Miguel Ángel Serrano García

Cálculo de ejes a fatiga

Ejes, bulones y tornillos sometidos a flexión, axil y torsión combinados. Coeficientes de seguridad estático y a fatiga, vida estimada y optimización del diámetro, según Shigley y Norton. Los resultados se recalculan al cambiar cualquier dato.

Material

Geometría
Cargas
Concentradores de tensión
FoS estáticoVon Mises vs Sy, sin Kf
FoS fluenciaLanger, con Kf
FoS fatigaGoodman modificado
FoS fatigaASME elíptico
Vida
    Optimizar el diámetro

    Cómo se calcula

    Cada carga se descompone en componente media y alternante. Para fatiga se aplican los Kf a las tensiones nominales y se combinan con Von Mises; el axial alternante se divide entre kc = 0,85 para poder usar un único Se de flexión (Shigley, ec. 7-7):

    σ'ₐ = √[ (Kf·σb,a + Kf,ax·σax,a/0,85)² + 3·(Kfs·τa)² ]    σ'ₘ = √[ (Kf·σb,m + Kf,ax·σax,m)² + 3·(Kfs·τm)² ]

    Si la media normal resulta de compresión no penaliza la fatiga y solo cuenta la torsión media. El límite de fatiga se corrige con los factores de Marin (acabado mecanizado, tamaño con de = 0,37·d si la pieza no gira, carga y fiabilidad del 99 %):

    Se = kₐ·k_b·k_c·k_d·k_e·Se'    1/n = σ'ₐ/Se + σ'ₘ/Sut (Goodman)    1/n² = (σ'ₐ/Se)² + (σ'ₘ/Sy)² (ASME)

    La vida se estima con la recta de Basquin entre 0,9·Sut (o f·Sut en acero) a 10³ ciclos y Se a Ninf, usando la tensión totalmente alternante equivalente σrev = σ'ₐ / (1 − σ'ₘ/Sut). El FoS estático usa el pico nominal sin Kf, porque el material es dúctil.

    Esta página usa un port en JavaScript (modelo.js) del programa original en Python, contrastado con él en 300 casos aleatorios (mismos resultados a precisión de máquina) y en la optimización.

    Descargar el programa en Python