PROYECTO FIN FIN DE DE CARRERA

UNIVERSIDAD DE A CORU

UNIVERSIDAD DE A CORU Ñ Ñ A A

PROYECTO FIN DE CARRERA

INGENIERÍA INDUSTRIAL

Título: ESTUDIO Y APLICACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS CAD/CAE/CAM EN EL DISEÑO DE UN PATINETE

Autor: Tomás Fraga Martínez

Tutor: Manuel José González Castro

UNIVERSIDAD DE A CORU

UNIVERSIDAD DE A CORUÑ Ñ A A

PROYECTO FIN DE CARRERA

INGENIERÍA INDUSTRIAL

Título: ESTUDIO Y APLICACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS CAD/CAE/CAM EN EL DISEÑO DE UN PATINETE

Autor: Tomás Fraga Martínez

Tutor: Manuel Jesús González Castro

Í Í ndice ndice

• • Introducci Introducci ó ó n n

• • Objetivo y alcance del proyecto Objetivo y alcance del proyecto

• • Propuesta de dise Propuesta de dise ñ ñ o o

• • C C á á lculo est lculo est á á tico tico

• • C C á á lculo din lculo din á á mico mico

• • Conclusiones Conclusiones

Introducci

Introducci ó ó n n

• • Historia del patinaje Historia del patinaje

– – Joseph Merlin Joseph Merlin (Bé (B élgica), 1735 lgica), 1735

– – Siglo XIX: popularizaci Siglo XIX: popularizaci ó ó n y mejoras n y mejoras

– – Siglo XX: empleo de plá Siglo XX: empleo de pl ásticos sticos

Introducci

Introducci ó ó n n

• • Historia del monopat Historia del monopat í í n n

– – Nacimiento en 1910 Nacimiento en 1910

– – Popularizació Popularizaci ón en 1960 ( n en 1960 (surf surf) )

– – Proceso de mejora semejante a los patines Proceso de mejora semejante a los patines

Introducci

Introducci ó ó n n

• • Impulsi Impulsi ó ó n el n el é é ctrica ctrica • • Motor de combusti Motor de combusti ó ó n n

• • Introducci Introducci ó ó n n

• • Objeto y alcance del proyecto Objeto y alcance del proyecto

• • Propuesta de dise Propuesta de dise ñ ñ o o

• • C C á á lculo est lculo est á á tico tico

• • C C á á lculo din lculo din á á mico mico

• • Conclusiones Conclusiones

Objeto del proyecto Objeto del proyecto

• • Actualidad Actualidad

– – Propulsió Propulsi ón motorizada n motorizada

• • Motor de combusti Motor de combusti ó ó n n

• • Motor elé Motor el éctrico ctrico

– – Propulsió Propulsi ón n “ “ humana” humana ”

Velocidad Velocidad Robustez Robustez

Combustible Combustible

Vida de las bater Vida de las bater ías í as

Autonom

Autonom í í a ilimitada a ilimitada Equilibrio

Equilibrio

Alcance del proyecto Alcance del proyecto

• • B B ú ú squeda de soluci squeda de soluci ó ó n intermedia n intermedia

– – Elevada autonom Elevada autonom í í a a – – Robustez Robustez

– – Estabilidad Estabilidad – – Velocidad Velocidad

• • Dise Dise ñ ñ o íntegro o en un sistema CAD/CAE/CAM en un sistema CAD/CAE/CAM

• • Introducci Introducci ó ó n n

• • Objetivo y alcance del proyecto Objetivo y alcance del proyecto

• • Propuesta de dise Propuesta de dise ñ ñ o o

• • C C á á lculo est lculo est á á tico tico

• • C C á á lculo din lculo din á á mico mico

• • Conclusiones Conclusiones

Propuesta de dise

Propuesta de dise ñ ñ o o

Propuesta de dise

Propuesta de dise ñ ñ o o

Propuesta de dise

Propuesta de dise ñ ñ o o

• • Introducci Introducci ó ó n n

• • Objetivo y alcance del proyecto Objetivo y alcance del proyecto

• • Propuesta de dise Propuesta de dise ñ ñ o o

• • C C á á lculo est lculo est á á tico tico

• • C C á á lculo din lculo din á á mico mico

• • Conclusiones Conclusiones

C C á á lculo est lculo est á á tico tico

• • Existencia de elementos m Existencia de elementos m á á s solicitados s solicitados

• • Comprobaci Comprobaci ó ó n estructural: FEM n estructural: FEM

• • Condiciones de c Condiciones de c á á lculo lculo

– – Empleo de aluminio (S Empleo de aluminio ( S

=110MPa) =110MPa) – – Carga de prueba elevada Carga de prueba elevada

• • Elementos estructurales b Elementos estructurales b á á sicos sicos

– – Tabla Tabla

– – Tren delantero Tren delantero

• • Coeficiente de seguridad en servicio > 2 Coeficiente de seguridad en servicio > 2

C C á á lculo est lculo est á á tico: tabla tico: tabla

– – Carga de 100kg. Carga de 100kg. – – Cargas de 50kg. Cargas de 50kg.

• • Casos estudiados Casos estudiados

Condiciones de contorno Condiciones de contorno

• • Punto de partida: espesor 2mm. Punto de partida: espesor 2mm.

Tabla 2mm Tabla 2mm

™™

Tensió Tensi ón: 843MPa n: 843MPa

™™

Flecha: 27cm Flecha: 27cm NO CUMPLE NO CUMPLE

Tabla 4mm Tabla 4mm

™™

Tensió Tensi ón: 193 n: 193 MPa MPa

™™

Flecha: 3.5cm Flecha: 3.5cm NO CUMPLE NO CUMPLE

Alternativas Alternativas

• • Incrementar espesor de la tabla Incrementar espesor de la tabla

• • Otro material (acero) Otro material (acero)

• • Empleo de Empleo de rigidizadores rigidizadores

Soluci

Soluci ó ó n adoptada n adoptada

Resultados Resultados

™™

Tensi Tensi ó ó n má n m áxima: 50MPa xima: 50MPa

™™

Flecha: 1.97mm Flecha: 1.97mm

CUMPLE

CUMPLE

C C á á lculo est lculo est á á tico: tren delantero tico: tren delantero

Resultados Resultados

• • Carga de 30kg lateral Carga de 30kg lateral

• • Carga de 30kg sim Carga de 30kg sim é é trica trica

Resultados Resultados

• • Torsi Torsi ó ó n 5kg n 5kg

• • Combinada Combinada

Resumen del c

Resumen del c á á lculo est lculo est á á tico tico

• • Modificaciones en elementos estructurales Modificaciones en elementos estructurales

• • Redise Redise ñ ñ o o

• • Coeficiente de seguridad > 2 Coeficiente de seguridad > 2

• • Introducci Introducci ó ó n n

• • Objetivo y alcance del proyecto Objetivo y alcance del proyecto

• • Propuesta de dise Propuesta de dise ñ ñ o o

• • C C á á lculo est lculo est á á tico tico

• • C C á á lculo din lculo din á á mico mico

• • Conclusiones Conclusiones

C C á á lculo din lculo din á á mico mico

• • Condiciones de estudio Condiciones de estudio

– – Fuerza de 100kg sobre el pedal Fuerza de 100kg sobre el pedal – – Patinete parado Patinete parado

• • Posici Posici ó ó n inicial del mecanismo n inicial del mecanismo esfuerzos esfuerzos

• • Divisi Divisi ó ó n en 7 s n en 7 s ó ó lidos r lidos r í í gidos gidos

Posici

Posici ó ó n inicial n inicial

Esfuerzos Esfuerzos

Persona modelo Chasis

Rueda delantera

Pedal e impulsor Catalina Tren trasero

Resoluci

Resoluci ó ó n de ecuaciones n de ecuaciones

• • Resoluci Resoluci ó ó n conjunta del problema cinem n conjunta del problema cinem á á tico y din tico y din á á mico mico

– – Sistema de 40 ecuaciones y 40 incó Sistema de 40 ecuaciones y 40 inc ógnitas gnitas – – Dato de entrada: Dato de entrada:

• • Fuerza aplicada sobre el pedal: Estimació Fuerza aplicada sobre el pedal: Estimaci ón 100 n 100 kg kg – – Incó Inc ó gnitas: gnitas:

• • Reacciones en las uniones Reacciones en las uniones

• • Aceleraciones de cada elemento Aceleraciones de cada elemento – – Ecuaciones: Ecuaciones:

• • Ecuaciones din Ecuaciones din á á micas de cada elemento: micas de cada elemento: ecs ecs . Newton . Newton

• • Relaciones cinemá Relaciones cinem áticas entre elementos ticas entre elementos

• • Resoluci Resoluci ó ó n para 3 posiciones de la fuerza y 5 n para 3 posiciones de la fuerza y 5 á á ngulos: MATLAB ngulos: MATLAB

Resoluci

Resoluci ó ó n de ecuaciones n de ecuaciones

• • Ejemplo: chasis Ejemplo: chasis

−R_BX −R_DX −R_EX +R_GX +P_JX −H_X −m_chasis ⋅a_x = 0

−R_BY −R_DY −R_EY +R_GY −H_Y −P_JY −m_chasis ⋅ −g m_chasis ⋅a_y = 0

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

0

α α α α

α α α α

α α α α

α

− ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ + ⋅ ⋅ −

− ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ − ⋅ ⋅ +

+ ⋅ − ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ −

− ⋅ && =

s in ( ) c o s ( ) s in ( ) c o s ( )

s in ( ) c o s ( ) s in ( ) c o s ( )

s in ( ) c o s ( ) c o s ( ) s in ( )

B X B B Y B B D X D D Y D D

E X E E Y E E G X G G Y G G

J X J J Y J J X H Y H H

c h a s is c h a s is

R R r R R r

R R r R R r

P P r H H r

I

An An á á lisis din lisis din á á mico con I mico con I - - DEAS DEAS

• • Caso particular Caso particular

– – F aplicada en la secci F aplicada en la secci ó ó n n ¾ ¾ desde la articulaci desde la articulaci ó ó n n – – Normal al pedal Normal al pedal

• • Estudio del mecanismo en el arranque Estudio del mecanismo en el arranque

• • Introducci Introducci ó ó n de aceleraciones y esfuerzos n de aceleraciones y esfuerzos

• • Definici Definici ó ó n de centros de gravedad n de centros de gravedad

• • Comprobaci Comprobaci ó ó n particular de cada elemento n particular de cada elemento

Estudio din

Estudio din á á mico del pedal mico del pedal

• • M M étodo 1 é todo 1 • • M M é é todo 2 todo 2

Resultados Resultados

• • M M é é todo 1 todo 1 • • M M é é todo 2 todo 2

Estudio din

Estudio din á á mico del impulsor mico del impulsor

Resultados

Resultados

Otros elementos estudiados Otros elementos estudiados

• •

• •

Resultados del c

Resultados del c á á lculo din lculo din á á mico mico

• • Modificaciones en elementos Modificaciones en elementos

– – Redise Redise ñ ñ o del pedal o del pedal

– – Elecci Elecci ó ó n de otro material n de otro material

• • Coeficiente de seguridad > 2 Coeficiente de seguridad > 2

• • Introducci Introducci ó ó n n

• • Objetivo y alcance del proyecto Objetivo y alcance del proyecto

• • Propuesta de dise Propuesta de dise ñ ñ o o

• • C C á á lculo est lculo est á á tico tico

• • C C á á lculo din lculo din á á mico mico

• • Conclusiones Conclusiones

Conclusiones Conclusiones

• • Diseñ Dise ñ o novedoso o novedoso

• • Versatilidad Versatilidad

• • C C á á lculo de elementos estructurales lculo de elementos estructurales

• • Empleo Empleo í í ntegro de herramientas CAD/CAE/CAM ntegro de herramientas CAD/CAE/CAM

Prototipo en proceso de fabricaci

Prototipo en proceso de fabricaci ó ó n n

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Título: ESTUDIO Y APLICACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS CAD/CAE/CAM EN EL DISEÑO DE UN PATINETE

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