revista diseño mecanico
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2/6/2015
ESPECIFICACIONES DE DIMENCIONES | Jhimy chisaguano
UNIVERSIDAD
TÉCNICA DE
AMBATO
CONCEPTOS BÁSICOS DE
DISEÑO MECÁNICO
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1. INTRODUCCIÓN
El diseño de sistemas mecánicos de calidad debe basarse en un amplio conocimiento de
la teoría del cálculo de fuerzas, dibujo aplicado a la ingeniería y de diversos estándares
y recomendaciones existentes en la particular área de diseño, así como de la propia
experiencia del diseñador. Actualmente las computadoras suelen asistir el proceso de
creación de cualquier equipo mecánico complejo, tanto en la primera etapa del diseño
(CAD), como en la última de la manufactura (CAM). En el caso del diseño y
manufactura de sistemas mecánicos complejos, el proceso de diseño debería
fundamentarse en un modelo computarizado especialmente desarrollado de la estructura
mecánica.
Este artículo describe una muestra de diseño de un dispositivo mecánico típico, como es
una caja de engranes, integralmente asistido por computadora, pero el mismo
procedimiento se puede aplicar para análisis y opti-mización de todas las partes de cada
estructura mecánica.
El proceso de diseño computarizado, según la presente propuesta de este trabajo, se
muestra la Figura 1.
Fig. 1: El proceso de diseño computarizado
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2. Fases del diseño mecánico
2.1. ¿Qué es el Diseño?
En ingeniería el diseño mecánico es el proceso de dar forma, dimensiones, materiales,
tecnología de fabricación y funcionamiento de una máquina para que cumpla unas
determinadas funciones o necesidades.
El diseño se diferencia del análisis, en que en éste se toma un diseño ya existente para
estudiarlo, y verificar que cumpla con las necesidades para las que fue diseñado.
¿Cuándo empieza un diseño? Cuando surge la necesidad humana que tratamos de
resolver
Cuando detectamos la necesidad, aunque parezca muy poco, ya hemos dado un gran
paso. Pues esa necesidad nos va a condicionar mucho nuestro diseño, y va a encauzar su
solución.
En general podemos decir que el proceso de diseño de una máquina sigue el siguiente
diagrama de flujo, con sus diversas etapas:
1. conceptualización (ideas)
2. síntesis (agrupación de elementos)
3. análisis (elementos finitos)
4. evaluación (costes)
5. representación (planos)
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2.2. Reconocimiento de la
necesidad:
El diseño comienza cuando el ingeniero,
su jefe o su cliente detecta la necesidad
de una máquina, y decide hacer algo
para conseguirla. Esta necesidad debe
ser breve y sin detalles.
Por ejemplo, “tener una máquina de
pegar etiquetas en las botellas de vino
embasadas”.
2.3. Etapas creación del producto
Identificación de una necesidad
(mercado)
Diseño
Fabricación, Montaje y Control
(Producción)
Distribución y Comercialización
Utilización
2.4. Tipos de diseños
Conceptual: idea, agrupación de
elementos
Básico: desarrollo de la idea, sintesis y
análisis.
Detallado: plasmación concreta,
evaluacion y presentacion.
2.5. Resultados del diseño
Resultado final del proceso de diseño:
EDP = Especificación de Diseño del
Producto
Parte geométrica de la EDP:
bocetos (diseño conceptual)
„planos‟ (diseño de detalle)
2.6. Definición geométrica
Manual (dibujo sobre papel)
CAD: 2D (planos con vistas y
secciones)
CAD: 3D modelo alámbrico
CAD: 3D modelo sólido
CAD: 3D modelo de superficies
Resultado: „planos‟ sobre papel o sobre
fichero
Tolerancias
•Dimensionales (longitudes y ángulos)
•Geométricas
–Formas
–Posiciones
–Orientaciones
•Acabado
•Otras magnitudes físicas (resistencia...)
Dimensionado
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Acción de fijar numéricamente la
magnitud de las variables que definen
los elementos
geométricos de las piezas
Pieza = cilindro
Elementos geométricos = cilindro (1) +
plano (2)
Cilindro:
Dimensión = diámetro
Forma = cilíndrica, redonda, recta
Acabado = circunferencial, axial,
combinado
Plano (uno en cada base):
Dimensión = distancia entre bases
Forma = plano, recta
Orientación = paralelos, perpendiculares
al eje del cilindro
Posición = simétricos
Acabado = circunferencial, radial
3. EXPRESIÓN DE VALORES
1. Definir todas las dimensiones que
sean necesarias para cada elemento
geométrico
2. Evitar la realización de cálculos o la
aplicación de supuestos durante el
proceso de fabricación (diseñar para
fabricar)
3. Evitar la redundancia de definiciones
4. Especificar los valores de forma clara e inequívoca evitando malas interpretaciones
5. Especificar las dimensiones de los elementos geométricos que vayan a tener una
relación específica con los de otras piezas (ø eje -agujero)
6. Evitar procesos de cálculo en los que sea necesario acumular tolerancias, y en su
caso, reducir el número de sumandos y aclarar la interpretación de dichos procesos, para
favorecer el montaje de piezas
7. Mostar cada dimensión solamente una vez
8. Mostrar la dimensión en donde sea más representativa, visible
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9. Especificar valores normalizados y acordes a los comercialmente disponibles sin
coste adicional
10. Utilizar símbolos y unidades normalizadas: dimensiones en mm, acabados en μm,
vistas en sistema europeo, normas ISO
ISO / TC213Geometrical product specifications(GPS)
Amplitud de las franjas de tolerancia
Ajustes recomendados
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4. DESARROLLO DEL MODELO POR COMPUTADORA
Un método de diseño de este tipo está
basado en el desarrollo del modelo
computarizado del sistema mecánico.
La estructura de una caja reductora de
velocidades se considera como un
sistema dinámico y el modelo de esta
es-tructura puede ser elaborado
utilizando un software de simulación.
El software de simulación utilizado para
modelación de sistemas mecánicos tiene
que cumplir los siguientes
requerimientos:
- el modelo debe ser legible,
- el cambio de parámetros debe
ser fácil,
- el modelo debe permitir la
simulación y optimización de los
parámetros,
- los resultados deben ser
presentados en forma gráfica y
numérica,
- el modelo permite usar solo
valores estándar, como número
de dientes, pasos diametrales,
materiales y otros, que son muy
importantes en los casos de
diseño de sistemas mecánicos,
- el software tiene que aceptar
los funciones gráficas durante el
proceso de cálculo que permite
emplear los resultados del
análisis tal y como las
recomendaciones empíricas,
- el transferencia de los
resultados a otro software,
como, por ejemplo AutoCAD,
debe ser posible.
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En este trabajo, para elaborar el modelo
en computadora, se ha aplicado el
método conocido bajo el nombre de los
Sistemas DINAMI-cos (Forrester, 1961;
Wolstenholme, 1990; Cover, 1996),
para lo cual se utiliza el programa de
simulación llamado Powersim 2.5b
(Powersim, 1998), que cumple todos los
requerimientos arriba mencionados.
Este tipo de modelo ayuda a los
diseñadores a realizar los cálculos y
simulaciones indispensables para
obtener un diseño óptimo.
Asimismo este programa de modelación
está integrado adicionalmente con
AutoCAD el cual junto con rutinas de
AutoLisp, elabora el dibujo automático
de ensamble en dos dimensiones, en
cualquiera de las etapas del desarrollo
del diseño.
En esta etapa del desarrollo del diseño
se realiza una optimización de todo el
sistema mecánico de acuerdo con los
criterios de optimización establecidos.
El diseño óptimo de las partes de
sistema mecánico se realiza a través de
la transferencia de los cálculos y
parámetros obten-dos de Powersim a un
sistema de CAD (en este caso a Solid
Works) y con esto se realiza el diseño
automático de partes utilizando el
método de modelación de sólidos.
Este dibujo tridimensional se transfiere
a un software de Elementos Finitos
(como ALGOR, NASTRAN u otros) y
crea una malla automática para analizar
esfuerzos y deformaciones reales
incluyendo también efectos de
concentración de esfuerzos. La
optimización de los sistemas, tanto
como de partes de la estructura
mecánica se realiza mediante cambios
de los parámetros mecánicos y
geométricos ya que el método
computacional presentado está basado
en diseño paramétrico.