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Un informe de práctica realizado por un estudiante de ingeniería mecánica en la materia de diseño mecánico 2. El informe describe el proceso de diseño de un resorte, incluyendo el uso de software de cálculo y dibujo 3d para determinar las medidas y la resistencia del resorte. El informe también incluye un análisis de las fuerzas en el resorte y una evaluación del factor de seguridad.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Ingeniería Mecánica
Diseño Mecánico 2
Fecha:
17/11/
Docente: Isidro Reynel Ortiz. Rev. 1
INTRODUCCION
Esta práctica ha demostrado ser de gran utilidad, debido a los conocimientos que porta, pues al llevarse a cabo desde el inicio se tuvo que seguir un orden de pasos que se debieron cumplir muy bien cada uno de ellos para poder llegar al resultado que se esperaba. La práctica consiste en el diseño de un resorte cuya aplicación será incierta, lo que sí se sabe es que tendrá algunos parámetros establecidos desde el inicio propuestos por el docente que imparte la materia, y algunos de los datos iniciales serán propuestos por el alumno o quien realice dicha práctica; entre los datos propuestos por el docente son la fuerzas que se aplicaran al resorte y la deflexión de este. Los demás datos como ya se mencionó tendrán que ser supuestos para los futuros cálculos del diseño, que con seguridad habrá cambios e iteraciones para llegar a tomar la mejor decisión para este.
Se partirá de parámetros iniciales, procediendo a realizar los cálculos para este, cabe mencionar que los cálculos se harán gracias a un software de cálculo como los es el Mathcad Premium®, hecho un diseño previo con cálculos y con los datos teóricos arrojados se puede proceder a realizar el diseño como tal en un software de dibujo como lo es el Solidworks® para poder tener el resorte con las medidas teóricas y ya hecho por decirlo así en 3D.
Por último, es realizar el estudio de fuerzas en el resorte comprobar que con los resultados del análisis teórico aplicados en el dibujo en 3D realmente son ciertos, y puede resistir esfuerzos como que hacen seguro al diseño.
Se procede a realizar los cálculos pertinentes con los datos que se tienen, y pues se calcula el diámetro medio, el factor de cortante directo y calculamos el esfuerzo ultimo y de fluencia.
En esta parte de los cálculos se determinó el factor de seguridad contra fluencia, que resiste contra el cortante directo. Es importante este cálculo pues el mismo factor de seguridad hasta el momento nos indica que el resorte con las dimensiones propuestas en un inicio son las indicadas pues este resiste al estar por encima de 1. Una vez visto que las dimensiones van bien podemos continuar con los siguientes cálculos que van en orden.
Procedemos ahora con las cuestiones de las espiras en el resorte, sacamos una constante ideal del resorte la aproximamos al ¼ más cercano y calculamos el número de espiras activas para así mismo volver a calcular una constante de resorte pero ahora más real y no tanto idealizada. Con esos dos cálculos ya hechos determinamos un dato muy importante para el diseño que es el número total de espiras dándonos un resultado pequeño, pero esto se debe a las dimensiones y a las fuerzas que se aplicaran.
Se hace el cálculo de la carga que se aplicara en el resorte con las dimensiones totales, y después se hace el cálculo del factor de seguridad para esa carga; y en efecto nos damos cuenta de que por el resultado del factor de seguridad, las dimensiones dadas para este resorte son las adecuadas pues no falla en ningún momento. De manera teórica, el diseño está bien cumple con un factor de seguridad aceptable, pero como ya se mencionó esto es solo la parte teórica aún se debe comprobar en el análisis de las cargas para ver si esto realmente es cierto.
Como última parte del diseño, determinamos los diámetros del resorte, que también el diámetro exterior es un dato muy importante pues este nos servirá bastante para el diseño.
Es así que terminamos con el diseño del resorte de manera teórica, pero ahora solo falta comprobar si los factores de seguridad tenían razón, por medio del análisis del Solidworks® para ello usaremos los datos de arriba los cuales son los datos más importantes para llevar a cabo el trazado en 3D del resorte.
DISEÑO EN SOLIDWORKS®.
Para el diseño en solidworks, se tuvieron que tomar los datos del diseño en Mathcad para hacer el dibujo en 3D. Se realizaron algunos croquis y algunas herramientas de operación.
Todo para llegar con un resorte de este tipo y con 5 espiras, con sus medidas respetadas y como se mencionaron antes, cabe mencionar que este ejercicio se asignó todas las unidades en el sistema ingles por ende la longitud del resorte es pequeña al ser muy pocas pulgadas. Las placas que se montaron en los extremos de los resortes son para que ahí se puedan tomar como puntos de referencia con respecto de las fuerzas que se van a aplicar.
Una vez aplicado el material, se aplicaron las sujeciones, lo que se ve en la imagen es que en la placa inferior del resorte se dejó esa superficie como una sujeción fija, para poder hacer un análisis sin problemas debemos dejar una superficie fija.
Después la damos utilidad a las dos placas que se habían montado en los extremos del resorte, pues agregamos unas sujeciones de referencia en ambas placas, para ver cómo es que se dan los desplazamientos entre uno y otro.
Al ejecutar el estudio, se obtuvieron estos resultados que al observar el color del resorte podemos ver que en las espiras del medio son las más esforzadas que la punta inferior es la menos esforzada porque es la base de apoyo, y que en la placa superior donde se hace el contacto con la última espira se genera un esfuerzo en la punta.
Como podemos ver en la punta, se genera un esfuerzo en la zona donde se hace el contacto vemos un esfuerzo en color rojo y amarillo; el cual es muy mínimo.
Comprobando el factor de seguridad teórico con el del análisis, podemos observar gracias a la escala que el resorte a compresión no falla pues se encuentra dentro de los límites del factor de seguridad. Todas la espiras que se encuentran en color verde, están según la escala en un factor superior a 1 a excepción de algunas zonas en azul esas están en un factor de seguridad de 3 o sea uno mucho mayor.
RESULTADOS
Como resultado del análisis y del diseño teórico podemos decir que ambos coincidieron, tanto en el análisis de Solidworks el resorte no falla, su carga está perfectamente distribuida y todas las secciones entran en un factor de seguridad mayor que 1.
