Diseño, construcción y puesta en funcionamiento de una máquina para ensayos de fatiga por flexión rotativa

Abstract

En el Laboratorio Nacional de Referencia para la Evaluación de Propiedades Mecánicas, Desgaste y Corrosión de Materiales existe la clara necesidad de producir equipos para realizar estudios de fatiga en materiales, fenómeno que se considera clave en el ejercicio del diseño dentro del campo ingenieril en general. Con el propósito de cubrir esta necesidad, se desarrolló un proyecto para la construcción de una máquina para ensayos de fatiga por flexión rotativa, en donde se realizaron los cálculos de los componentes y sistemas que conforman dicha máquina, tales como, requerimientos de la capacidad del motor para transmitir una velocidad entre 2.500 y 5.000 revoluciones por minuto. Se evaluó el comportamiento de la deflexión, la fuerza cortante y el momento flector en función de la componente axial de los ejes que trasmiten tanto el movimiento de giro necesario para completar un ciclo completo de esfuerzos, como el momento flector que se desea aplicar a la probeta de hasta 23 N.m (aproximadamente 200 lbf.pulg). Haciendo esta evaluación en la condición más desfavorable, se determinaron los puntos críticos a lo largo del eje, tomando en cuenta los cambios de sección transversal, el momento flector aplicado y el torque máximo que va a ser transmitido. Con esto, se determinó el diámetro mínimo de cada una de las secciones transversales del eje, considerando factores de seguridad superiores a los estándares sin comprometer otros aspectos importantes del diseño. Por otro lado, se hicieron cálculos para comprobar el funcionamiento de los rodamientos que sirven como apoyo a los ejes en tramos específicos, manteniendo así al sistema en equilibrio. Se determinó la geometría de la pesa (encargada de proporcionar la fuerza necesaria que será aplicada para generar el momento flector en la probeta) a partir de dos condiciones, ofrecer un máximo momento flector de 23 N.m y un momento flector mínimo en la que el usuario pueda hacer el montaje y desmontaje de la probeta sin que le estorben las fuerzas provocadas por un desequilibrio. Adicionalmente, cargas axiales en brazos, cálculo de pasadores, uniones roscadas y un estudio completo de la cinemática de mecanismos para determinar como se mueve el conjunto en las diferentes configuraciones de la máquina para garantizar la correcta funcionalidad de la misma. El propósito de este estudio fue diseñar, construir y poner en funcionamiento una máquina que se adapte a las necesidades actuales de los ensayos de fatiga, y que a su vez implemente los avances disponibles como la tecnología digital, que ayuda a tener sistemas de control y monitoreo más avanzados, entre los que se pueden mencionar el sistema de conteo de ciclos y tacómetro digital, variador de frecuencia, sistema de parada controlada y sistema de bombeo para ensayos de fatiga corrosión.