Material Didáctico de Simulación en SolidWorks
En este manual se describe el procedimiento para realizar simulaciones de cargas, esfuerzos y deformaciones de materiales, así como la simulación de elementos mecánicos.
Práctica 1: Concentración de esfuerzos Introducción. CONCENTRADORES DE ESFUERZOS ¿Qué es un concentrador de esfuerzos? En la práctica del diseño de máquinas, es muy común encontrar piezas en las cuales se practican muescas, chaveteros, agujeros, cambios de sección, ranuras, etc., que hacen que dichas piezas sean más funcionales. La figura muestra algunas entallas utilizadas para posicionar, fijar, acoplar o transmitir movimiento, entre otras funciones. Las entallas son llamadas también discontinuidades, ya que producen cambios en la sección transversal del elemento. Las discontinuidades en las piezas que soportan esfuerzos tienen la desventaja de generar un aumento de éstos en sus cercanías. Debido a esto, la presencia de entallas tiende a aumentar los tamaños, las masas y los costos de las piezas que se diseñan.
Concentrador de esfuerzos Se define un concentrador de esfuerzos como cualquier discontinuidad en la sección transversal de una pieza que provoca un aumento de los esfuerzos en las cercanias a dicha discontinuidad
Con base en los esfuerzos Smax y So, se define el coeficiente teórico de concentración de esfuerzos se tiene como como:
El valor de Kt depende del tipo de concentrador de esfuerzos, del tipo de carga aplicada y de la geometría de la pieza, y puede determinarse mediante el Método de Elementos Finitos (FEM), usando un programa computacional(SOLID WORKS), o mediante métodos experimentales como el método fotoelastico.
Desarrollo Utilizar el software SolidWorks para simular la concentración de esfuerzos que pueden recibir diferentes figuras geométricas. Paso 1: Realizar un croquis como se muestra en la figura, el origen tiene que quedar en el centro del cuadrado.
Paso 2: utilizar la operación extruir a 15mm como se muestra en la figura
Paso 3: Para realizar un estudio de simulación a la pieza, primero se tiene que activar los complementos solidworks simulation como se muestra en la siguiente figura.
Después se tiene que realizar la simulación simulation->Estudio, como se muestra la figura
desde
Después se tiene que seleccionar el tipo de estudio, en este caso es un estudio estático
Paso 4: para realizar el estudio, primero se tiene que escoger el material, segundo se tiene que aplicar la sujeción, tercero la fuerza, cuarto se tiene que aplicar la malla y por último se ejecuta la simulación Para seleccionar el material se le tiene que dar click derecho en pieza y después se tiene que entrar en Aplicar/editar material, tal como se muestra en las siguientes figuras.
Aparecerá una ventana como se muestra en la siguiente figura, en esta ventana se puede seleccionar el tipo de material, en este caso escogemos la opción predeterminada que es acero aleado y después se le da aplicar y por ultimo cerrar
Después se tiene que aplicar la sujeciones, primero se tiene que presionar click derecho y después se tiene que seleccionar la cara donde va estar sujeta la pieza
Después se tiene que aplicar la fuerza primero se presiona click derecho en cargas externas y después se selecciona fuerza,
Para aplicar la fuerza se tiene que seleccionar la cara donde y después se tiene que poner la magnitud, como en este caso es una fuerza de tensión, active la casilla invertir dirección tal y como se muestra la figura La fuerza es 10000N de tensión
Por último se tiene que crear una malla para realizar el análisis. Se tiene que dar click derecho en malla y después crear malla, se le dejan las opciones predeterminadas y simplemente aceptamos.
Para realizar la simulación se tiene opciones de las pestaña de muestra en la figura
Al ejecutar la simulación aparecerá la siguiente imagen
que ejecutar en la simulación como se
Se pueden obtener resultados de los esfuerzos, presionándole click derecho en tensiones, y se tiene que activar las opciones de leyenda máxima y mínima, como se muestra en la figura
Para ver en donde empiezan los esfuerzos se tiene que activar la opción Percepción del diseño como se muestra la siguiente figura
1) Con la pieza anterior realizar análisis de esfuerzos con una fuerza de 10KN, cuando el círculo del centro sea 10mm, 30mm, 50mm, 70mm, 80mm, si tiene que anotar los esfuerzos máximos y en donde se concentran
2) Realizar la siguiente pieza y realizar un análisis de esfuerzo cuando el diámetro pequeño sea 5mm y 10 mm se tiene que anotar los esfuerzos máximos y en donde se concentran
3) Hacer la siguiente pieza y realizar un análisis de esfuerzo con una fuerza de 3000 lbf, cuando la altura pequeña sea 1.5in y 2.5in se tiene que anotar los esfuerzos máximos y en donde se concentran Dibujo en pulgadas a una extrusión de .25 in
4) Hacer la siguiente pieza y realizar un análisis de esfuerzo con una fuerza de 10kN, cuando la altura sea 50mm y 30mm se tiene que anotar los esfuerzos máximos y en donde se concentran Dibujo en milímetros a una extrusión de 15mm
Prácticas 2: Teorías de fallos Introducción El diseño de piezas sometidas a cargas estáticas simples (axial, flexión, torsión o cortante directo) consiste en comparar el esfuerzo máximo que soporta la pieza con el esfuerzo que produce la falla en dicha pieza; es decir, la resistencia de fluencia o el esfuerzo último, en tracción, compresión o cortante. Esta comparación es posible debido a que se dispone de tablas de propiedades de materiales y catálogos de fabricantes, los cuales suministran valores típicos
(mínimos, promedios, etc.) de las resistencias de los materiales, obtenidas al someter probetas normalizadas a pruebas de tracción, compresión y torsión. Para determinar que tanto resiste un determinado material sometido a esfuerzos combinados, podría adoptarse el mismo procedimiento; es decir, ejecutar ensayos de resistencia. TEORÍAS DE FALLA ESTÁTICA En esta sección se estudian algunas teorías de falla estática. Algunas de ellas son utilizadas en la práctica, ya que representan satisfactoriamente algunos datos experimentales, mientras que otras se presentan solo por interés histórico o pedagógico Teoría del Esfuerzo Cortante Máximo (TECM) La Teoría del Esfuerzo Cortante Máximo (TECM) fue propuesta por primera vez por Coulomb y después fue descrita por Tresca en 1864[1]. A veces se usa el nombre Tresca para referirse a esta teoría. La teoría del esfuerzo cortante máximo establece que la falla suele ocurrir cuando el esfuerzo cortante máximo del cuerpo,Ƭmax, excede el valor del esfuerzo cortante máximo en una probeta de ensayo sometida a tracción, cuando el esfuerzo normal máximo es igual a la resistencia Sy (o Su). Teoría de la energía de distorsión (teoría de von Mises-Hencky) Como se dijo anteriormente, los resultados de la teoría de la energía de distorsión coinciden con los de la Teoría del Esfuerzo Cortante Octaédrico (TECO). Los resultados de estas teorías son los preferidos en el diseño de materiales dúctiles ya que concuerdan mejor con los datos experimentales. A la teoría de la energía de distorsión se le conoce también como teoría de von Mises Hencky Como se ha dicho, el deslizamiento de los átomos dentro de la estructura de un material dúctil se debe a los esfuerzos cortantes, los cuales van acompañados de una distorsión en la forma del elemento (recuérdese que mientras que los esfuerzos normales alargan o acortan un elemento, los cortantes lo deforman
angularmente, es decir, lo distorsionan). Para deformar una pieza es necesario efectuar un trabajo, el cual se almacena en esta en forma de energía; la energía almacenada debido a la distorsión de una pieza esta relacionada con la magnitud del esfuerzo cortante presente
Desarrollo Utilizar el software SolidWorks para simular las teorías de fallos estáticas para materiales dúctiles. Pieza 1
Paso 1: Realizar el siguiente croquis, el origen tiene que quedar en el centro de la pieza, después se tiene que extruir a 13 mm
Paso 2: crear un croquis en las círculos por debajo de la pieza, crear círculos iguales y concéntricos como se muestra en la figura, después se tiene que extruir a 10 mm
Paso 3: crear un croquis en el círculo del medio por la parte de arriba de la pieza, crear un circulo igual y concéntrico como se muestra en la figura. Realizar un extrusión de 20 mm
Paso 4: crear un croquis en el circulo del medio por la parte de arriba de la pieza, crear un circulo de 28 mm después realizar un corte a una profundidad de 20 mm
Paso 5: crear un corte en el centro de la pieza con un diámetro de 17 mm el corte es por todo.
Paso 6: crear un corte en los círculos laterales con un diámetro de 15mm el corte es por todo
Paso 7: crear un croquis en el plano que divida la pieza, realizar el croquis como se muestra en la siguiente figura
Después de se tiene que hacer un nervio como se muestra en la siguiente figura
Paso 8: crear una matriz circular copiando el nervio, como se muestra en la figura
En la pieza creada realizar una simulación con las siguientes características:
Material de la pieza es acero aleado. Sujeción en los círculos inferiores.
La fuerza es de compresión de 10000N en el círculo superior del centro.
Realizar la simulación de la pieza favor de anotar el límite elástico del material y el esfuerzo máximo de la pieza como su ubicación. Para realizar un estudio de fallas se le tiene que dar click derecho en la carpeta de resultados se mostraran diferentes tipos de estudios, en este caso seleccionar DEFINIR TRAZADO DE FACTOR DE SEGURIDAD.
Se tiene que configurar el estudio de fallos, el primer paso es seleccionar el tipo de estudio en este caso seleccionamos Tensión de von Mises Máx ( teoría de energía de distorsión máxima) le damos siguiente en la flecha superior derecha
El
siguiente paso es seleccionar el limite elástico o el esfuerzo ultimo del
material el cual será analizado, en este caso seleccionamos el limite elástico y le damos siguiente en la flecha superior derecha
El siguiente paso es seleccionar el factor de seguridad de la pieza y el tipo de análisis, en este caso seleccionamos Áreas por debajo del factor de seguridad con un factor de seguridad de 1
1.- Favor de observar y buscar las zonas críticas de la pieza, anotar sus observaciones 2.- Cambiar el factor de seguridad a 2, simular y anotar sus observaciones. 3.- Desactivar el nervio y realizar la simulación con un factor de 1 y anotar sus observaciones
Pieza 2. Realizar la siguiente pieza, con un croquis y una operación de extruir a 10mm con laminado a un espesor de 2mm
Realizar un corte como se muestra en la figura
En la pieza creada realizar una simulación con las siguientes características:
Material de la pieza es aleación de aluminio 1060 Sujeción en los círculos laterales La fuerza es de compresión de 10N como se muestra en la figura
1. Anotar el limite elástico del material así como el esfuerzo máximo de la pieza 2. Realizar un estudio de falla de Von Mises con un factor de seguridad de uno (anotar los resultados) 3. Realizar un rediseño de la pieza de tal forma que disminuya la falla
Práctica 3: Tornillo y Tuerca Introducción. Los tornillos son elementos que tienen filetes enrollados en forma de hélice sobre una superficie cilíndrica y son unos de los elementos más utilizados en las máquinas. Los tornillos de unión son los que sirven para unir o asegurar dos o más partes estructurales o de maquinaria, como es el caso de los tornillos, pernos, espárragos y tornillos prisioneros o de fijación. Los tornillos de potencia son aquellos destinados a la transmisión de potencia y movimiento; Los tornillos se usan en estructuras, máquinas herramientas, vehículos, prensas y elementos de elevación, entre otros. En muchos casos, los tornillos están sometidos a cargas variables combinadas, por lo que debe aplicarse una teoría de falla por fatiga. Métodos de Unión Los métodos de unión pueden ser permanentes, como la unión mediante remaches, soldadura y pegantes, o semipermanentes o desmontables, como los tornillos de unión (tornillos, prisioneros o tornillos de fijación, pernos y espárragos), chavetas y pasadores. En los métodos de unión semipermanentes, el elemento
que une puede montarse y desmontarse fácil y repetidamente, sin necesidad de destruirlo. Los tornillos y pernos de unión son métodos semipermanentes. Métodos Permanentes
Aplicaciones de los pernos y tornillos En algunos casos los tornillos y pernos tienden a ser reemplazados por otros métodos de unión que proporcionan mayor facilidad de manufactura y ensamble. Los tornillos se utilizan en la fijación de motores, bombas hidráulicas, tramos de tuberías, tapas en tanques, bastidores de máquinas, estructuras, chumaceras, piñones, poleas, tapones de tubería de calderas, etc.
Formas, dimensiones y características de las roscas estándar
Las roscas de los tornillos son hélices que permiten el desplazamiento longitudinal de un tornillo, cuando éste es girado. Las roscas pueden ser externas, como en el caso de un tornillo, o internas como en las tuercas y piezas con agujeros roscados. Hay dos tipos de roscas normalizadas para tornillos de unión. Una rosca está constituida por hilos o filetes que “se enrollan” en forma de hélice. El paso, p, de la rosca es la distancia entre hilos adyacentes. El número de hilos por pulgada, Nh, es el número de filetes o pasos que hay contenidos en una longitud igual a una pulgada. El ángulo entre los flancos de los filetes es de 60°. Las raíces y crestas de los filetes son planas, con el fin de reducir la concentración de esfuerzos que generarían las esquinas agudas; las normas permiten que las crestas y raíces sean redondeadas. Mientras que si la rosca es múltiple, el avance es igual al número de entradas multiplicado por el paso. La ventaja de una rosca de varias entradas es que el montaje y desmontaje son más rápidos, pero tiene la gran desventaja de que se afloja mucho más fácilmente. Series de roscas estándar. Roscas bastas. Se designan como UNC (Unificada Nacional Ordinaria). Estas roscas son de paso grande y se usan en aplicaciones ordinarias, en las cuales se requiera un montaje y desmontaje fácil o frecuente. También se usan en roscas de materiales blandos y frágiles. Roscas finas. UNF (Unificada Nacional Fina). Estas roscas son adecuadas cuando existe vibración, por ejemplo, en automóviles y aeronaves, ya que al tener menor paso3 poseen un menor ángulo de la hélice. Roscas extrafinas: UNFE (Unificada Nacional Extrafina). Comparadas con las roscas bastas y finas, éstas tienen unos pasos muy pequeños. Son particularmente útiles en equipos aeronáuticos.
Como un tornillo no tiene sección uniforme, debe encontrarse un área equivalente para calcular el esfuerzo debido a una carga de tracción; esta área se denomina área de esfuerzo a tracción, At, y está dada por:
Ajustes Con el fin de obtener diferentes ajustes para las diferentes aplicaciones, las normas UNS e ISO contemplan diferentes tolerancias para las roscas. 1A, 1B. Los ajustes clase 1 se obtienen cuando las tolerancias son grandes. Se utilizan para reducir los costos en aplicaciones “domésticas”, donde no se requiera precisión. 2A, 2B. Las tolerancias de estos ajustes son más pequeñas, lo que permite obtener una mejor precisión. 3A, 3B. El ajuste clase 3 es un ajuste fino de juego nulo. Se utilizan sólo para cumplir requisitos de exactitud. Resistencia de los pernos El diseño de pernos se basa en la resistencia límite a la tracción, Sp, que es el máximo esfuerzo que puede soportar el perno sin experimentar deformación permanente. Análisis elástico de tornillos de unión La función de un perno es la de unir dos o más piezas. En esta sección se analizarán las deformaciones, cargas y ecuaciones que rigen la unión de piezas mediante pernos.
Desarrollo.
Práctica 4: Ensambles con tornillos y tuercas
PASO 1: crear la pieza “base” La pieza es hueca con 2 mm de espesor.
PASO 2: crear la pieza “tapa” también hueca y del mismo espesor.
Al igual que antes, emplear la opción matriz para los taladros, y la opción de equidistancia a 2 mm. para obtener el croquis del resalte directamente a partir del contorno exterior. PASO 3: Crear el documento de ensamblaje e insertar las piezas. 1. Guardar las piezas que se han creado y abrir un archivo nuevo de ensamblaje. 2. Para insertar las piezas en el archivo, se puede hacer directamente haciendo clic en el botón de insertar componente de la barra de herramientas ensamblaje , o mediante el menú “Insertar>Componente>Desde archivo” e indicando la ruta del archivo adecuada. Insertar en primer lugar la base y situarla sobre el origen de coordenadas. La primera pieza insertada queda fija, las siguientes se encuentran “flotantes”, a la espera de establecer las relaciones de posición con respecto a la fija que la sitúen completamente 3. De la misma manera insertar la pieza tapa en un lugar alejado de la base para que no se superpongan las geometrías
PASO 4: Establecer las relaciones de posición entre los elementos.
1. Establecer la relación de coincidente la base y la del resalte de la tapa
entre la cara superior de
Comprobar qué ocurre cuando se pulsa el botón de cambio de alineación. La tapa se gira para alternar entre las dos posibilidades que existen para hacer coincidentes los planos. 2. De nuevo establecer más relaciones de posición, de coincidencia entre las caras exteriores del resalte de la tapa y las caras interiores de la base hasta que la tapa quede también totalmente definida.
PASO 5: Insertar unos tornillos en los taladros que tienen tanto la tapa como la base y sus tuercas correspondientes Seleccionaremos la norma DIN, pernos y tornillos, pernos y tornillos hexagonales, Tornillo hexagonal de calidad AB. El siguiente paso es situarlo en el ensamblaje. Daros cuenta de que es posible indicarle ya directamente el taladro donde lo quiero situar, con lo que el tornillo ya se posiciona correctamente de forma automática y el programa genera automáticamente las relaciones de posición. En las propiedades indicaremos métrica 4 y longitud 35 milímetros. Longitud de rosca de 14 mm Otra forma es insertar el tornillo en una posición cualquiera y establecer las relaciones de posición necesarias manualmente. Concentricidad entre el cilindro base del tornillo y la cara interior del taladro en la tapa, coincidencia entre la cara inferior del tornillo y la cara superior de la tapa, como se indica en las dos figuras siguientes.
Seleccionar ahora las tuercas que se van a insertar. Buscar en norma DIN, tuercas, tuercas hexagonales, y ahora se escoge el tipo de tuerca, por ejemplo tuerca delgada y achaflanada (EN 24035), se inserta en la posición adecuada y se selecciona con una métrica de 4 milímetros, para que acople perfectamente con los taladros y los tornillos. Si no se ha insertado directamente, deben indicarse al ordenador las relaciones de posición correspondientes, igual que antes concentricidad y coincidencia de caras ; como se indica en la siguiente figura
Realizar los siguiente: 1. Hacer la vista de explosión del ensamblaje 2. Hacer el video de ensamblaje.
PRÁCTICA 5 Uso de herramientas de taladrado y Smart Fasteners (segunda parte) Objetivo: Crear un ensamblaje con tornillos utilizando la herramienta asistente para taladro y Smart Fasteners
Realizar la estructura En las siguientes imágenes se puede observar el diagrama de la pieza de sujeción
Paso 1: realizar un croquis como se muestra en la figura, despues realizar una simetria , por último extruir a 4mm
Paso 2: Crear un plano a una distancia de 20mm respecto al centro
Paso 3: realizar un croquis en el nuevo plano, como se muestra en la figura, por último se hace una extrusión de 4mm
Paso 4: crear un plano de tres puntos como se muestra en la figura
Paso 5: Hacer un croquis en el plano que se acaba de crear como se muestra en la figura y realizar una extrusión de 4mm
Paso
6:
realizar una simetría tal como se muestra en la figura.
Paso 7: realizar otra simetria pero en esta caso se esta copiando la mitad de la pieza .
Paso 8: Realizar los cortes utilizando la herramienta Asistente para taladro.
Para utilizar el Asistente de taladro primero se tiene que seleccionar el tipo de broca y después se tiene que indicar las posiciones donde se realizará el taladrado. En este caso seleccionamos la broca M10 con una profundidad de 20 mm
Después se selecciona los puntos donde se realizará el taladrado, seleccionar los centros de los círculos de las esquinas, como se muestra la figura.
Al finalizar se tiene que guardar la pieza con el nombre de estructura.
Crear la base
Crear un croquis como se muestra en la figura, realizar una extrusión de 30 mm, guardarlo con el nombre de base.
Realizar el ensamblaje
Crear una relación de coincidente entre las caras, como se muestra en la figura
Como se puede observar no se crearon los taladrados de la base para hacer el ensamblaje, pero se puede montar la estructura utilizando la herramienta Serie de taladro
En esta herramienta se pueden crear taladrados nuevos o se puede utilizar taladrados de otras piezas.
Como se creó un taladrado en la pieza que se va montar, se puede utilizar este taladrado para proyectarlo en la base, de esta manera creando los cortes.
Como se puede observar, se crearon los taladrados en la zona que se ubicó la estructura. Nota : si no se agregaron relaciones para la orientación de la estructura, esta se podrá mover a cualquier otro punto de manera manual
Después de realizar los taladrados, se pueden agregar los tornillos y las tuercas de manera manual usando las librerías de toolbox, pero existe una herramienta llamada Smart Fasteners que te agrega de manera automática los tornillos, pernos y guasas.
Para usar esta herramienta primero se tiene que seleccionar los taladrados, o se le puede dar click llenar todo tomando todos los taladrados de manera automática Como se puede ver en la figura al principio se agregaron unos tornillos predeterminados.
Para cambiar el tornillo en la leyenda cierre se puede seleccionar el tipo de tornillo y también se puede activar las casillas ajustar el diámetro automáticamente, actualizar longitud automáticamente, estas casillas son de gran utilidad ya que te toma un tornillo a la medida de la sujeción.
Para cambiar de tornillo, se le tiene que dar click derecho en la casilla mostrada en la imagen y seleccionamos cambiar tipo de cierre.
Cambiar el tornillo a Métrico Ansi Pernos y Tornillos Cabeza hexagonal Después en el plano inferior se puede seleccionar la guasa y la tuerca.
Primero seleccionamos una guasa Plain Washers Regular, y después la tuerca Hex Nuts Style 1
Para finalizar aceptamos y la pieza ya quedó ensamblado con los tornillos tuercas y guasas como se muestra en la figura.
Práctica 6: soldadura En esta práctica se creará una estructura con las operaciones de soldadura en SolidWorks, como se puede observar en la siguiente figura.
Paso 1:Crear un croquis 3D como se muestra en las siguientes figuras.
Paso 2: Crear los miembros de la estructura Pulse Miembro estructural desde la barra de herramientas Piezas Soldadas o desde Menú de Persiana Insertar, Piezas Soldadas, Miembro Estructural y seleccione las líneas que conforman los segmentos del trayecto. A continuación Indique ISO, Tubo Cuadrado de tamaño 40x40x4 y definir los extremos a inglete. Pulse Aceptar
Vuelva a seleccionar la operación Miembro Estructural y repita el proceso para el segmento intermedio pero en un perfil de Tubo cuadrado Iso de Tamaño 30X30X6 Pulse aceptar
Paso 3: Recortar Miembros Observe como el Miembro Estructural creado penetra dentro del primer Miembro produciendo una intersección entre ambos. Para eliminar la intersección , pulse
Recortar/Extender desde la Barra de herramientas Piezas Soldadas o desde el Menú de Persiana. Seleccione el Miembro Estructural2 como Solido a Recortar y el Miembro estructural 1 como Límite de Recorte . Active Vista preliminar para visualizar el corte.
Paso 4: Insertar cordones de soldadura Para insertar los Cordones de soldadura, pulse Cordón de Redondeo desde la barrera de Herramientas Piezas Soldadas o desde el menú de persiana. Seleccione el conjunto de caras 1 y el Conjunto de Caras2 que deban compartir las aristas donde desee ubicar el Cordón de soldadura. Defina un cordón tipo longitud completa y tamaño 5 mm. Active propagación tangente para propagar la creación del cordón entre las caras tangentes seleccionadas. Pulse aceptar
Paso 5: Repita el proceso desde el paso 2 en el otro extremo de la estructura Paso 6: Crear los miembros para unión de la estructura
Pulse Miembro Estructural y seleccione Tubería de Tamaño 21.3x2.3. Pulse Aceptar Recorte los extremos y cree un Cordón de Soldadura de 3mm
Paso 7: Crear nervios soldadas. Para crear nervios, pulse Cartela desde la Barra de Herramientas o desde el menú de persiana. Seleccione el Pefil Triangular y las Distancias D1 y D2 de 75mm. Espesor 5mm. El nervio tiene que quedar en el centro.
Paso 8: Crear el Cordón de Redondeo en ambos lados del nervio de Longitud Completa y tamaño 3mm
Paso 9: Repetir el nervio y soldadura en cada esquina faltantes de la estructura.
Práctica 7: Simulación de tornillos y soldadura
En esta práctica el alumno generará simulaciones de cargas estáticas en las uniones con tornillos y en las uniones con soldadura. Simulación en uniones de tornillos
Paso 1: Crear una pieza como se muestra en la siguiente figura El taladrado es M10 con ajuste normal
Paso 2: Crear un ensamblaje como se muestra llamando dos veces la misma pieza.
Utilizar la herramienta Smart fasteners, agregando tornillo, guasa y tuerca
Paso 3: crear la simulación. Para crear la simulación de uniones por tornillos se puede generar junto con los tornillos usando las herramientas de toolbox, pero al momento de generar la simulación este tardara mucho en procesarlo, por esta razón solamente vamos a utilizar los tornillos por toolbox para representar la unión. En solidworks Simulation se puede configurar el tipo de conector del ensamblaje, este conector simula un tornillo que conecta dos o más componentes mediante la selección de las aristas circulares del taladro y las de la tuerca. En el caso de crear un conector de tornillo estándar o refrendado con tuerca. El empleo de Conectores tipo Tornillo También permite determinar el comportamiento final del ensamblaje y ver las tensiones sufridas por cada uno de ellos sin tener que dibujarlos ni editar las condiciones de contacto con los elementos vecinos.
1.- primero se tiene que desactivar los tornillos que se agregaron con la herramienta Smart Fasteners , para desactivarlo se le tiene que dar click derecho en Smart Fasteners y suprimir 2.- Después se tiene que crear una simulación de cargas estáticas. 3.- Seleccionar acero aleado como material de las partes a unir. 4.-Se tiene que cambiar el tipo de unión de las partes a unir, por default Solidworks Simulation agrega una unión rígida en los ensamblajes, tenemos que cambiar este tipo de unión a contacto sin penetración como se muestra en las figuras.
5.-Despues se tiene que agregar la unión por tornillo como dándole click derecho en conexiones y después perno 6.- Aparecerá una ventana de configuraciones como se muestra en la figura, en esta ventana se tiene que configurar el tipo de tornillo, seleccionar las partes a unir, seleccionar el tipo de material de los tornillos y por ultimo asignar la precarga ya sea Axial o de Torque.
Primero seleccionamos la arista donde empieza el tornillo y después la arista donde está la tuerca, las dimensiones del tornillo es de 10 mm y 15 mm en la cabeza del tornillo. El material es de acero aleado. La precarga es Axial 1000N
7.- Realizar las operaciones anteriores en todos los tornillos. 8.- Agregar una geometría fija por debajo de la pieza a unir y una fuerza de tensión de 5000N como se muestra en la figura.
9.- Generar una malla y realizar la simulación.
10.- para ver los resultados de tensiones de los tornillos, se le da click derecho en la carpeta de resultados y después se le da click lista de fuerzas de pasador/perno/rodamiento
Favor de anotar el esfuerzo máximo de las partes a unir y las fuerzas en los tornillos
Practica 8: Nomenclatura de los engranes
Para calcular la mayoría de los términos de la figura existen la siguiente formulas: D = m* N D = Circunferencia primitiva m = modulo N = número de dientes PC = (π * D) / N PC =Paso circunferencial D = Circunferencia primitiva De = D – 2*m o De = m*(N + 2) De = circunferencia de la cabeza o diámetro externo Espesor = 0.5 * PC
Di = De – 2h Di = Circulo del pie o diámetro interno h = altura total del diente h = 2.167*m filet mínimo = espesor / 6 filet máximo = m * 0.3
DIBUJO DE ENGRANES CILINDRICOS Procedimiento para dibujar un engrane de 36 dientes con modulo 3 y ángulo de presión de 20° 1. Calcular Diámetro primitivo D = m*N D = 3 * 36 D = 108mm 2. Calcular Diámetro externo De = D + 2m De = 108 + 2(3) De = 114mm 3. Calcular altura del diente h = 2.167*(3) h = 6.501mm 4. Calcular Diámetro interno Di = De – 2h Di = 114 – 2(6.501) Di = 100.9mm 5. Calcular el paso circunferencial Pc = (π * D) / N Pc = (π * 108) / 36 Pc = 9.42mm 6. Calcular el espesor del diente Espesor = 0.5 * Pc Espesor = 0.5 * 9.42
Espesor = 4.71mm 7.calcular el filet Filet = 4.71mm / 6 Filet =0.785mm.
Dibujo del engrane en SolidWokrs 1.- Primero se dibuja el circulo interno del engrane la extrusión es de 10mm
2.- Se crea otro croquis dibujando los círculos primitivo, externo e interno con sus respectivos diámetros tomando como centro un mismo punto
3.- Se dibuja la línea de presión con ángulo de 20o tomando como primer punto el cuadrante superior del circulo primitivo, como se indica en la figura.
4.- Desde el punto que se dibujo la línea anterior se toma como centro para dibujar un círculo que tiene por radio el resultado obtenido en el espesor
4.- Tomando como centro los centros de los círculos dibujamos un circulo que sea tangente a la línea de 20°como se muestra en la siguiente figura.
5.- Desde el circulo en el paso 4 otro circulo como radio resultado de Diámetro entre 8, es 108/8=
6.- El circulo dibujado anteriormente se lo debe copiar continuación y este formara un diente del engrane
centro del dibujado se dibuja que tiene el dividir el primitivo decir: 13.5mm
como se indica a
7.- Ya borradas se obtendrá algo como lo siguiente
8.- Ahora se procederá a borrar con la herramienta recortar lo que sobra del dibujo
9. Lo único es el pie del diente con la herramienta el valor que debemos dar de radio es el los cálculos previos, es decir: Filet = 4.71mm / 6 Filet =0.785mm
que resta redondear Redondeo, obtenido en
10. se crea una matriz circular de 36 copiando el diente y el redondeo
Práctica 9: Transmisión Introducción. Engranajes Permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes, pudiendo modificar las características de velocidad y sentido de giro. Los ejes pueden ser paralelos, coincidentes o cruzados. Este mecanismo se emplea como reductor de velocidad en la industria (máquinas herramientas, robótica, grúas...), en la mayoría de los electrodomésticos (vídeos, cassetes, tocadiscos, programadores de lavadora, máquinas de coser, batidoras,
exprimidores...), en automoción (cajas de cambio de marchas, cuentakilómetros, regulación de inclinación de los asientos...), etc. El sistema de engranajes es similar al de ruedas de fricción. La diferencia estriba en que la transmisión simple por engranajes consta de una rueda motriz con dientes en su periferia exterior, que engrana sobre otra similar, lo que evita el deslizamiento entre las ruedas. Al engranaje de mayor tamaño se le denomina rueda y al de menor piñón. A diferencia de los sistemas de correa-polea y cadena-piñón, este no necesita ningún operador (cadena o correa) que sirva de enlace entre las dos ruedas . Los dientes de los engranajes son diseñados para permitir la rotación uniforme (sin saltos) del eje conducido. Sentido de giro Este sistema de transmisión (como el de ruedas de fricción) invierte el sentido de giro de dos ejes contiguos, cosa que podemos solucionar fácilmente introduciendo una rueda loca o engranaje loco que gira en un eje intermedio.
Relación de velocidades Las velocidades de entrada (eje conductor) y salida (eje conducido) están inversamente relacionadas con el número de dientes de las ruedas a las que están conectados (igual que en la transmisión por cadena-piñón) cumpliéndose que: N1·Z1 = N2·Z2 Con lo que la velocidad del eje conducido será: N2=N1·(Z1/Z2) donde:
N1 Velocidad de giro del eje conductor N2 Velocidad de giro del eje conducido Z1 Número de dientes de la rueda Z2 Número de dientes del piñón La relación de transmisión del sistema es:
Desarrollo. El objetivo de esta práctica, es generar una transmisión de engranes, con una relación de 1:100, donde el motor (engrane principal) inicie con una We= 100 rpm y el ultimo engrane tenga solamente Ws= 1 rpm. Para lograr esto, se requiere diseñar una transmisión adecuada tomando en cuenta el número de engrandes y la cantidad de dientes que tiene cada uno. En este diseño realizaremos una transmisión de 3 etapas, por ejemplo como queremos una transmisión de 100, las relaciones de las 3 etapas puede quedar de la siguiente manera 5X5X4. Relación 5 5 4 N1=10 N2=50 N3=10
Ne 10 10 10 N4=50
N5=10
Ns 50 50 40 N6=40
Según la tabla anterior la transmisión quedaría de la siguiente manera.
Para poder llevar a cabo el ensamble de los engranes, y generar una transmisión se requiere de una base estática para sostenerlos. Para el diseño de dicha base hay que calcular las distancias de separación de cada uno de los pilares que sostendrá al engrane. Para ello, hay que calcular el diámetro según el número de dientes y el modulo. Cálculos N= 10(5) = 50 mm N= 40(5) = 200 mm N= 50(5) = 250 mm Base de transmisión
250 mm
200 mm
50mm
Utilizando la herramienta de TOOLBOX se obtuvieron los engranes, generados en las opciones Métrico Ansi Transmisión de potencia Engranajes Engranaje recto. En total se introdujeron al ensamble 6 engranes, algunos de la misma cantidad de dientes y otros diferentes, de tal forma que se cumpliera con los cálculos anteriormente realizado, con la finalidad de poder observar la transmisión sin ningún obstáculo A continuación se muestran las piezas que fueron llamadas para formas el ensamble de esta transmisión. 10 Dientes
40 Dientes
50 Dientes
3 piezas
1 pieza
2 piezas
El ensamble de estos engranes quedo de la siguiente manera
Utilizando “relaciones de posición” se colocaron de la mejor manera cada uno de ellos
Posteriormente realizamos un estudio de movimientos, seleccionando al engrane más pequeño (engrane inicial) como motor, el cual se encargara de dar las 100 rpm, mientras que el ultimo engrane tan solo dará 1rpm.
La grafica de velocidades angulares, representa que todo el mecanismo se movió 6 grados por segundo. 6 grados =0.1666 rev /seg 360 grados
0.1666
rev 60 seg =1rpm seg 1 min
(
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