Modelado virtual, simulación cinemática en Solidworks y creación de modelo gráfico interactivo en Mathematica® de los mecanismos de Artobolevsky a-z-1212 y a-z-1045

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 el compendio de soluciones mecánicas denominado Mecanismos en la Técnica Moderna del Prof. Artobolevsky, que a pesar de ser una fuente inagotable de posibilidades a considerar en el diseño de una maquina mecánica, desde nuestro punto de vista la colección adolece de algunos inconvenientes a los que este tipo de trabajo pretende dar solución. Los dos mecanismos seleccionados pertenecen al grupo de los de trazadores (z), estando ambos formados por pares cinemáticos giratorios y prismáticos o de traslación, sin embargo en uno de ellos se aprecia la existencia de un cuadrilátero articulado. Partiendo de componentes virtuales predefinidos por el tutor, en este trabajo se elabora un modelo virtual operativo en el programa de CAD Solidworks de los mecanismos de Artobolevsky seleccionados; se realiza una simulación cinemática de los mismos en un programa de CAE, obteniendo un modelo cinemático auto-alineado (sin restricciones en exceso); y se obtiene mediante el programa Mathematica un documento CDF interactivo que permite complementar la información original del mecanismo y facilitar la comprensión de su movimiento. Los resultados de este trabajo pasaran a formar parte del repositorio que sobre mecanismos de Artobolevsky ha venido desarrollando el tutor a lo largo de la vida como docente en esta Universidad. (1) El primer inconveniente que posee el compendio del Prof. Artobolevsky lo encontramos en que los mecanismos están representados con un diagrama en una determinada posición, utilizándose una descripción detallada para intentar transmitir la razón fundamental de su existencia: la transformación del movimiento entre el movimiento proporcionado en el impulsor y el obtenido en el seguidor , existiendo en ocasiones errores en esos diagramas. (2) En la primera fase el proyecto, en primer lugar, se trata de diseñar mecánicamente las piezas a partir de componentes prediseñados y construir virtualmente utilizando un programa de CAD los mecanismos seleccionados, de tal forma que resulten virtualmente operativos. Y en segundo lugar de crear un modelo cinemático auto-alineado con un programa de CAE, llevando a cabo una simulación virtual del movimiento de cada uno de ellos, con el fin de poder completar el diagrama original incluyendo tramos de barra que no fueron dibujados, pero que sin embargo resultan necesarios para dar cierta realidad a la simulación. El movimiento de todas las piezas ha de tener lugar en el mismo plano. (3) El segundo inconveniente está en que las ediciones que se han publicado de estos libros tienen, en algunas ocasiones, errores tipográficos en la descripción de los mecanismos, por ejemplo en las dimensiones relativas establecidas o en la ecuación asociada a la trayectoria de un punto del seguidor. (4) En la segunda fase del proyecto, en primer lugar se ha de crear un modelo cinemático de los mecanismos seleccionados en Mathematica, con ayuda de la aplicación Mechanical System Pack , comprobando los resultados obtenidos en la primera fase con la aplicación CAE. En segundo lugar, se han de resolver las ecuaciones matemáticas de la cinemática utilizando las herramientas de algebra simbólica que Mathematica proporciona, siguiendo un procedimiento original elaborado por el tutor durante los últimos quince años, lo que permitiría comprobar la ecuación de la curva. Y por último se ha de crear un documento CDF grafico interactivo de los mecanismos en movimiento que pudiera complementar a las descripciones sin movimiento originales, utilizando las herramientas adecuadas que proporciona Mathematica. La Universidad Politécnica de Valencia dispone

[CA] La següent memòria explica el procés seguit per a la realització del treball de final de grau. Es tracta d'extraure el màxim possible de dades, sobre dos mecanismes del llibre “Mecanismos en la Técnica Moderna” del professor Iván Artobolevsky, dels quals, visualment, en un pla en dues dimensions no és possible esbrinar. A més, es verificarà la informació dels documents del professor Artobolevsky per si hi haguera algun tipus d'error o imprecisió. Per a això, es recorre al suport de la tecnologia actual i d'alguns programes computacionals. Aquests programes són SolidWorks 2007, Mathematica 8 i extensions d'aquests programes que ajuden de manera excel·lent a l'objectiu d'aquest treball de final de grau.

[EN] The following report explains the process followed for the completion of the final grade work. It is a question of extracting the maximum possible of data, on two mechanisms of the book "Mecanismos en la Técnica Moderna" of professor Ivan Artobolevsky, of which, visually, in a plane in two dimensions it is not possible to find out. In addition, the information in Professor Artobolevsky’s documents will be checked for any errors or inaccuracies. This is supported by current technology and some software. These programs are SolidWorks 2007, Mathematica 8, and extensions of such programs that help outstanding end-of-degree achievement. This objective can be summed up by having an in-depth understanding of the mechanisms involved through a visual, dynamic and mathematical process. Were it not for the programs mentioned in the previous paragraph, the data extracted from the mechanisms would be imprecise and much more complex to analyze.