Aplicación de herramientas de análisis avanzadas al

diseño mecánicoMTIT 2010

Jaime Martínez Verdú

TRABAJOS PARA LA ASIGNATURA

Jaime Martínez Verdú

En este trabajo se pretende emplear las diferentes herramientas de análisis que se han estudiado en la asignatura.

Análisis dinámico

Análisis de tensiones

Análisis de modal y armónico

ANÁLISIS DINÁMICOCON AUTODESK INVENTOR

Máquina de ensayo de impacto mecánico

Características

Equipo de ensayo de materiales pirotécnicos.

El ensayo se trata de colocar varias cajas que contiene pólvora y someterlas a un “traqueteo” de 60 golpes por segundo.

Datos que deben analizarse en el análisis dinámico:

¿Qué potencia debe tener el motor?

La velocidad máxima debe ser aproximadamente 590-610 m/s

VER VIDEO ADJUNTO

ProcedimientoSe procede a modelar todas las piezas que forman parte de la máquina.

Posteriormente, se lleva a cabo el ensamblaje de todas aplicando las restricciones oportunas.

Posteriormente se utiliza el entorno de análisis dinámico y se generan todas las uniones necesarias.

Para evitar que se ralentice la simulación se eliminarán del ensamblaje las piezas que no aporten movimiento.

ProcedimientoPosteriormente se selecciona la pieza de la leva y se le asigna una velocidad constante de 360 gr/s

Se procede a poner en marcha el mecanismo y posterirmente se toman los datos y se exportan a excel.

Resultados

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

-1.650E+02

-1.600E+02

-1.550E+02

-1.500E+02

-1.450E+02

-1.400E+02

-1.350E+02

-1.300E+02

-1.250E+02

-1.200E+02

P[1] (Prismático:5) ( mm )

Hora ( s )

Evidentemente, el desplazamiento del rodillo es de 25 mm en sentido negativo, es decir:

-160 mm – (-135 mm) = - 25 mm

ResultadosLa velocidad del mecanismo diseñado cumple la normativa

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

-1.000E+02

0.000E+00

1.000E+02

2.000E+02

3.000E+02

4.000E+02

5.000E+02

6.000E+02

7.000E+02

V[1] (Prismático:5) ( mm/s )

Hora ( s )

Resultados

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.000E+00

5.000E+02

1.000E+03

1.500E+03

2.000E+03

2.500E+03

3.000E+03

3.500E+03

4.000E+03

U_impuesto[1] (Revolución:4) ( N.mm )

Hora ( s )

El par necesario es de aproximadamente 3 N·m, es decir una potencia de:

3 N·m*1 Rad/s =

Es una potencia muy pequeña debido a la lentitud con la cual el motor hace el trabajo

ANÁLISIS DE TENSIONESCON ANSYS WORKBENCH

Análisis de tensionesEl elemento que se desea analizar es un sistema de anclaje para fachada ventilada donde se desea comprobar la tensión máxima del fleje y la deformación máxima del espárrago.

La geometría se ha diseñado y ensamblado.

Las conexiones son de fijación excepto las de la cara de la pared con el fleje que se han puesto de deslizamiento. Se han añadido tres conexiones de fijación entre el taco y el agujero de la pared, y las dos tuercas y el espárrago donde se apoya la baldosa

Se ha mallado con hexaedros la pared, el taco, las arandelas y el espárrago, y el resto de elementos mediante el método de tetraedros.

Además se han añadido una restricción de tamaño de 3mm de elementos en las zonas donde se preveía la aparición de las tensiones máximas (en el doble y en la nariz del fleje).

Ademas se ha añadido un refinado en las zonas donde es posible que aparezca el esfuerzo máximo.

Se ha fijado la pared y se ha aplicado una fuerza que simula el peso de una baldosa de mármol de 115 kg (mayorada según UNE45795) 1700 N

Se desea estudiar el comportamiento del fleje y del sistema en general.

FLEJE

El máximo de tensiones en el fleje es 283,1MPaEl valor en esa zona del error es de 9.536·10-3 mJEl valor en esa zona del error es de 0.455 mJPor tanto el error cometido en la zona donde se encuentra el máximo es de:9.536·10-3 mJ/0.455 mJ*100=2,09%Por tanto, según los datos obtenidos el valor máximo sería:277,2/ 289,0 MpaEn cualquier caso, puesto que el valor de la tensión es superior al límite elástico (218MPa) el elemento trabajaría en zona no elástica.

FLEJE

El valor inmediatamente segundo se encuentra en el doble y es de aproximadamente de 262,2MPaEl valor en esa zona del error es de 4.410·10-4 mJEl valor en esa zona del error es de 3.492·10-2 mJPor tanto el error cometido en la zona donde se encuentra el máximo inmediato es de:4.410·10-4mJ / 3.492·10-2mJ *100=1,26%Por tanto, según los datos obtenidos el valor máximo sería:258,9/ 265,5 MpaEn cualquier caso esta por debajo del máximo en la nariz del fleje

FLEJE

Observando el comportamiento de los contactos e puede observar como las zonas rojas son de fijación (zonas de las arandelas que están fuertemente apretadas con las tuercas)

También se pueden observar el deslizamiento que existe entre la pared y las 2 caras del fleje que están en contacto.

FLEJE

El deslizamiento de la punta del espárrago es de 4 décimas aproximadamente. Puesto que el desplzamiento máximo es de 1,5 milímetros, podemos decir que cumpliría la especificación de deformación máxima.

FLEJE

ANÁLISIS MODAL Y DE ARMÓNICOSCON ANSYS WORKBENCH

Análisis modal y de armónicos

Supongamos que va a diseñarse una bomba de engranajes de modo que pueda realizarse en el futuro un mantenimiento predictivo.

Primeramente se calculan las frecuencias características de fallo de los rodamientos que forman parte de la bomba de engranajes.

Posteriormente se comprueban las frecuencias de resonancia de la estructura.

6222 (Hz)n 16,42

FTF 6,78BSF 43,56

BPFO 67,82BPFI 98,48

Análisis modal y de armónicos

La geometría del modelo es la carcasa del sistema.

Se han supuesto unas conexiones de fijación entre las caras en contacto.

El mallado seleccionado es un tetraédrico.

Análisis modal y de armónicos

Ninguna frecuencia de resonancia se aproxima a las frecuencias características de fallo del rodamiento.

Por tanto a continuación se procederá al análisis de armónicos para las cuatro frecuencias de fallo.6222 (Hz)

n 16,42FTF 6,78BSF 43,56

BPFO 67,82BPFI 98,48

Análisis modal y de armónicos