Modelado Virtual en un programa de CAD y Simulación Cinemática y Dinámica en un programa de CAE de los modelos LEGO® Technic: LTm-42122-1 y vLTm-42080-1

Abstract

[ES] Con este tipo de trabajo se pretende contribuir a la adquisición de competencias por parte del alumno en el uso de algunas de las herramientas de diseño computacional en ingeniera mecánica que se utilizan en el ámbito profesional. Para ello se ha considerado adecuado utilizar como material de referencia un sistema de construcción modular muy popular y al mismo tiempo de un nivel de sofisticación técnica notablemente elevado, el denominado comercialmente ¿Lego® Technic¿. Se pretende crear en un programa de CAD, partiendo de los componentes virtuales necesarios ya virtualizados, un modelo virtual operativo de los modelos Lego® Technic seleccionados; y realizar una simulación cinemática y dinámica de los mismos en un programa de CAE, elaborando un modelo cinemático ¿auto-alineado¿, es decir sin restricciones en exceso. (1) Se parte de la base que están disponibles los modelos virtuales (aptos para su uso en cualquier programa de CAD) de los componentes de plástico con los que nos encontraríamos al abrir un ¿kit¿ Lego® Technic comercial. El proceso de diseño comenzó hace diez años y sigue realizándose a medida que nuevos componentes aparecen en el mercado. (2) En la primera fase el proyecto se trata de diseñar mecánicamente las piezas y construir virtualmente utilizando un programa de CAD los modelos seleccionados para este trabajo, de tal forma que resulten virtualmente operativos. Se considera que una pieza es un conjunto de componentes que no poseen movimiento entre ellos en el modelo final, o si lo poseen es irrelevante desde un punto de vista operativo. Para la identificación de las piezas se dispondrá o bien del modelo real, o bien de información electrónica sobre el mismo. En la página web creada al efecto, virtualtechmodels.com, se puede localizar información sobre modelos que ya han sido virtualizados. La labor de identificación de piezas forma parte del trabajo de diseño que ha de desarrollarse. (3) Como resultado de la aplicación sistemática del procedimiento mencionado a trabajos docentes en las asignaturas impartidas por el tutor de este proyecto, en la actualidad se dispone de un número muy elevado de modelos virtualmente operativos. Todos ellos se han sometido a un proceso de ¿compactación¿, de tal forma que cada pieza sea una única entidad virtual, y no un conjunto de entidades, sus componentes virtuales. (4) En la segunda fase del proyecto se trata de crear un modelo cinemático ¿auto-alineado¿ con un programa de CAE de los modelos seleccionados, y de llevar a cabo, una simulación virtual en movimiento de cada uno de ellos. Se considera que un modelo cinemático esta ¿auto-alineado¿ cuando se han seleccionado los pares cinemáticos (cojinetes) que abría que utilizar para conseguir la ausencia de restricciones en exceso. Se dispondrá de las piezas ¿compactadas¿ de los modelos indicados, y de información electrónica sobre su montaje. El proceso de ¿auto-alineado¿ del modelo cinemático con el programa CAE seleccionado resulta imprescindible si se tuvieran que realizar posteriores labores de cálculo resistente por elementos finitos de las piezas del modelo (TFM). La Universidad Politécnica de Valencia dispone de licencia de uso para fines educativos de todos los programas de ordenador que se utilizaran en la realización de este proyecto. Los modelos reales ¿Lego® Technic¿ utilizados forman parte de la colección del tutor. Como ayuda para la realización de cada fase se dispone de grabaciones en video donde se muestra el proceso aplicado a diversos modelos ejemplo. Este proyecto tienes una orientación profesional, y forma parte del proyecto de innovación docente denominado ¿Virtual Lego® Technic Models (vLTm)¿. De los resultados obtenidos en ambas fases de proyecto se realizaran grabaciones ¿screencast¿ y documentos ¿eDrawings¿, para su publicación en el repositorio institucional RiuNet, en el porta YouTube, en el sitio web virtualtechmodels.com, y en la plataforma de ingeniería GrabCAD.

[EN] This type of work is intended to contribute to the acquisition of skills by the student in the use of some of the computational design tools in mechanical engineering that are used in the professional field. For this, it has been considered appropriate to use as a reference material a very popular modular construction system and at the same time a remarkably high level of technical sophistication, commercially known as ¿Lego® Technic¿. It is intended to create in a CAD program, starting from the necessary virtual components already virtualized, an operational virtual model of the selected Lego® Technic models; and perform a kinematic and dynamic simulation of them in a CAE program, developing a "self-aligned" kinematic model, that is, without excessive restrictions. (1) It is assumed that virtual models are available (suitable for use in any CAD program) of the plastic components that we would find when opening a commercial Lego® Technic ¿kit¿. The design process began ten years ago and continues as new components appear on the market. (2) In the first phase, the project involves mechanically designing the parts and virtually building the models selected for this work using a CAD program, so that they are virtually operational. A part is considered to be a set of components that do not have movement between them in the final model, or if they do, it is irrelevant from an operational point of view. For the identification of the parts, either the real model or electronic information about it will be available. Information on models that have already been virtualized can be found on the website created for this purpose, virtualtechmodels.com. The work of identifying parts is part of the design work that has to be carried out. (3) As a result of the systematic application of the aforementioned procedure to teaching work in the subjects taught by the tutor of this project, there is currently a very large number of virtually operational models available. All of them have undergone a "compacting" process, so that each piece is a single virtual entity, and not a set of entities, its virtual components. (4) In the second phase of the project, it is about creating a "self-aligned" kinematic model with a CAE program of the selected models, and carrying out a virtual simulation in motion of each one of them. A kinematic model is considered to be ¿self-aligned¿ when the kinematic pairs (bearings) that should be used to achieve the absence of excess constraints have been selected. The ¿compacted¿ parts of the indicated models will be available, as well as electronic information on their assembly. The ¿self-aligning¿ process of the kinematic model with the selected CAE program is essential if subsequent finite element strength calculations of the model parts (TFM) have to be carried out. The Polytechnic University of Valencia has a use license for educational purposes of all the computer programs that will be used in the realization of this project. The real "Lego® Technic" models used are part of the tutor's collection. As an aid to carry out each phase, video recordings are available showing the process applied to various example models. This project has a professional orientation, and is part of the teaching innovation project called "Virtual Lego® Technic Models (vLTm)". Screencast recordings and eDrawings documents will be made of the results obtained in both phases of the project, for publication in the RiuNet institutional repository, on the YouTube portal, on the virtualtechmodels.com website, and on the GrabCAD engineering platform. .