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Asignatura: ELEMENTOS DE MAQUINA (Ing. Mec.). AÑO LECTIVO 2015
Docente Titular: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan
Docente Adjunto: Ing. Alejandro Staffa, Docente Auxiliar: Ing. Andrés Romero
OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA
Como objetivos en términos de competencias, se pretende que al final del proceso de aprendizaje, el alumno cuente
con las siguientes aptitudes:
1) Capacidad para elaborar esquemas de tareas tendientes al diseño y desarrollo de componentes máquinas y sus
implicancias a través del empleo de criterios establecidos y de juicio propio.
2) Capacidad para juzgar objetivamente diseños mecánicos, basado en argumentos ingenieriles.
3) Capacidad para reconocer los diferentes esquemas y criterios de análisis y cálculo y optar por el más conveniente
en términos de efectividad y de economía (temporal y/o monetaria).
4) Capacidad para calcular, dimensionar, verificar, auditar componentes de máquina a partir de condiciones
preestablecidas.
5) Estimación de vida útil y resistencia de componentes de máquinas.
6) Capacidad de elaboración de documentación ingenieril a través de la redacción de informes técnicos del
funcionamiento de máquinas en ensayos de laboratorio y/o simulaciones computacionales.
ACTIVIDADES DEL PERIODO LECTIVO:
A1) TRABAJOS PRACTICOS DE LABORATORIO: Se efectuará una serie de trabajos prácticos de laboratorio
experimental y/o computacional. Los trabajos prácticos de laboratorio se harán sobre bancos de prueba desarrollados
“ad-hoc” dentro de la cátedra. Los contenidos de los trabajos prácticos formarán parte de todas las examinaciones
de la asignatura, sean parciales o finales.
A2) PARCIALES: Habrá dos parciales en la mitad de cada cuatrimestre. Cada parcial se aprueba con 60 puntos sobre
100 posibles. En los parciales se evaluarán los contenidos de teoría, ejercitación y problemas de la teoría y de la práctica
de laboratorio experimental y/o computacional.
REGIMEN DE CURSADO Y APROBACION DE LA ASIGNATURA
La evaluación de los alumnos se hará casi con exclusividad en forma escrita, para poder tener constancias y control de
seguimiento, de acuerdo a lo estipulado para la acreditación de las carreras de ingeniería de la nación.
Condiciones para cursar la materia:
C1) Aprobar los dos parciales con más de 60 puntos sobre 100 puntos.
- Se tomará un primer parcial a mitad del primer cuatrimestre.
- Se tomará un segundo parcial a mitad del segundo cuatrimestre.
En cada parcial se evaluarán los contenidos de teoría, ejercitación de teoría y práctica de laboratorio/experimental.
Ambos parciales están indicados en el cronograma, pudiendo ser mudables en virtud de imponderables.
De reprobar el primer o segundo parcial, se tiene la oportunidad del correspondiente recuperatorio. Si se desaprueba el
primer recuperatorio se pierde el cursado en la mitad del primer cuatrimestre y si se desaprueba el segundo
recuperatorio se pierde el cursado en la mitad del segundo cuatrimestre.
Condiciones para aprobar la materia:
AP1) Aquellos alumnos que hayan cursado la asignatura con promedio entre 60 y 79, para aprobar la materia, deberán
rendir un FINAL CONVENCIONAL consistente en contenidos teóricos, prácticos y experimentales.
AP2) Aquellos alumnos que hayan cursado la asignatura con un promedio igual o mayor de 80, tendrán el derecho de
elegir si son examinados con un FINAL CONVENCIONAL, o desarrollar un PROYECTO DE DISEÑO y/o
construcción de minimáquina o banco experimental (ofrecido por la cátedra) o participar con un desarrollo personal
dentro de un proyecto de investigación (a convenir con la cátedra).
Nota: Por FINAL CONVENCIONAL se entenderá un examen que contemple preguntas de contenido teórico,
práctico, y experimental, abarcando todo el programa de la asignatura.
Nota: Cualquier otra alternativa no contemplada en el presente régimen de cursado y aprobación será evaluada
por la cátedra y su dictamen será inapelable.
Horarios de Consulta:
Martes, Miércoles y Viernes de 17:00 a 19:00 hs
Descripción Resumida de los Capítulos Temáticos
Capitulo 1: Estudio conceptual de elementos de máquina. El diseño. TOTAL: 5 horas cátedra (1 a 2 días)
El diseño mecánico. Fases y rutinas de un diseño (esquemas). Consideraciones de diseño: Resistencia, fiabilidad,
corrosión, propiedades térmicas, utilidad, desgaste, costo, duración, ruido, esterilización, forma, tamaño, rigidez,
control, etc. Recapitulación de herramientas y métodos matemáticos, físicos e ingenieriles. Presentación de los
conceptos de diseño y fases. Vinculación con conceptos de materias previas (Integración conceptual). Explicación de
problemas de diseño sobre casos cotidianos.
Capítulo 2: Mecanismos. TOTAL: 32 horas (12 días)
Nociones de cinemática del cuerpo rígido y tipologías de movimientos: rotación, traslación y roto-traslación.
Conceptos y definiciones: juntas, eslabones, cadenas cinemáticas, grados de libertad, etc. Mecanismos de 4 eslabones
genéricos. Movimientos especializados: intermitentes, inversiones, etc. Síntesis numérica y gráfica de cadenas
cinemáticas. Curvas de movimientos: Velocidad, posición, etc. Utilización de las ecuaciones clásicas de cinemática para
analizar movimientos simples. Establecimiento de la importancia del uso de PC para ciertos problemas. Realización de
curvas de posición, velocidad, aceleración de mecanismos. Generación de modelos de mecanismos con programas
académicos y/o comerciales: Mathematica, Matlab, SAM, Working Model, Solid Works u otros disponibles. Análisis
de perfiles de levas: criterios convencionales polinómicos tipo 345 y 4567, además de criterios combinados.
Capítulo 3: Tensiones y Deformaciones. Revisión de principios físicos. TOTAL: 22 horas cátedra (8 días)
Evaluación de las solicitaciones que pueden ejercerse sobre una pieza. Evaluación de los modelos matemáticos
disponibles para analizar tensiones y deformaciones. Solicitaciones simples y complejas: Fatiga e impacto,
solicitaciones estáticas y dinámicas. Estados tensionales simples: tracción, flexión, torsión, pandeo, etc. Modelos
unidimensionales y bidimensionales. Teorías avanzadas de vigas para análisis de ejes. Análisis de las teorías de falla de
materiales. Comparación de los enfoques de resistencia de materiales y de la mecánica del continuo. Introducción a
Flexpde para visualizar determinados problemas y para encarar el cálculo de otros.
Capítulo 4: Proyecto de elementos de sujeción, anclaje y cierre. TOTAL: 8 horas cátedra (3 días).
Uniones por soldadura, uniones por pernos, uniones por pegamento. Cálculo de diversos tipos de solicitaciones.
Enfoque de las concentraciones de tensiones. Evaluación de piezas fabricadas por soldadura.
Mecánica de Tornillos; Tornillos de sujeción y Par de apriete. Tornillos de potencia: transmisión de movimiento
mediante tornillos. Descripción de accesorios para sellado y/o aislamiento de componente de máquina: sellos, juntas,
empaquetaduras, etc.
Capítulo 5: Proyecto de elementos accesorios elásticos: Resortes. TOTAL: 8 horas cátedra. (2/3 días)
Tensiones y deformaciones en muelles helicoidales. Resortes a extensión y a compresión. Capacidad de carga y
almacenamiento de energía. Calculo de muelles.
Capítulo 6: Proyecto de elementos de transmisión Flexibles. TOTAL: 8 horas cátedra. (2/3 días)
Tipos de correas: planas, correas en V, correas sincrónicas. Modelos analíticos para establecer las fuerzas de fricción
entre poleas y correas. Distintos tipos de cadenas. Cálculo de transmisiones por cadenas y correas. Utilización de
catálogos. Cables metálicos y ejes flexibles (Descripción).
Capítulo 7: Proyecto y cálculo de ejes y elementos accesorios. TOTAL: 16 horas cátedra. (6 días)
Definiciones y aplicaciones. Teorías para calcular y dimensionar ejes. Análisis de las concentraciones de tensiones.
Utilización de diferentes sistemas de cálculo por elementos finitos para dimensionar ejes: BEAM2D, DTBEAM, etc.
Análisis de diversos casos de carga. Dimensionamiento y verificación de chavetas.
Cálculo y selección de cojinetes. Diferentes tipos de cargas que se ejercen sobre un cojinete. Algunos problemas
derivados de la lubricación. Descripción de rodamientos y selección por manuales.
Capítulo 8: Proyecto de elementos de acoplamiento. TOTAL: 14 horas cátedra. (6 días)
Embragues, definiciones y tipos. Cargas y solicitaciones que actúan sobre los embragues. Calculo de embragues.
Consideraciones energéticas. Modelos matemáticos de fricción. Análisis de acoplamientos. Rígidos, Flexibles,
Dentados. Utilización de catálogos.
Capítulo 9: Trenes de engranajes. Reductores, planetarios y diferenciales. TOTAL: 25 horas cátedra (10 días)
Definición y aplicaciones. Diversos tipos de engranajes: Rectos, cónicos, helicoidales, sinfín, etc. Aplicaciones más
frecuentes. Geometría y cinemática del dentado, propiedades. Tipos de cargas que se ejercen sobre los engranajes.
Análisis de tensiones y deformaciones en los dientes de engranajes rectos, cónicos helicoidales y sinfín. Duración
superficial. Introducción a las normas AGMA.
ACTIVIDADES DE PRACTICA EXPERIMENTAL: 20 horas cátedra (incluidas en las mencionadas en cada capítulo)
EXAMENES PARCIALES (CON RECUPERATORIOS Y EXPLICACIONES): 14 horas cátedra (6 días).
Bibliografía
Elementos de Máquina, Shigley-Mishcke (McGraw-Hill)
Elementos de Máquina, Spotts (Reverte)
Elementos de Máquina, Mott (McGraw-Hill)
Elementos de Máquina, Hamrock-Jacobson-Smith (McGraw-Hill)
Elementos de Máquina, Shigley-Mishcke (McGraw-Hill)
Diseño de componentes de Máquinas, Orthwein (Ed. CECSA)
Diseño de Maquinaria, Norton (McGraw-Hill)
Diseño de Máquinas, Norton (McGraw-Hill)
Elementos de Máquina, Spotts (Ed. Prentice Hall)
Diseño de Mecanismos, Sandor-Erdman (Ed. Prentice Hall)
Dinâmica de Sistemas Mecânicos, I.F.Santos (Ed. Makron)
Mechanical Design of Machine Elements and Machines, J.A.
Collins (Ed. John Wiley Sons)
Elementos de Máquinas: Notas de Cátedra. M.T. Piovan
Ver Página web de la materia
En el caso de libros
Cantidad*
Año de edición
1
1995
2
1987
3
1998
1(+)
2000
1(+)
2002
2
1996
2, 1(+)
2000
3
2001
1, 1(+)
1998
1, 1(+)
1998
1(+)
2001
1(+)
2003
2004-2015
* Disponible en la biblioteca para uso de los alumnos. (+) Disponible por la cátedra
Programas informáticos para utilizar durante el cursado para Tipo de uso
resolver problemas en el aula. No para uso en parciales
Celular-Tablet
Force Effect (Autodesk)
X
Force Effect Motion (Autodesk)
X
Analysis of Stress
X
EpicFEM
X
SAM Artas V.6.1 o superior
Mathematica V.4.01 o superior
Matlab V.7.0 o superior
PC-Notebook
X
X
X
X
X
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES CURRICULARES DE LA ASIGNATURA
Carga Horaria Semanal: 5 horas cátedra (3 horas 45 minutos, reloj) distribuidas en: lunes (3 hs) y jueves (2 hs)
Carga Horaria Total: 160 horas cátedra (120 horas reloj)
Carga Horaria Perdida por feriados obligatorios (y potenciales): 10 hs (a 16 hs)
Día
Fecha
Actividades Curriculares
1
09
Mar Presentación del cuerpo docente y los alumnos, explicación y alcances de las actividades que se
realizaran durante el año. Presentación de todos los contenidos y objetivos de la asignatura.
Prueba Diagnóstica.
2
12
Mar Capítulo 1. El Diseño y su enfoque en el contexto de elementos de máquina.
3
16
Mar Capítulo 2: Revisión de nociones de cinemática de los cuerpos rígidos. Conceptos y definiciones
4
19
Mar Capítulo 2: Continuidad de los tópicos de la clase anterior.
5
23
Mar Capítulo 2: Cadenas cinemáticas de cuerpos sólidos. Ejemplos de mecanismos: movimientos
particulares, esquemas de 4 o más barras. Ejemplos.
6
30
Mar Capítulo 2: Cadenas cinemáticas de cuerpos sólidos. Ejemplos de mecanismos: movimientos
particulares, esquemas de 4 o más barras. Ejemplos.
7(*) 02
Abr Jueves Santo y Día del Veterano de Malvinas
8
06
Abr Capítulo 2: Cadenas cinemáticas de cuerpos sólidos. Ejemplos de mecanismos: movimientos
particulares, esquemas de 4 o más barras. Ejemplos. Ejercicios de computadora.
9
09
Abr Capítulo 2: Movimientos especializados.
10 13
Abr Capítulo 2: Movimientos especializados. TPL1: Juntas Articuladas.
11 16
Abr Capítulo 2: Mecanismos Desmodrómicos y levas. Ejemplos.
12 20
Abr Capítulo 2: Mecanismos Desmodrómicos y levas. Ejemplos. TPL2: Análisis de mecanismos con
levas y otros ejemplos
13 23
Abr Capítulo 2: Continuidad de los tópicos de la clase anterior.
14 27
Abr Capítulo 2: Síntesis general de mecanismos en el plano. Ejemplos y ejercicios con Computadora.
15 30
Abr Capítulo 2: Síntesis general de mecanismos en el plano. Ejemplos y ejercicios con Computadora.
16 04 May Capítulo 3: Repaso de modelos de Resistencia estática. Casos de Estudio. Ejercicios.
17 07 May Capítulo 3: Diferencias entre resistencia de materiales y teoría de la elasticidad y mecánica del
continuo. Repaso de Modelos Matemáticos de Elasticidad y Mecánica de Materiales. Modelos
generalizados para problemas estructurales unidimensionales. TPL3: Modelos computacionales y
de resistencia de materiales, comparaciones.
18
11
May
19
20
21
22(*)
23
24
25
26
27
28
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21
25
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01
04
08
11
15
May
May
May
May
May
Jun
Jun
Jun
Jun
Jun
29
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31
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03
10
10
13
Jun
Jun
Jun
Jun
Jul
Jul
Ago
Ago
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36
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Ago
Ago
Ago
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03
Ago
Ago
Sep
42
43
07
11
Sep
Sep
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Sep
Sep
Sep
Sep
Sep
Sep
Oct
Oct
Oct
Oct
Oct
Oct
Oct
Oct
Oct
Nov
Nov
Nov
Nov
Nov
Nov
Nov
Nov
Nov
Capítulo 3: Enfoques de tensiones y de deformaciones en piezas simples y complejas. TPL4:
Modelos computacionales y de resistencia de materiales, Experimentos y comparaciones.
Capítulo 3: Modelos de resistencia por Fatiga. Casos de Estudio. Ejercicios.
Capítulo 3: Modelos de resistencia por Fatiga. Casos de Estudio. Ejercicios.
Capítulo 3: Modelos de resistencia por Fatiga. Casos de Estudio. Ejercicios.
Fiesta Patria
Capítulo 3: Modelos para análisis de cargas dinámicas generales. Casos de Estudio. Ejercicios.
Capítulo 3: Modelos para análisis de cargas dinámicas generales. Casos de Estudio. Ejercicios.
PRIMER PARCIAL
Revisión de problemas y contenidos del parcial
RECUPERATORIO PRIMER PARCIAL
Capítulo 4: Uniones de piezas: casos de soldadura, pegamento y atornillado. Esquema general de
análisis de tensiones y deformaciones. Ejemplos de cálculo de uniones por pegamento.
Capítulo 4: Cálculo de solicitaciones diversas por soldadura y por atornillado. Ejemplos.
Capítulo 4: Tornillos y su descripción, par de apriete. Ejercicios. TPL5: Tornillo diferencial
Capítulo 5: Descripción tipos de resortes, Mecánica de los resortes. Tensiones y deformaciones.
Capítulo 5: Problemas y ejemplos prácticos.
Capítulo 5: Problemas y ejemplos prácticos. TP6: máquina de resortes.
Final del Primer cuatrimestre
Comienzo de Segundo cuatrimestre
Capítulo 6: Descripción de las correas y sus tipos. Ecuación de Prony.
Capítulo 6: Descripción de cadenas. Comparaciones funcionales entre cadenas y correas. Ejemplos
prácticos.
Feriado correspondiente al Aniversario de la Muerte del Gral San Martín 17/08
TPL7: Máquina de correas. TPL8: Máquina de polea partida.
Capítulo 7: Teorías para dimensionado de ejes. Aspectos estáticos y especialmente dinámicos
Descripción de elementos activos en un sistema de ejes.
Capítulo 7: continuidad de los tópicos de la clase anterior
Capítulo 7: continuidad de los tópicos de la clase anterior
Capítulo 7: Teoría de la lubricación aplicada. El problema del desgaste. Ejemplos de dimensionado
de cojinetes de fricción. TPL9: Máquina de cojinetes y ejemplo de aplicación.
Capítulo 7: Descripción y selección de rodamientos.
Capítulo 7: Dinámica de rotores: repaso y diversas teorías de modelación. TPL10: Máquina de
dinámica de rotores.
SEGUNDO PARCIAL
Revisión de problemas y contenidos del parcial
RECUPERATORIO SEGUNDO PARCIAL
Feriado por el día del estudiante
Capítulo 8: Dimensionado y cálculo de Frenos.
Capítulo 8: Dimensionado y cálculo de Frenos. Casos de Estudio. Selección
Capítulo 8: Casos de Estudio y ejercicios.
Capítulo 8: Descripción de mecanismos especiales para embrague.
Capítulo 8: Descripción de mecanismos especiales para embrague. Selección de embragues.
Feriado por el día de la diversidad cultural
Capítulo 8: Descripción de componentes de embragues y acoplamientos.
Capítulo 9: Descripción de engranajes.
Capítulo 9: Ejercicios y Casos de Estudio.
Capítulo 9: Metodologías de dimensionado. TPL11: Caracterización y Tipificación de engranajes.
Capítulo 9: Sistemas de Transmisión por engrane.
Capítulo 9: Sistemas de Transmisión por engrane. TPL12: Sistema diferencial.
Capítulo 9: Metodologías de cálculo.
Capítulo 9: Sistemas de trenes de engranajes. TPL13: Sistemas planetarios A
Capítulo 9: Sistemas de trenes de engranajes. TPL14: Sistemas planetarios B
Capítulo 9: Sistemas de trenes de engranajes. Metodologías de cálculo
Capítulo 9: Sistemas de trenes de engranajes. Metodologías de cálculo
Feriado por el día de la Soberanía Nacional
Presentación de potenciales proyectos y casos de interés para investigar.
Finalización de las clases
(*) Días que seguramente o probablemente no haya actividad según el Calendario Académico 2015 (Confeccionado por el Consejo Directivo)
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2015 (entiéndase reales y probables): 7/66 => 10.2 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2014 (entiéndase reales acontecidos): 9/66 => 13.6 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2013 (entiéndase reales acontecidos): 8/66 => 10.2 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2012 (entiéndase reales acontecidos): 7/66 => 10.6 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2011 (entiéndase reales acontecidos): 8/64 => 12.5 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2010 (entiéndase reales acontecidos): 7/64 => 10.9 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2009 (entiéndase reales acontecidos): 5/64 => 7.9 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2008 (entiéndase reales acontecidos): 7/64 => 10.9 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2007 (entiéndase reales acontecidos): 8/64 => 12.5 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2006 (entiéndase reales acontecidos): 8/64 => 12.5 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2004 (entiéndase reales acontecidos): 7/64 => 10.9 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2003 (entiéndase reales acontecidos): 11/64 => 17.2 %
Relación de Días Inactivos de la Asignatura en 2002 (entiéndase reales acontecidos): 10/32 => 31.3 %
NOTA 1: En días de clase, se prevén actividades extracurriculares asociadas a temas de la asignatura y temas de
conocimiento general de la carrera, principalmente asistencia a conferencias de profesores visitantes y/o cursillos dictados
por docentes de la UTN u otras universidades. Esto, empero, no conlleva modificar sustancialmente el calendario previsto,
aún así se estima flexibilidad en el dictado.
NOTA 2: todos los contenidos de la asignatura, tales como notas de clase, diapositivas de presentación, apuntes de cátedra,
notas de ejercicios y de trabajos prácticos y/o de laboratorio, están o serán oportunamente ubicadas en la página WEB,
página virtual de la asignatura o bien en el sistema SYACAD.