Anteproyecto Diseño II

GUÍA PARA PRESENTACIÓN DE ANTEPROYECTO DE INVESTIGACIÓN

(SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN)

Código: IN-IN-001Versión:01

Proceso: Investigación

Fecha de emisión: 22-Nov-2009

Fecha de versión: 22-Nov-2009

ANALISIS Y DISEÑO DE VEHÍCULO DETRACCION HUMANA

CRISTIAN CAMILO CALDERÓN RIAÑOJORGE ELIECER LADINO POVEDAJOHN JAIRO HERNANDEZ TOVAR

CARLOS ANDRES PERDOMO PAEZ

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES FACULTAD INGENIERÍAINGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ, D.C. 2015

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ANALISIS Y DISEÑO DE VEHÍCULO DETRACCION HUMANA

CRISTIAN CAMILO CALDERÓN RIAÑOJORGE ELIECER LADINO POVEDAJOHN JAIRO HERNANDEZ TOVAR

CARLOS ANDRES PERDOMO PAEZ

Anteproyecto de Investigación

RICARDO GABRIEL LÓPEZ MARTINEZIngeniero Mecánico

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES FACULTAD INGENIERÍAINGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ, D.C. 2015

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TABLA DE CONTENIDO

1. TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN..............................................................................4

2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN............................................................................4

2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA..............................................................................4

2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA..............................................................................4

3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.......................................................................4

3.1. OBJETIVO GENERAL...................................................................................................4

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.........................................................................................5

4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN................................................................6

4.1. JUSTIFICACIÓN.............................................................................................................6

5. MARCO DE REFERENCIA DE LA INVESTIGACIÓN...............................................6

5.1. MARCO TEÓRICO........................................................................................................6

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1. ANALISIS Y DISEÑO DE VEHÍCULO DE TRACCION HUMANA

2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

2.1.DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Como ingenieros mecánicos nos vemos enfrentados a diferentes retos en diseño para ofrecer soluciones en nuestros diferentes entornos de trabajo, de su correcto análisis y racionalización dependerá el éxito en nuestra empresa, y nos permitirá aprender mucho más sobre nuestra carrera.

Los Strandbeests de Theo Jansen nos ubican frente a un interesante reto de diseño precisamente, dada su complejidad, los diferentes factores que intervienen en su funcionamiento, su construcción, su manejo y su resistencia, aspectos en los que se cimentará nuestro trabajo de investigación.

2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

La formulación del problema se realiza teniendo en cuenta la siguiente premisa:

¿es un reto de diseño el análisis de los StrandBeests de Theo Jansen, o son una herramienta útil para el trabajo en ingeniería mecánica?

3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

2.1. OBJETIVO GENERAL

Realizar un análisis acucioso de los aspectos de diseño de máquinas basados en los mecanismos desarrollados por Theo Jansen, poniendo en práctica así los conocimientos adquiridos a lo largo de nuestra carrera.

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2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Llevar los análisis, cálculos y pruebas realizadas a la realidad mediante el diseño de un prototipo totalmente funcional, en donde puedan demostrarse conceptos físicos y mecánicos aplicados, de acuerdo con lo contemplado en los estudios de Theo Jansen.

2. La debida comprensión e interiorización de los conceptos adquiridos en resistencia de materiales, diseño, dinámica, los cuales serán puestos en práctica en el mecanismo desarrollado.

3. La sinergia de conocimientos mediante el trabajo multidisciplinar y la cooperación del equipo de trabajo conformado.

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4. JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

2.3.JUSTIFICACIÓN

Se escogió el diseño presentado en los StrandBeests de Theo Jansen, dado su grado de complejidad, la cantidad de conceptos aplicados de ingeniería mecánica y el desafío de diseño implícito en estos modelos.

5. MARCO DE REFERENCIA DE LA INVESTIGACIÓN

2.4.MARCO TEÓRICO

Para iniciar el análisis del proyecto a realizar es importante realizar una síntesis de los conceptos asociados:

Mecanismo: es la combinación de cuerpos resistentes conectados por articulaciones móviles para formar una cadena cinemática cerrada con un eslabón fijo, cuyo propósito es transformar el movimiento.

Mecanismo: es un sistema mecánico formado por distintos elementos rígidos flexibles unidos entre sí imperfectamente, de modo que existe la posibilidad de movimiento relativo entre ellos.

Una máquina difiere de un mecanismo en su propósito: Los efectos predominantes en una máquina se describen mediante la fuerza, el momento de torsión, el trabajo y la potencia; en un mecanismo, el concepto predominante es lograr un movimiento deseado

Cinemática: es el estudio del movimiento independientemente Notación. Estructura, cinemática y cinética Cinemática es el estudio del movimiento independientemente de las fuerzas que lo producen. De manera más específica, la cinemática es el estudio de la posición, el desplazamiento, la rotación, la velocidad y la aceleración.

Elemento O Eslabón: es cada una de las piezas de una máquina o cada componente de un mecanismo. Por lo general se suponen rígidos: Pistón, biela, rodamiento, rótula

Si no tienen rigidez no tiene efecto en la cinemática del sistema (se suele ignorar durante el estudio cinemático y no se suele denominar eslabón)

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La rigidez indica que no puede haber movimiento relativo entre dos puntos arbitrariamente seleccionados de un mismo eslabón.

Dependiendo del número de elementos de enlace se denominan binarios (a), ternarios(b) o cuaternarios (c).

Cuando varios eslabones están conectados móvilmente por medio de articulaciones, se dice que constituyen una cadena cinemática.Si cada eslabón de la cadena se conecta por lo menos con otros dos, ésta forma uno o más circuitos cerrados y en tal caso recibe el nombre de cadena cinemática cerrada.

Para que un mecanismo sea útil, los movimientos entre los eslabones no pueden ser completamente arbitrarios, estos también deben restringirse para producir los movimientos relativos adecuados.

La parte de dos eslabones que hacen contacto se conoce como un par de elementos o par cinemático.

Par cinemático: Enlace entre dos miembros de un mecanismo causado por el contacto directo entre ellos; es cada una de las conexiones o articulaciones entre eslabones.

Los eslabones transmiten el movimiento del impulsor (o eslabón de entrada) al seguidor (o eslabón de salida).

Una vez designado el marco de referencia, la cadena cinemática se convierte en mecanismo y conforme se mueve el impulsor por las distintas fases, todos los eslabones desarrollan movimientos definidos en el marco de referencia elegido.

Cadena cinemática: se utiliza para especificar una disposición particular de eslabones y pares cinemáticos, cuando no se ha especificado que eslabón se utiliza como marco de referencia.

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La cadena cinemática está constituida por un conjunto de eslabones unidos mediante pares cinemáticos que permite movimientos relativos pero ninguno de los eslabones está fijo.

Movilidad de una cadena cinemática es el número de parámetros que hay que fijar para que quede perfectamente determinada la posición de dicha cadena.

La movilidad de un cuadrilátero articulado plano es m=4 ya que se necesitan 3 parámetros para fijar el elemento y otro para definir el cuadrilátero.

El número de grados de libertad de un mecanismo o la movilidad del mecanismo es el número de grados de libertad que hay que fijar para determinar la posición de dicho mecanismo.

Grados de libertad: Se denomina número de grados de libertad de un mecanismo ó movilidad del mismo, al número de parámetros de entrada que se debe controlar independientemente con el fin de llevar al mecanismo a una posición en particular.

Si un mecanismo plano posee n eslabones, cada uno de ellos, antes de conectarse, poseerá tres grados de libertad, excepto el eslabón fijo ó bancada. Luego antes de conectarse, el número de grados de libertad será de:

3 (n-1)

A medida que se van conectando eslabones por medio de pares, se está restringiendo el movimiento relativo entre ellos por lo tanto, una vez conectados todos los eslabones, el número de grados de libertad del mecanismo será:

m = 3 (n-1)j 1-j2Siendo:

m: grados de libertad del mecanismo. n: número de eslabones del mecanismo. j1: n.º de pares con un grado de libertad (restringe otros dos) j2: n.º de pares con dos grados de libertad (restringe uno)

Esta ecuación se conoce como el criterio de Kutzbach para movilidad de mecanismos planos.

Hay casos en los que el criterio de Kutzbach puede conducir a resultados incorrectos. Puesto que el criterio de Kutzbach no hizo referencia a propiedades geométricas, este tipo de casos pueden darse si se cumplen características especiales geométricas.

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En general, el número de articulaciones a considerar es igual al número de eslabones conectados por el perno menos uno. Este resultado puede comprobarse obteniendo los grados de libertad que restringe un perno que conecta a tres o cuatro eslabones que se encuentran libres en el plano.

Si m>0 el mecanismo posee m grados de libertad

Si m=1 el mecanismo se puede impulsar con un solo movimiento de entrada

Si m=2 se necesitan dos movimientos de entrada para producir un movimiento específico del mecanismo

Si m=0, el movimiento es imposible y el mecanismo forma una estructura.

Si m < 0, el movimiento es imposible, hay restricciones redundantes en la cadena y es una estructura estáticamente indeterminada

Criterio de Grübler: es el mismo que el de Kutzbach pero siendo j2 = 0 (sólo pares que permitan un sólo movimiento relativo entre eslabones) y haciendo la movilidad igual a la unidad:

Se aplica únicamente a mecanismos con articulaciones de un solo grado de libertad en los cuales m = 1.

Al substituir j2 = 0 y m = 1 en la ecuación de Kutzbach se encuentra el criterio de Grübler para mecanismos planos con movimiento restringido

3n - 2j1 -4 = 0

El criterio de Grübler permite ver que un mecanismo con m = 1 que usa solo articulaciones de un grado de libertad no puede tener un número impar de eslabones.

m = 3(n - 1) - 2j1 – j2

Cuando el número de grados de libertad es positivo, nos encontramos con un mecanismo en el que los eslabones tienen movimiento relativo entre sí

Si además el número de grado de libertad libertad es 1, se puede conocer el movimiento de cada uno los eslabones si se conoce el movimiento de uno de ellos.

Por ello, este tipo de mecanismo es de gran utilidad, ya que para controlarlo basta con gobernar el movimiento de uno de los eslabones.

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2.5.MARCO HISTORICO

Theo Jansen es un “ingeniero-escultor”. Que realiza “robots-esculturas” que se mueven gracias al poder del viento. Theo consiguió imitar el andar de los animales partiendo del movimiento de una rueda y unas pocas articulaciones simples, así creo una de las máximas síntesis mecánicas que se han logrado para imitar un movimiento tan complejo y natural como el andar de un caballo.

sus “robots-esculturas” o esculturas cinéticas , como el las llama, aprendieron sus primeros pasos en las playas holandesas donde el clima lluvioso y ventoso es algo de todos los dias. El supo aprovechar estas condiciones para realizar sus robots sin sensores o partes electrónicas, sino con Tubos, botellas y cinta adhesiva. Aunque usted no lo crea Theo Jansen solo trabaja con elementos reciclados.

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El mecanismo de Theo Jansen simula el movimiento de la pata de un animal. Los mecanismos son una gran oportunidad para hacer geometría, sus construcciones involucran una gran cantidad de factores que no siempre son tan visibles, como la curva que algún extremo describiría si se modifica una parte de este.

Justamente este tipo de curvas es el que le permitió a Theo Jansen crear sus esculturas que caminan impulsadas por el viento, las que no sólo son un gran desafío de diseño, también son una genialidad artística

Theo Jansen nació el 14 de marzo de 1948 en Scheveningen al sur de Holanda, vive y trabaja actualmente en Holanda, durante los últimos 10 años ha estado diseñando y perfeccionando estas máquinas que evolucionan con un algoritmo evolutivo donde el criterio principal para la evolución de éstos es el rendimiento de los elementos a la tarea encomendada, y utilizando los errores y las mejoras de las evoluciones para mejorar con la siguiente evolución. Este diseño proporciona una forma sencilla de simular el andar de una pata real controlados por un solo elemento que podría ser un motor o el viento. Entre los mecanismo que ha creado Theo Jansen destacan: Geneticus, Rinoceronte, Sabulosa y Ventosa en las que el viento ha sido utilizado como motor.

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6. TIPO DE INVESTIGACIÓN

El tipo de investigación que se llevará a cabo en este proyecto será de tipo experimental, toda vez que se verá la correcta aplicación de los conceptos estudiados en dinámica y resistencia de materiales y que son parte del trabajo desarrollado por Theo Jansen en sus mecanismos.

El proyecto, además de incluir los conceptos físicos mencionados, incluirá el análisis de cada uno de los eslabones de forma teórica, acompañado del uso de software de simulación de mecanismos planos, para así apoyar los elementos diseñados.

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