Análisis y modelado del mecanismo de apertura y cierre de una puerta de garaje basculante

Abstract

[ES] El objeto del presente proyecto es el diseño del mecanismo de apertura y cierre de una puerta de garaje basculante. Se trata de un mecanismo de 5 barras móviles y 15 coordenadas generalizadas (1 independiente, el único un grado de libertad del mecanismo y 14 secundarias). Se ha modelizado con coordenadas cartesianas o de punto de referencia (se eligen como coordenadas la posición de un punto cualquiera de la barra, por ejemplo, su centro de masas y la orientación de la misma) dadas las ventajas que supone con respecto a que su aplicación es muy sistemática sobre todo tipo de mecanismos y que las variables que maneja son directamente aplicables al análisis dinámico. El análisis cinemático del mecanismo se abordará mediante el programa Mathematica, resolviendo el problema de posición, velocidad y aceleración a partir de la definición de 14 ecuaciones de restricción y sus derivadas temporales. Dichas ecuaciones de restricción relacionan las características geométricas del mecanismo y su modo de accionamiento y se plantean de acuerdo con las características de los pares cinemáticos, que para este caso son los 7 pares de revolución existentes. Esto permitirá obtener de manera rápida y sencilla los valores para distintas configuraciones de las posiciones, velocidades y aceleraciones de los eslabones o coordenadas generalizadas del mecanismo para, en un futuro, poder diseñar un sistema de control eficiente del mismo. También se procederá a realizar un diseño de un modelo 3D del mecanismo a través de la herramienta SolidWorks. Este diseño se utilizará para validar los resultados cinemáticos obtenidos con Mathematica y para llevar a cabo un análisis de tensiones y deformaciones mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF), con vistas a determinar el coeficiente de seguridad del eslabón crítico y, con ello, plantear posibles mejoras para obtener un diseño optimizado.

[EN] The object of this project is the design of the opening and closing mechanism of a tilting garage door. It is a mechanism with 5 mobile bars and 15 generalized coordinates (1 independent, the only one degree of freedom of the mechanism and 14 secondary ones). It has been modeled with Cartesian or reference point coordinates (the position of any point on the bar is chosen as coordinates, for example, its center of mass and its orientation) given the advantages it entails with respect to its application is very systematic on all kinds of mechanisms and that the variables it handles are directly applicable to dynamic analysis. The kinematic analysis of the mechanism will be addressed using the Mathematica program, solving the problem of position, velocity and acceleration from the definition of 14 constraint equations and their time derivatives. Said constraint equations relate the geometric characteristics of the mechanism and its actuation mode and are raised according to the characteristics of the kinematic couples, which in this case are the 7 existing revolution couples. This will make it possible to quickly and easily obtain the values for different configurations of the positions, speeds and accelerations of the links or generalized coordinates of the mechanism in order to design an efficient control system for it in the future. A 3D model of the mechanism will also be designed using the SolidWorks tool. This design will be used to validate the kinematic results obtained with Mathematica and to carry out a stress and deformation analysis using the Finite Element Method (FEM), with a view to determining the safety coefficient of the critical link and, with it, propose possible improvements to obtain an optimized design.