1. 1
IMHren TXANDAKAKO
INGENIARITZA ESKOLA
ESCUELA DE INGENIERĆA EN ALTERNANCIA DEL
IMH
MAKINEN DISEINU
ETA DINAMIKA
DIREKZIO SISTEMA BATEN DISEINUA
Egilea / Autor: Mikel Vivanko,Julen
Altzibar eta Maria Basterretxea.
Promozioa / PromociĆ³n: 2ĀŖ PromociĆ³n
Entregatzeko data / Fecha entrega: Elgoibar,
05/05/2016
3. 3
1. Sarrera
Lan honen helburua makinen diseinu eta dimentsionamendurako beharrezko
diren kalkulu oinarriak garatzea da.
Horretarako pausu batzuk jarraitu ditugu. Elementuen kalkulu zinetikoak, hau
da, jasaten dituen indarrak, azelerazio eta abiadurak, eta kalkulu dinamikoak, lan
egiteko frekuentziak eta flexio-trakzioak.
Zinetika.
1) Diseinu mekaniko baten aukeraketa eta ondoren beren modelizazio edo
eskematizazioa.
2) Konjuntu mekanikoaren erreferentzi sistema ezberdinen definizioa.
3) Diseinuko pieza ezberdinen deskribapen eta kalkulu zinematikoa
4) Zimetatikako emaitzak oinarritzat harturta, egindako diseinuak
artikulazioetan jasango diren indarren kalkulua.
Dinamika.
5) Trakzio-flexio elementuetan oinarritutako modelizazioa.
6) Konjuntu mekanikoaren higidura ekuazioaren kalkulua Lagrangeren
ekuazioen bitartez.
7) Konjuntu mekanikoaren frekuentzia naturalen kalkulua material
ezberdinen propietateak erabiliz.
8) Frekuentzia natural tarteak ahalik eta handienak izateko hobekuntza
planteamendua egin
9) Robotaren diseinu aldaketa Frekuentzia Natural hauek lortzeko.
10) Diseinu aldaketa definitu.
4. 4
2. Helburuak
Helburu nagusia, konjuntu mekanikoaren frekuentzia natural tarteak
ahalik eta handienak izatea da. Horretarako kontuan izanik erabiliko den
materiala, pieza ezberdinen tamaina eta geometria.
Guzti honekin, konjuntua kargak jasotzeko prestatua eta epe luzean
iraunkorra izan behar da.
5. 5
3. Proposamena
Gure proposamena ibilgailu baten aurreko direkzio sistema da.
Sistema hau traktore zein trailerrek eduki dezakete, baina adibiderik garbiena
ume baten karretila bat da.
Sistema honek 3 ardatz ditu:
1) Manilarra eta ardatz nagusia
2) Pibotatzeko ukondoa
3) Gurpila
35. 35
6. Balio handien arrazoia
Abiadura eta azelerazioaren balioak oso altuak direla eman dezake.
Kontutan eduki beharreko gauza da, gurpilaren P puntuko abiadura dela eta P
puntua biraka dagoela.
Azelerazio honen balio handiak gurpilak jasaten ditu.
Erradioa gehitzen dugun heinean abiadura angeluarra murriztuz doa, eta
horrela, P puntua jasaten duen inertzia ere bai.
36. 36
7. Material aukeraketa
Mota honetako direkzio sistema batek kolpe asko jasaten ditu eta sistema
guztiaren gainean karga handi bat jasateko kapazitatea izan behar du. Horretaz
gain material fidagarria izan behar da, epe luzean arazo gutxi emango dituen
materiala, horretarako gogortasun handia izan behar du.
Gogortasunaz aparte, arina izatea ere oso garrantzitsua da. Arina izateak
abiadura errazago hartzea dakar, ibilgailu bateko zati bat izanik, oso
garrantzitsua da ezaugarri hau.
Aukeratutako materialak:
Materiala Dentsitatea
Young-en
modulua
6060 T6 aluminioa 2670 kg/m3
6,95E+10 Pa
Altzairua 7,80E+03 kg/m3
2,1E+11 Pa
Karbono zuntza 1,68E+03 kg/m3
90000000000 Pa
Hasieran, hiru material hauek baldintza berdinak jarrita konparatu dira. R=0.025
m-ko erradioa mantenduz bakoitzaren frekuentzia naturalak kalkulatu dira.
40. 40
Materiala aukeratu
Ibilgailu hau abiadura baxuetan ibiliko denez, frekuentzia baxuenak konparatzen
dira, beraien arteko diferentziak ikusita, ondorengoa ondorioztatu daiteke:
Hiru materialak baldintza berdinetan aztertu eta gero, frekuentzia
naturalen bataz besteko tarteak aztertzerako orduan, karbono zuntzez
egindako ibilgailuak dituela frekuentzia natural tarte handienak ikus
daiteke. Hortaz, aurreneko pausua karbono zuntzean zentratzea izango
da.
Bataz besteko frekuentzia natural tarteak:
ļ· Aluminioa ļ 45,51
ļ· Altzairua ļ 46,28
ļ· Karbono zuntza ļ 65,28
43. 43
KARBONO ZUNTZA R = 0,03 m R = 0,02 TUTUA
Karbono zuntza
Eigenvalues rad/s Hz
937336,294 968,161295 154,09
1557462,943 1247,98355 198,62
3922965,946 1980,64786 315,23
17554127,5 4189,76461 666,82
2612631782 51113,9099 8135,03
3849273359 62042,5125 9874,37
4287745824 65480,8814 10421,61
11799613367 108626,025 17288,37
34282471042 185155,262 29468,38
6,67131E+11 816781,077 129994,75
Frekuentzien arteko bataz besteko distantzia: 105,8
154,09 198,62 315,23 666,82 8135,03 9874,37 10421,61 17288,37 29468,38 129994,75
Frekuentzia naturalak
44. 44
KARBONO ZUNTZA R = 0,035 m R = 0,032 m TUTUA
Karbono zuntza
Eigenvalues rad/s Hz
1661372,738 1288,94249 205,14
1748139,803 1322,17238 210,43
4402111,294 2098,1209 333,93
18392746,07 4288,67649 682,56
2155917772 46431,8616 7389,86
3177203843 56366,6909 8971,04
3726648070 61046,2781 9715,82
9726261826 98621,8121 15696,15
28280180419 168167,121 26764,63
5,50333E+11 741844,084 118068,15
Frekuentzien arteko bataz besteko distantzia: 111,31
0,00
20000,00
40000,00
60000,00
80000,00
100000,00
120000,00
140000,00
205,14 210,43 333,93 682,56 7389,86 8971,04 9715,82 15696,15 26764,63 118068,15
Frekuentzia naturalak
45. 45
9. Planteatutako hobekuntzak
Karbono zuntzean soilik zentratuta, ondorengo hobekuntza planteamenduak
egin dira:
ļ· Erradioa handitu, material zurruna.
Hasieran konparatu den R = 0,025 m-tik, R = 0,03 m-tara handitu dira
hodien lodierak. Kalkuluak burutu eta gero, frekuentzien tartea 117,88-
koa dela atera da.
ļ· Erradioa txikitu, material zurruna.
R = 0,025 m-tik, R = 0,15 m-ra jaistean, ikusi da frekuentzien tarteak
murriztu egin direla.
ļ· Tutu bihurtu, lodiera handia.
Kanpo erradioa 0,03 m-koa eta barne erradioa 0,02 m-koa dituztenean,
tutu bilakatuta, frekuentzia naturalen tarteak handitu egin dira. 105,8 ko
baliora hain zuzen.
ļ· Tutu bihurtu, lodiera txikia
Tutuari kanpo erradioa eta barne erradioa handitu eta gero, hau da, kanpo
erradioa 0,035 m-koa denean eta barne erradioa 0,032 m-koa denean,
frekuentzia naturalen tartea handitu egiten da 111,31 ko balio batera.
46. 46
10. Emaitzak
Planteatutako hobekuntza guztiak elkarren artean konparatzen badira, logikoa
den bezala, frekuentzia natural tarte handiena duen sistema aukeratzea da
zentzuzkoena. Hortaz, karbono zuntzez egindako eta egitura zurruna duen
R = 0,03 m-ko hodiez osatutako ibilgailua aukeratzen da.
Sistema honen bidez, 117,88 ko bataz besteko frekuentzia natural tartea lortzen
da. Erradioa handitu gabeko karbono zuntzezko aurreko sistemarekin
konparatzen badugu, sistema berri honekin %55-ean handitzen dugu frekuentzia
naturalen arteko bataz besteko tartea.
47. 47
11. Ondorioak
Aurrerago egin daitezkeen hobekuntzen artean, orain artekoa ikusita, tutuen
kasuan, erradioa handituz eta lodiera txikituz frekuentzia naturalaren bataz
besteko tartea txikitzen dela egiaztatu da. Bien arteko konbinazioarekin,
material kantitate bera mantentzen bada, suposatuko luketen hobekuntzak
testeatu beharko lirateke.
Bestalde, beste hobekuntza praktikoago batetara joanez, materialen prezioa ez
da kontutan hartu. Lehentasuna beste ezaugarri batzuei emango zitzaien
ezaugarri mekanikoei eman beharrean, limite asko jarriko lituzke sistemaren
diseinuaren garaian.
