoelástico
33
2.4.7 Determinación del orden de franja
36
2.4.8 Método de compensación de tardy
38
2.4.9 Propiedades del material utilizado para la fotoelasticidad bidimensional
2.4.10 Materiales más utilizados en la fotoelasticidad bidimensional
39
2.4.10.1 Homalite100
39
2.4.10.2 Policarbonato
39
2.4.10.3 Resinas epóxicas.
40
2.4.10.4 Goma de uretano.
40
2.4.11 Método de compensación
41
2.4.12 Paso del modelo al prototipo
41
2.5 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
42
2.5.1 Calibración del material
42
2.5.2 Esfuerzos en los bordes
43
2.6 MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE ESFUERZOS PRINCIPALES
TESIS DE GRADO
II38
44
ÍNDICE GENERAL
2.6.1 Método de la diferencia de esfuerzos cortantes
44
2.7 Referencias
46
CAPÍTULO III
GENERALIDADES DEL METODO DEL ELEMENTO FINITO
3.1 GENERALIDADES
48
3.2 ASPECTOS HISTÓRICOS
48
3.3 DISCRETIZACIÓN DEL DOMINIO
49
3.3.1 Formas básicas de los elementos
50
3.3.2 Proceso de discretización
54
3.3.2.1 Tipo de elemento
543.3.2.2 Tamaño del elemento
55
3.3.2.3 Ubicación de los nodos
57
3.3.2.4 Número de elementos
58
3.3.2.5 Simplificaciones por la configuración física del cuerpo
y de la carga
58
3.4 ETAPAS BÁSICAS EN EL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO
59
3.5 PROGRAMA ANSYS
60
3.6 Referencias
61
CAPÍTULO IV
DETERMINACION DE LOS ESFUERZOS DEL DIENTE APLICANDO LOS METODOSFOTOELASTICO Y DEL ELEMENTO FINITO
4.1 DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS EN EL DIENTE MEDIANTE EL MÉTODO
FOTOELÁSTICO
63
4.1.1 Equipo utilizado para la prueba
63
4.1.2 Características de la rueda catarina del diente a analizar
65
4.1.3 Construcción y tipo de material de la probeta
65
4.1.4 Calibración de la probeta
66
TESIS DE GRADO
III
ÍNDICE GENERAL
4.1.5...
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