MTODOS NUMRICOS EN INGENIERA Y CIENCIAS APLICADAS E.Oate, F.Zrate, G. Ayala, S. Botello y M.A. MorelesEditores) CIMNE, Barcelona 2002

DISEO AUTOMTICO DE RESORTES MECNICOS POR UN MTODO NUMRICOW. Switek y D. RandolphUniversidad de las Amricas-Puebla Departamento de Ingeniera Mecnica 72820 Puebla, Mxico email: switek@mail.udlap.mx

Resumen. Este trabajo agiliza el proceso de diseo de resortes mediante la ayuda de una computadora. La aplicacin de mtodos numricos permite desarollar un modelo por computadora basado en la metodologa de Sistemas Dinmicos. Esto hace posible realizar procesos de simulacin y optimizacin de parmetros mecnicos como tambin, en su ltimo efecto, transferir esos resultados al ambiente de AutoCad para generar el dibujo autmatico del resorte. Palabras clave: Diseo asistido por computadora, modelacin dinmica,simulacin , optimizacin,. visualizacin grfica.

1. INTRODUCCINEs de importancia mencionar que en el diseo de elementos mecnicos comunes como ejes, resortes o engranes se siguen procedimientos ya establecidos, para lo cual, se necesitan realizar largos o numerosos clculos basados comnmente en el mtodo de prueba-error. Con el uso de la computadora se puede disminuir considerablemente la cantidad de trabajo invertido en los clculos, permitiendo la simulacin y elaboracin de parmetros ptimos del sistema mecnico diseado. El mtodo est compuesto de una etapa de diseo del modelo de computadora del sistema mecnico y una simulacin de computadora del sistema, con el fin de obtener los parmetros ptimos. El siguiente paso es la elaboracin de un software en el lenguaje AutoLISP, el cual va a servir para el dibujo automtico del sistema al utilizar el programa AutoCAD. En general en ste artculo se presentara la metodologa referida al ejemplo de diseo de resortes helicoidales. Los resortes con los que se trabajan son los de mayor aplicacin: resortes helicoidales de compresin, de extensin y de torsin. stos resortes se muestran a continuacin en la Figura 1.

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Figura 1 - Resortes utilizados.

Para la seleccin de resortes, el ingeniero debe saber los parmetros de operacin que dependen de la aplicacin que se est analizando o estudiando. El programa Powersim, utilizado en este trabajo para la elaboracin del modelo de computadora del resorte, est desarrollado basndose en la metodologa de Sistemas Dinmicos de J. Forrester [1,2,3]. Esta metodologa tiene muchas aplicaciones para modelar problemas administrativos y tambin puede ser exitosamente usada para resolver problemas ingenieriles [5,6,7,8]. En general, los parmetros de operacin de resorte son: la fuerza de instalacin, la fuerza de operacin y deflexin entre dos puntos, tanto como las limitantes del espacio ( dimetros exterior e interior o longitud de instalacin). Las condiciones del trabajo, medio ambiente y tiempo de servicio completan los requerimientos tcnicos necesarios para comenzar el proceso de diseo. 2. DESAROLLO DEL DISEO POR COMPUTADORA El primer trabajo a realizar es el desarollo del algoritmo de clculos basados en mtodos tericos accesibles. En el caso de resortes helicoidales ste algoritmo est basado en el proceso de construccin y clculos de resistencia encontrados en las referencias biblogficas [9,10]. Dentro del algoritmo se utilizan las propiedades de los materiales, dimetros estndar de alambre, adems se verifica que los esfuerzos y caractersticas geomtricas cumplan con los requerimientos.

W. SWITEK AND D. RANDOLPH/Diseo automtico de resortes mecnicos

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Ingresa datos Datos correctos? Si No

Calcula:G, dis.-in, D, Po, Pit, k Calcula: diametro de alambre d Selecciona: d estandard Calcula: D, ID, c Si c>5?No

Datos: - material - fuerza de operacin - tipo de servicio - dimetro exterior de resorte OD - tipo de extremo

dis.-in - esfuerzo de diseo inicial D - dimetro medio de resorte Po - fuerza de operacin real Pit - fuerza inicial k - razn de resorte ID - dimetro interior de resorte c - ndice de resorte dis - tensin de diseo K - factor de Wahl o - tensin real

G - modulo de elasticidad

Calcula: dis, K, o Determina:permisible Si o < dis ? Calcula: it,Si Mayor

No

it enrango

Menor

?Si

Calcula: N, Lcpo, LganchoLgancho /ID en rango ? Si

it - esfuerzo bajo la fuerza inicial N - nmero total de bobinas Lcpo - longitud del cuerpo Lgancho - longitud del gancho

Mayor

Menor

Calcula esfuerzo total totFigura 2 - Diagrama de flujo para el diseo de resortes helicoidales de extension.

Si

tot