Estudio analítico y numérico de un árbol de transmisión para fines docentes
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http://oa.upm.es/50446/1/TFG_EDU ...Nivel Educativo:
Tipo Documental:
Trabajo fin de gradoEstadísticas:
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Fecha:
2018Resumen:
El objetivo de este proyecto es fomentar e impulsar el autoaprendizaje de los alumnos y mejorar sus capacidades para llevar a cabo un diseño técnico de ejes y árboles en base a los conocimientos teóricos del aula, con la asignatura de Diseño de Máquinas. Para ello se lleva a cabo un estudio de las tensiones a lo largo de un árbol intermedio de un reductor de velocidad, comparando los resultados obtenidos y los que se derivan de un análisis por elementos finitos a través de un programa comercial. Se ha desarrollado un software de cálculo analítico que permite determinar las tensiones, solicitaciones, seguridad estática y seguridad ante fallo por fatiga a lo largo de todas las secciones de un árbol. El programa se ha elaborado por medio de la herramienta de software matemático Matlab y su cálculo se basa en la teoría de la asignatura. El estudio de la seguridad estática en el eje se realiza a partir de la tensión equivalente de Von Mises. Para el cálculo de la resistencia a la fatiga bajo tensiones fluctuantes combinadas se comparan el Método modificado de Goodman o Diagrama de Haigh y el Método simplificado de Bach. Para establecer el equilibrio en el eje se emplea la hipótesis de fuerzas puntuales en las ruedas. Este software permite al alumno realizar variaciones de las condiciones del problema, para que compruebe sus efectos en las solicitaciones, tensiones y seguridad en el árbol. De esta forma se quiere fomentar su autoaprendizaje y su carácter crítico en el diseño de ejes y árboles. Por otro lado, se lleva a cabo la resolución analítica del problema proponiendo una distribución de los esfuerzos sufridos por las ruedas a lo largo de toda la longitud del diente, en lugar de que sea puntual. Se realiza una comparación entre este nuevo modelo y el estudiado inicialmente, analizando sus similitudes y discrepancias. La siguiente fase del proyecto consistió en realizar un análisis del eje estudiado por medio del Módulo de diseñador de ejes de Solid Edge ST9. Con esta herramienta se pueden calcular las reacciones y solicitaciones en un eje en base a las cargas y dimensiones establecidas por el usuario. De esta forma se contrasta la validez de los resultados obtenidos a partir del software diseñado con Matlab. Estos resultados muestran una gran similitud entre las tensiones calculadas de forma analítica y las halladas por el programa de simulación FEM.
El objetivo de este proyecto es fomentar e impulsar el autoaprendizaje de los alumnos y mejorar sus capacidades para llevar a cabo un diseño técnico de ejes y árboles en base a los conocimientos teóricos del aula, con la asignatura de Diseño de Máquinas. Para ello se lleva a cabo un estudio de las tensiones a lo largo de un árbol intermedio de un reductor de velocidad, comparando los resultados obtenidos y los que se derivan de un análisis por elementos finitos a través de un programa comercial. Se ha desarrollado un software de cálculo analítico que permite determinar las tensiones, solicitaciones, seguridad estática y seguridad ante fallo por fatiga a lo largo de todas las secciones de un árbol. El programa se ha elaborado por medio de la herramienta de software matemático Matlab y su cálculo se basa en la teoría de la asignatura. El estudio de la seguridad estática en el eje se realiza a partir de la tensión equivalente de Von Mises. Para el cálculo de la resistencia a la fatiga bajo tensiones fluctuantes combinadas se comparan el Método modificado de Goodman o Diagrama de Haigh y el Método simplificado de Bach. Para establecer el equilibrio en el eje se emplea la hipótesis de fuerzas puntuales en las ruedas. Este software permite al alumno realizar variaciones de las condiciones del problema, para que compruebe sus efectos en las solicitaciones, tensiones y seguridad en el árbol. De esta forma se quiere fomentar su autoaprendizaje y su carácter crítico en el diseño de ejes y árboles. Por otro lado, se lleva a cabo la resolución analítica del problema proponiendo una distribución de los esfuerzos sufridos por las ruedas a lo largo de toda la longitud del diente, en lugar de que sea puntual. Se realiza una comparación entre este nuevo modelo y el estudiado inicialmente, analizando sus similitudes y discrepancias. La siguiente fase del proyecto consistió en realizar un análisis del eje estudiado por medio del Módulo de diseñador de ejes de Solid Edge ST9. Con esta herramienta se pueden calcular las reacciones y solicitaciones en un eje en base a las cargas y dimensiones establecidas por el usuario. De esta forma se contrasta la validez de los resultados obtenidos a partir del software diseñado con Matlab. Estos resultados muestran una gran similitud entre las tensiones calculadas de forma analítica y las halladas por el programa de simulación FEM.
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