2011-20122º CURSO1ER SEMESTRE - unizar.es...diagrama de solido libre de una varilla para calcular...
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ANA HERNÁNDEZ TURÓN MÓNICA HERNÁNDEZ VICÉN SONIA HUERTA CRUZ PAULA IRIBARREN TONI 2011-2012......2º CURSO......1ER SEMESTRE MECÁNICA
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ANA HERNÁNDEZ TURÓNMÓNICA HERNÁNDEZ VICÉN
SONIA HUERTA CRUZPAULA IRIBARREN TONI
2011-2012......2º CURSO......1ER SEMESTRE
MECÁNICA
INFORME TÉCNICO MECÁNICO
Trabajo de módulo. Grupo 21
Extractor de tierra
Hernández Turón, Ana
Hernández Vicén, Mónica
Huerta Cruz, Sonia
Iribarren Toni, Paula
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ÍNDICE
1. Introducción
2. Descripción del diseño.
2.2 Secuencia de uso
2.3 Descripción de piezas y mecanismos
3. Análisis y resultados
4. Conclusiones
5. Anexo
1. INTRODUCCIÓN
El siguiente informe tiene la finalidad de comprobar y verificar que los aspectos
mecánicos del diseño realizado son correctos.
El objeto diseñado consiste en un extractor de tierra, destinado para su uso en el
sector de la jardinería. Su función se basa
adecuado para poder trasplantar plantas de un lugar a otro. Siendo este un objeto de
accionamiento manual que requiere poco esfuerzo por parte del usuario. La mayor
ventaja reside en la rapidez, ya que permite re
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Ilustración 1.Objeto
1. INTRODUCCIÓN
El siguiente informe tiene la finalidad de comprobar y verificar que los aspectos
mecánicos del diseño realizado son correctos.
El objeto diseñado consiste en un extractor de tierra, destinado para su uso en el
sector de la jardinería. Su función se basa en la realización de agujeros de un tamaño
adecuado para poder trasplantar plantas de un lugar a otro. Siendo este un objeto de
accionamiento manual que requiere poco esfuerzo por parte del usuario. La mayor
ventaja reside en la rapidez, ya que permite realizar más en menos tiempo.
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El siguiente informe tiene la finalidad de comprobar y verificar que los aspectos
El objeto diseñado consiste en un extractor de tierra, destinado para su uso en el
en la realización de agujeros de un tamaño
adecuado para poder trasplantar plantas de un lugar a otro. Siendo este un objeto de
accionamiento manual que requiere poco esfuerzo por parte del usuario. La mayor
alizar más en menos tiempo.
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Previo uso se debe comprobar que el terreno sea favorable y esté trabajado. Es
decir, que la superficie este algo húmeda e aireada. A poder ser también abonada.
Nunca se utilizara este objeto en terrenos secos, duros o pedregosos. Es un requisito.
En los siguientes apartados del presente informe se dará solución a los diferentes
problemas que han surgido durante el desarrollo del diseño, mediante cálculos y con
ayuda de programas informáticos tales como Inventor y Mefi. Para ello se analizaran
las situaciones extremas y los puntos de mayor riesgo los que puede verse forzado el
diseño. Con ello se asegura la eficacia y resistencia del producto.
Los objetivos propuestos en su desarrollo son:
o Minimización de los movimientos necesarios para el accionamiento y uso del
producto.
o Secuencia de uso intuitiva.
o Utilización comoda, destacando su rapidez.
o Posición de empleo ergonómica, evitando al usuario el tener que agacharse.
o Fácil montaje, reparación, y mantenimiento.
o No requiere gran esfuerzo.
o No consume
o Eficacia en su cometido.
2. DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO
El producto consta de un cuerpo
van integrados el resto de los componentes. En el extremo inferior
saliente alrededor de todo el perímetro
A partir de ese saliente se divide en 16 pinchos que se estrechan consi
final, para minimizar el esfuerzo
localizan las asas junto con
2.1. MECANISMO FUNCIONAMIENTO
El mecanismo principal
un botón principal. Este embolo posee
al menos un punto de la superficie de 16 varillas
dispuestas en forma de circunferencia y sujetas de manera que solo se
desplazar en un giro hacia afuera de 7,5º en el plano vertical. En su sujección
interviene una arandela y una pieza no normalizada.
Este giro es lo que se ve provocado por el desplazamiento del embolo puesto que el
diámetro de este es mayor que el
forzadas a abrirse. Y con el giro
recogida.
Ilustración 2.Mecanismo interno
2. DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO
El producto consta de un cuerpo global con forma cilíndrica (la carcasa
van integrados el resto de los componentes. En el extremo inferior
de todo el perímetro que hace de apoyo para
A partir de ese saliente se divide en 16 pinchos que se estrechan consi
esfuerzo de romper la capa de tierra. En el
junto con los botones de accionamiento.
2.1. MECANISMO FUNCIONAMIENTO
mecanismo principal consta de un embolo que se presiona
un botón principal. Este embolo posee 16 guías uniformes que están en contacto con
al menos un punto de la superficie de 16 varillas internas. Estas varillas están
dispuestas en forma de circunferencia y sujetas de manera que solo se
en un giro hacia afuera de 7,5º en el plano vertical. En su sujección
interviene una arandela y una pieza no normalizada.
Este giro es lo que se ve provocado por el desplazamiento del embolo puesto que el
diámetro de este es mayor que el formado por el conjunto de las varillas. Estas se ven
forzadas a abrirse. Y con el giro descrito las varillas compactan la tierra,
.Mecanismo interno
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la carcasa) , en la cual
van integrados el resto de los componentes. En el extremo inferior se encuentra un
el pie durante su uso.
A partir de ese saliente se divide en 16 pinchos que se estrechan considerablemente al
de romper la capa de tierra. En el extremo superior se
hacia abajo mediante
guías uniformes que están en contacto con
. Estas varillas están
dispuestas en forma de circunferencia y sujetas de manera que solo se puedan
en un giro hacia afuera de 7,5º en el plano vertical. En su sujección
Este giro es lo que se ve provocado por el desplazamiento del embolo puesto que el
formado por el conjunto de las varillas. Estas se ven
las varillas compactan la tierra, asegurando su
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2.2. SECUENCIA DE USO
1. Colocar el objeto en posición vertical y pisar el saliente de la cubierta de seguridad.
2. Tirar de las asas manteniendo la posición 1.Las pestañas de la tapa se desplazan y
se extrae el objeto.
3. Introducir los pinchos en la tierra hasta llegar al saliente. Empujando con las manos
en las asas. Se puede emplear el pie en el apoyo para ejercer mayor fuerza.
4. Presionar el botón principal hasta que el botón pequeño asome por la abertura.
Eso indica que la tierra ya esta compactada y las varillas internas fijadas, colocadas en posición
de recogida.
5. Extraer el objeto de la tierra con ambas manos, con lo que se obtiene el agujero.
6. Fuera, con una sola mano se desliza hacia arriba la pieza circular del eje con lo que
se libera el botón pequeño. Entonces actúa un muelle que hasta entonces comprimía el
embolo en la pieza de sujección Ilustración 5.Pieza sujección. El muelle devuelve a su posición
a todas las piezas incluidas en el eje (embolo y botones).Así se suelta la tierra extraída donde
el usuario desee.
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2.3. DESCRIPCIÓN DE PIEZAS
o EMBOLO ,EJE Y BOTONES
Todos los objetos de la imagen Ilustración 3.Eje y sus piezas están colocados en el eje. El embolo y el botón superior va a rosca en el tubo. El botón negro es telescópico y la pieza circular es concéntrica pero se encuentra libre.
Materiales y forma
� Embolo: Pieza con forma de ovoide fabricada en acero inoxidable ,con 16 guías transversales uniformes y aplique roscado.
� Bastidor: Tubo hueco con rosca en los extremos y un agujero para que se fije el botón pequeño. Fabricado en polipropileno.
� Botón principal (rojo):Forma de pomo con base roscada. Fabricado en polipropileno.
� Botón (negro):es la cara de un cilindro con un pequeño relieve en la cara vista. Fabricado en polipropileno.
� Pieza circular: Semejante a la pieza del cambio de marchas de un vehículo. Fabricado en polipropileno.
Función
El conjunto se presiona hacia abajo hasta quedar sujeto por el botón negro. Al adoptar esta nueva posición el embolo choca con los pinchos interiores como se muestra en la Ilustración 2.Mecanismo interno.
Se busca conseguir el movimiento de los pinchos
Ilustración 3.Eje y sus piezas
o VARILLAS INTERIORES
Son 16 piezas iguales atravesadas por una arandela y sujetas a la pieza de la
Ilustración 5.Pieza sujección de forma que todas quedan a la misma distancia y el
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único movimiento que pueden realizar es un giro de 7,5º en el plano vertical y
en una sola dirección. Giro inducido por el contacto con el embolo.
Materiales y forma
� La forma de su perfil busca que abriendo la parte superior, la inferior se
cierre .Es una figura curvada cuyo espesor no es constante en los 3
tramos. La parte a introducir en la tierra se va estrechando para facilitar
su hinca. La perforación por donde ira la arandela será recta y tangente
a esta (de otro modo no giraría).
� Pieza fabricada en acero.
Función
Compactar la tierra y sujetarla
Ilustración 4.Varilla interna
o PIEZA SUJECCIÓN
Una sola pieza atornillada a la carcasa con un embolo en el centro para que pivote el embolo. Y en su rebaje central va colocada la arandela de la Ilustración 5.Pieza sujección
con los pinchos. Materiales y forma
� Forma semejante a la pieza de unión de un paraguas. Con huecos alargados en sus dos caras para que puedan pasar las varillas.
� Fabricada en acero inoxidable. Función Sujetar las piezas internas para que mantengan sus posiciones.
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Ilustración 5.Pieza sujección
o ARANDELA
Materiales y forma
� Toroide de acero galvanizado. Función Sujetar las varillas internas.
Ilustración 5.Pieza sujección
o CARCASA Y PINCHOS EXTERIORES
Cuerpo unido a rosca que contiene al resto de los componentes
Materiales y forma
� Carcasa: Cilindro con dos aperturas y un tubo central que conecta dos conos. Fabricado en ABS.
� Pinchos: Misma forma que los interiores solo que unidos por un saliente en la parte de arriba y más alargados. Fabricados en ABS (recomendable el acero si se prefiere)
Función Contener, proteger y permitir el uso del mecanismo.
Ilustración 6.Carcasa
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3. ANALISIS Y CONCLUSIONES
3.1. CARCASA
El primer caso analizado calcula la resistencia de la carcasa, en la situación más
extrema; cuando el usuario ejerce sobre el objeto la máxima fuerza que es el total de
su peso. Este peso estaría distribuido entre las dos asas superiores, ya que son los
únicos puntos de apoyo .Se ha tomado de referencia el peso de una persona media
(unos 80Kg).
Para la comprobación de esta hipótesis se ha realizado una simulación de análisis de
tensiones mediante el programa Autodesk Inventor Profesional.
Ilustración 7.c1
La carcasa trabaja a compresión axil por tanto la fórmula empleada es:
�
��������
�
Tensión Von Mises
Ilustración 8.Tensión Von Mises
Pasos
o Se le asigna el material plástico ABS.
Límite elástico 40,33MPa
Modulo de Young 2,89 Gpa
o Se fija la base mediante una restricción.
o Se colocan dos fuerzas puntuales en el punto
medio de cada asa. Cada una de 400N.
o Se le asigna una malla con un tamaño medio de
elemento de 0,025.
o Se parte de un espesor de 1cm
o Se ejecuta la simulación
En la Ilustración 8.Tensión
según la escala del lateral. Se puede comprobar que la máxima tensión se encuentra en
los dos puntos de apoyo siendo esta 149,9MPa.El resto de la
tensiones.
Ilustración 9.Deformación real
En la primera imagen se
material, es tan pequeña que no se llega a apreciar.Se ha añadido una segunda
imagen mejorando la escala de la deformación del modelo (Ajusta
ver mejor.
Según la operación señalada se
más critico 2,7. Puesto que la tensión máxima son 14,9 MPa y la tensión admisible
del material 40,3MPa.
El coeficiente de seguridad es muy
embargo debido a motivos unicamente esteticos se mantiene ,ya que aporta
confianza y seguridad a la hora de su adquisición.
Es evidente que no existe factor de riesgo
Tensión Von Mises se aprecia el rango de tensiones en el objeto
según la escala del lateral. Se puede comprobar que la máxima tensión se encuentra en
los dos puntos de apoyo siendo esta 149,9MPa.El resto de la carcasa no soporta casi
.Deformación real Ilustración 10.1 deformación
se muestra la deformación real que se produciria con este
material, es tan pequeña que no se llega a apreciar.Se ha añadido una segunda
imagen mejorando la escala de la deformación del modelo (Ajusta
Según la operación señalada se obtiene como coeficiente de seguridad en el punto
más critico 2,7. Puesto que la tensión máxima son 14,9 MPa y la tensión admisible
coeficiente de seguridad es muy alto,por lo tanto no importa reducir el espesor,sin
embargo debido a motivos unicamente esteticos se mantiene ,ya que aporta
confianza y seguridad a la hora de su adquisición.
Es evidente que no existe factor de riesgo (este diseño es valido).
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se aprecia el rango de tensiones en el objeto
según la escala del lateral. Se puede comprobar que la máxima tensión se encuentra en
carcasa no soporta casi
.1 deformación exagerada.
muestra la deformación real que se produciria con este
material, es tan pequeña que no se llega a apreciar.Se ha añadido una segunda
imagen mejorando la escala de la deformación del modelo (Ajustar x1) para que se
obtiene como coeficiente de seguridad en el punto
más critico 2,7. Puesto que la tensión máxima son 14,9 MPa y la tensión admisible
reducir el espesor,sin
embargo debido a motivos unicamente esteticos se mantiene ,ya que aporta
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3.2. EMBOLO
Se supone un caso estático donde al aplicar un peso maximo de 80 kg hacia abajo no
se llegaría a poder desplazar el embolo,debido a una gran resistencia ejercida por los
pinchos que se ven incapaces de comprimir la tierra (una tierra muy dura).Este es el
caso en el que la pieza podría llegar a fallar.
Ilustración 11.Fuerzas embolo
En Ilustración 11.Fuerzas embolo anterior se pueden ver distintas fuerzas ejercidas
sobre el émbolo. La superior corresponde a la ejercida por una persona que se
vuelca totalmente para presionar el embolo. Las fuerzas inferiores son las que
ejercen los pinchos interiores sobre el émbolo, en la imagen sólo se representan dos
de ellas para simplificar el esquema, sin embargo hay 16 dispuestas uniformemente
alrededor. Estas fuerzas forman un ángulo con la horizontal de α= 22º, y se
denominan con la letra N.
Se obtiene la N = 130,8 Newton necesaria para comprobar la resistencia de los
pinchos interiores.
3.3. VARILLAS INTERNAS
Una vez calculado el valor de la fuerza ejercida por un pincho sobre le embolo
en el ejercicio anterior, se procede a comprobar que el espesor asignado
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resiste en este caso extremo. Se emplea el programa MEFI para realizar el
diagrama de solido libre de una varilla para calcular los diagramas de
esfuerzos.
Se dibuja el perfil de un pincho. Se le asigna como material acero.
Se le aplica la fuerza N que ejerce el embolo con la inclinación que presenta al estar
en una situación estática, donde no se puede mover.
Se colocan entonces dos apoyos fijos en dos puntos. El primero es el punto por donde
lo atraviesa la arandela y el segundo en el extremo inferior ; en donde la tierra ejerce una
resistencia desconocida por tanto se supone que esta fijo.(Son los puntos 1 y 5 de la
Ilustración 12.caso estático.
En el momento de considerar las áreas de cada tramo se ha aplicado el área media
de cada uno (pero en realidad no es uniforme).Esto se debe a las limitaciones del
Ilustración 12.caso estático
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programa que únicamente permite trabajar con medidas exactas. Sin embargo los
resultados serían similares.
A continuación se muestran los DSL del objeto:
Se puede comprobar en ellos que los puntos críticos son los números5 y 3; siendo el
pero el 5 por donde pasa la arandela.
En la Ilustración 14.Deformación real y exagerada se muestra la deformación que se
produce en la varilla siendo esta de acero y bajo estos esfuerzos.
o
Ilustración 13.Tensiones
Ilustración 14.Deformación real y exagerada
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3.4. ARANDELA
Tras obtenerse la N en el programa MEFI las fuerzas ejercidas por los pinchos
interiores en la arandela, se procede a comprobar si esta pieza en su actual diseño falla.
Fuerza ejercida:
Fx=155,4 N
FY =39,98=40 N
Pasos
o Se le asigna el material, acero galvanizado. Cuyo
Límite elástico 207MPa
Modulo de Young 200 Gpa
Resistencia máxima a tracción: 345Mpa.
o Se integra la arandela junto con la pieza de sujección puesto que esta restringe el
movimiento de la arandela y e influirá en el cálculo de las tensiones. Por ello se ha de
activar la casilla de detectar y eliminar modo de cuerpo rígido. Además del tipo por
defecto fijado.
o Tal y como esta en el ensamblaje se fijan los 4 puntos por donde la pieza sujección
esta atornillada a la carcasa.
o Para colocarse las fuerzas se divide la arandela en 16 tramos. Colocando las fuerzas
con sus componentes correctas.
Ilustración 15.Posición
Ilustración
o Se le asigna una malla con un tamaño medio de elemento de 0,025.
o Se ejecuta la simulación
Tras la simulación se han obtenido los siguientes resultados en la tensión de Von
Mises.
Ilustración 18.Tensión y deformación
Ilustración 16.Fuerzas
Se le asigna una malla con un tamaño medio de elemento de 0,025.
Ilustración 17.Malla
Se ejecuta la simulación
Tras la simulación se han obtenido los siguientes resultados en la tensión de Von
.Tensión y deformación (sin exagerar y exagerada).
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Se le asigna una malla con un tamaño medio de elemento de 0,025.
Tras la simulación se han obtenido los siguientes resultados en la tensión de Von
Se comprueba que en los puntos de apoyo de las Fy las tensiones superan levemente el
límite elástico .Pero al tratarse de una zona tan pequeña en comparación con el resto de la
pieza, no resulta tan importante. Se aprecia que la mayoría de la pieza
143-200 Mpa por tanto dentro del límite elástico del acero.
Ilustración 19.Coeficiente seguridad
Sin embargo por cuestiones de seguridad se recomienda aumentar el grosor de la arandela o
atribuirle otro material más resistente.
4. CONCLUSIONES
o Mantener el espesor
o Las varillas internas mant
o Es recomendable aumentar
de elasticidad mayor.
Se comprueba que en los puntos de apoyo de las Fy las tensiones superan levemente el
límite elástico .Pero al tratarse de una zona tan pequeña en comparación con el resto de la
pieza, no resulta tan importante. Se aprecia que la mayoría de la pieza
200 Mpa por tanto dentro del límite elástico del acero.
.Coeficiente seguridad
Sin embargo por cuestiones de seguridad se recomienda aumentar el grosor de la arandela o
material más resistente.
CONCLUSIONES
espesor de la carcasa, aunque si se desea se puede reducir bastante.
arillas internas mantenerlas como están ya que no fallan.
Es recomendable aumentar el espesor de la arandela o asignarle otr
de elasticidad mayor.
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Se comprueba que en los puntos de apoyo de las Fy las tensiones superan levemente el
límite elástico .Pero al tratarse de una zona tan pequeña en comparación con el resto de la
se encuentra entre
Sin embargo por cuestiones de seguridad se recomienda aumentar el grosor de la arandela o
carcasa, aunque si se desea se puede reducir bastante.
o asignarle otro material con un límite
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6. ANEXO
6.1 CARCASA INICIAL: menor altura central. No produce ningún fallo.
Resistiría tan bien como la segunda. El cambio formal se debe a un factor de
diseño.
Ilustración 20.Carcasa 1
6.2 PINCHOS 90º: Las primeras varillas planteadas para este diseño tenían un
ángulo recto. Esto se cambio para repartir las tensiones que se acumulaban
en el punto 3 de Ilustración 21.ang. recto.
Ilustración 21.ang. recto
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