SECRETARIA DE EDUCACION PBLICA INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAUNIDAD CULHUACANCARRERA DE INGENIERIA MECANICA

LABORAPRIO DE MECANICA DE MATERIALES II

ENSAYO DE TORSIONCALIBRACIONENSAYOS DESTRUCTIVOS

GRUPO: 4MV1

REALIZA: HERNANDEZ IBARRA DIEGOPROFESOR: ING JUAN FRANCISCO FORTIS ROA

Objetivo.Conocer el funcionamiento de la mquina para efectuar ensayos de torsin.Los objetivos especficos son:Que los alumnos conozcan las caractersticas bsicas de la maquina, requeridas para efectuar ensayos de torsin, as como de su equipo complementario.Que entiendan los principios de funcionamiento y de calibracin de los sistemas para la aplicacin y medicin de cargas y deformaciones.Que identifiquen los sistemas de sujecin y sus componentes.Que identifiquen los parmetros que se miden durante el desarrollo de las pruebas de torsin.Que conozcan las probetas para ensayo de torsin, para que elaboren las que utilizaran en prcticas siguientes.Que analice e intrprete las observaciones efectuadas durante la prctica.

INTRODUCCIONEl fenmeno de la torsin se presenta cuando se aplica un momento sobre el plano perpendicular al eje longitudinal de la pieza, su efecto se puede observar fcilmente ya que tiende a producir un giro con respecto al propio eje longitudinal.Al momento aplicado se le llama torque o momento de torsin en la mayora de los textos se le representa por la letra T.A las piezas sometidas a torsin se les denomina como ejes arboles o flechas y tienen una gran aplicacin en el diseo de vehculos o de maquinaria en general. Generalmente estos elementos son de seccin circular y pueden ser macizos o huecos.Al aplicar la carga de torsin o torque a la flecha se produce una deformacin que se puede observar fcilmente por la magnitud de ngulo de torsin.La mquina para ensayos de torsin est equipada para medir estos parmetros. El ngulo de torsin El torque

Principios TericosCon la mquina para ensayos que se ilustra en la figura 1 se pueden realizar pruebas de torsin en ambos sentidos de giro (avance y reversa), las probetas de torsin estn normalizadas y tienen 6mm de dimetro, con extremos cuadrados. Con la maquina se pueden aplicar torques de hasta 30 N-m. Con dados especiales adicionales para sujecin, tambin se pueden probar alambre de hasta 700 mm de longitud.Las probetas se colocan entre los dados de sujecin y lar cargas se aplican en forma manual por medio de un reductor de velocidades el cual tiene una relacin de velocidad de 60:1. El torque se aplica a la flecha principal a la probeta y se transmite a una barra de torsin (Q), cuyo movimiento relativo se transmite al brazo de desplazamiento (H), se medie con una celda de carga (potencimetro lineal, (I)), el cual est conectado a un medidor digital. Este medidor digital debe de ser calibrado para obtener las lecturas del torque en N-m o n lb-pie.La rotacin (ngulo de torsin de la probeta) se puede medir de res formas diferentes1. Para efectuar lecturas precisas en el rango elstico del material, se usa la escala del transportador (B) que tiene una lectura mnima de 0.1 y esta montada en la flecha de entrada del reductor.2. Para efectuar mediciones en el rango plstico se usa un segundo transportador de menor precisin (A) que tiene una lectura mnima de 1 esta montado en la flecha de salida del reductor.3. Un tercer medidor recalibrable (C) se encuentra montado tambin en la flecha de entrada del reductor para dar una medicin general ( es un contador de revoluciones) de las revoluciones de entrada ( una revolucin representa 6 del ngulo de torsin de la probeta).El equipo cuenta con dos pares de dados para sujetar las probetas.De 3/16 hexagonal para todas las probetas. Excepto los de hierro fundido.De 12mm cuadrados para las probetas de hierro fundidoLos dados (N) se montan en los extremos de las flechas de entrada y de torque como se muestra en la figura 1. Note que los dados de 12mm (los ms grandes) se usan para probetas de hierro fundido para poder alojar cualquier aspereza en los extremos de las probetas. En algunos casos es necesario usar una lima para eliminar asperezas. Se pueden usar mordazas especiales si la probeta es de alambre.La medicin precisa de ngulos de torsin y por lo tanto de la deformacin, se puede obtener usando el extensmetro de torsin.

Figura 1. Mquina para pruebas de torsin

Claves de las Figuras.A Escala del transportador de 360B Escala del transportador de 6C Contador de revolucionesD Reductor de Velocidad E Brazo de calibracinF Indicador de caratulaG VolanteH Brazo de deflexinI Potencimetro linealJ Patas de NivelacinK Tornillo para fijar el carro de la caja de engranes 2L BaseM Manivela de cargaN Dados de sujecinQ Flecha de torqueR Tubo de conexin de plstico (contador de revoluciones)S Cursor (escala A)T Flecha principal (salida de la caja de engranes)

Figura 2. Vista desde el extremo del sistema de medicin de torque

Glosario de trminosCalibracin. Calibracines simplemente el procedimiento de comparacin entre lo que indica un instrumento y lo que "debiera indicar" de acuerdo a unpatrnde referencia con valor conocido.Torsin. Entendemos por Torsin la deformacin de un eje,productode laaccinde dos fuerzas paralelas con direcciones contrarias en sus extremos. (Ver figura 1).

Figura 1.Torsin en eje.

En trminos deingeniera, encontramos Torsin en una barra, eje u objeto, cuando uno de sus extremos permanece fijo y el otro se somete a unafuerzagiratoria (un par). (Ver figura 1.1).

Figura 1.1.Torsin en una barra.

Cuando un rbol de seccin circular es sometido a Torsin, debe cumplir lo siguiente:

1. Las secciones del rbol de seccin circular deben permanecer circulares antes y despus de la torsin.2. Las secciones del rbol de seccin circular deben permanecer circulares antes y despus de la torsin.3. Las secciones planas del rbol de seccin circular deben permanecer planas antes y despus de la torsin sin alabearse.4. La Torsin que se le aplicara al rbol de seccin circular debe estar dentro del rango deelasticidaddel material.5. La proyeccin sobre una seccin transversal de una lnea radial de una seccin, debe permanecer radial luego de la torsin.En ingeniera, torsin es la solicitacin que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecnico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensin predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.La torsin se caracteriza geomtricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por la dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de l (ver torsin geomtrica).El estudio general de la torsin es complicado porque bajo ese tipo de solicitacin la seccin transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenmenos:1. 2. Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la seccin transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus lneas de flujo "circulan" alrededor de la seccin.3. Cuando las tensiones anteriores no estn distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la seccin tenga simetra circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.El alabeo de la seccin complica elclculode tensiones y deformaciones, y hace que el momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsin alabeada y una parte asociada a la llamada torsin de Saint-Venant. Enfuncinde la forma de la seccin y la forma del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones ms simples que el caso general

Angulo de TorsinPara ayudar a visualizar la deformacin de la barra imagine que el extremo izquierdo de la misma esta fijo, Luego ante la accin del par torsionante T, el extremo derecho girar con respecto al extremo izquierdo un ngulo pequeo ; conocido como ngulo de torsin.Rigidez Torsional Es el par de torsin necesario para producir una rotacin de un ngulo unitario.

Momento polar de inercia.

Es una cantidad utilizada para predecir el objeto habilidadpara resistir la torsin, en los objetos (o segmentos de los objetos) con un invariante circular de seccin transversal y sin deformaciones importantes o fuera del plano de deformaciones. Se utiliza para calcular el desplazamiento angular de un objeto sometido a un par.

Es anlogo a la zona de momento de inercia que caracteriza la capacidad de un objeto para resistir la flexin y esnecesario para calcular el desplazamiento .Momento polar de inercia no debe confundirse con el momento de inercia, que caracteriza aun objeto de la aceleracin angular debido a la torsin.

Esfuerzo Cortante

Elesfuerzo cortante,de corte,de cizallaode cortaduraes elesfuerzo internooresultantede las tensiones paralelas a la seccin transversal de unprisma mecnicocomo por ejemplo una vigao unpilar. Se designa variadamente comoT,VoQ.

Procedimiento de la prctica.La maquina cuenta con un medidor digital, para la medicin de torque, que tiene cuatro controles de ajuste fino en la parte posterior del medidor como sigue:(a) Perilla de ajuste de cero (Zero), esta se puede usar para ajustar en cer el medidro ( si es necesario) previo a la aplicacin de la carga.(b) Tornillo Cal, este se puede usar para ajustar la calibracin del medidro en el modo de unidades SI.(c) Tornillo de ajuste SI/IMP, este ajusta la relacin entre las unidades del Sistema Internacional o las inglesas y se acciona con el interruptor SI/IMP, est en el frente del medidor.(d) Puntos decimales, este se puede usar para determinar el numero de puentos decimales en la pantalla .

Procedimiento para la calibracinPara la mayora de los propsitos se puede suponer que la calibracin es lineal por lo que si se calibra con un valor de carga, la calibracin es adecuada. Sin embargo si se requiere de la calibracin completa que cubra todo el rango, esta se puede comprobar como sigue:(a) Coloque los brazos de calibracin en el extremo cuadrado de la flecha de torque, a continuacin ajuste el brazo de torsin (H) para que quede a nivel, girando la manivela (G) ajuste a continuacin el indicador de caratula a cero.Seleccione las unidades de medida del torque y a continuacin ajuste el medidor a cero, usando la perilla Zero de la parte de atrs.(b) Coloque la carga en el colgador de pesas en los incrementos disponibles (estos son de 500 Gr, 1 Kg, 2 Kg, mas el colgador de pesas en 500 Gr) y registre la lectura del medidor en cada valor hasta 6 Kg. Regrese el medidor de caratula (F) a cero en cada paso usando el volante.(c) Reduzca la carga en los mismos pasos nuevamente registre las lecturas del medidor(d) Trace una grafica con las lecturas del medidor contra del torque aplicado (que es igual a=0.5xcargax9.81 N-m) . Trace una lnea media a travs de los puntos y calcule la pendiente de la lnea media de los puntos de la grafica y calcule su pendiente (idealmente nica). Si hay un error importante, aplique una carga de 5 kg, anote la lectura y divida est entre la pendiente promedio, y entonces vuelva a calibrar el medidor a este nuevo valor.(e) El procedimiento anterior puede repetirse, si se desea para comprobar que la calibracin resultante es correcta.Se puede sealar que la grafica trazada en el paso (d) tambin mostrara la linealidad del sistema que mide el torque y cualquier histresis que est presente debido a la friccin en los cojinetes de la flecha de torque. Encontrara que ambas fuentes de error son pequeas, pero los estudiantes deben estar consientes de su existencia y deben hacer comentarios sobre ellos en los reportes de laboratorio.

Datos Obtenidos

.5.54.2.53.9

1.652.7.533.2

1.5.655.5.143.2

2.678.5.538.2

2.5.6410.9.158.2

3.714.3.5413.6

3.5.6316.6.1813.6

4.6719.2.5218.7

4.5.6521.9.1818.7

5.7225.5.524.4

Conclusiones. Dentro de esta prctica aprendimos la importancia de la calibracin en una maquina para realizar ensayos de torsin, esto nos adentro y profundizo en la importancia y elaboracin del mismo ensayo , mostrndonos los diferentes factores a considerar en el ensayo de torsin asi como la calibracin correcta y los parmetros a seguir para la correcta calibracin.Esta prctica fue una gran introduccin a la prctica posterior ya que nos muestra la manera correcta de llevar a cabo el ensayo de torsin y de esta manera poder obtener datos acertados a lo largo del ensayo.

Bibliografa.James M. Gere, Barry J. Goodno; Mecnica de materiales, Cengage Learning, 7ma edicin.www.dictuc.cl/metrologia/quees.htmhttp://www.monografias.com/trabajos55/investigacion-sobre-torsion/investigacion-sobre-torsion.shtml

REALIZO REVISO

HERNANDEZ IBARRA DIEGO ING. JUAN FRANCISCO FORTIS ROA

ENSAYOS MECANICOS

INDICE

1.-OBJETIVO2.- INTRODUCCION3.- PRINCIPIOS TEORICOS4.- GLOSARIO DE TERMINOS5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRCTICA6.- DATOS OBTENIDOS7.- SECUENCIA FOTOGRAFICA8.- CONCLUSIONES9.- BIBLIOGRAFIA

SECUENCIA FOTOGRAFICA