Métodos Numéricos En Ingeniería

MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS E.Oñate, F.Zárate, G. Ayala, S. Botello y M.A. MorelesEditores) ©CIMNE, Barcelona 2002

DISEÑO AUTOMÁTICO DE RESORTES MECÁNICOS POR UN MÉTODO NUMÉRICO
W. Switek y D. Randolph
Universidad de las Américas-Puebla Departamento de Ingeniería Mecánica 72820 Puebla, México email: switek@mail.udlap.mx

Resumen. Este trabajo agiliza el proceso dediseño de resortes mediante la ayuda de una computadora. La aplicación de métodos numéricos permite desarollar un modelo por computadora basado en la metodología de Sistemas Dinámicos. Esto hace posible realizar procesos de simulación y optimización de parámetros mecánicos como también, en su último efecto, transferir esos resultados al ambiente de AutoCad para generar el dibujo autómatico delresorte. Palabras clave: Diseño asistido por computadora, modelación dinámica,
simulación , optimización,. visualización gráfica.

1. INTRODUCCIÓN
Es de importancia mencionar que en el diseño de elementos mecánicos comunes como ejes, resortes o engranes se siguen procedimientos ya establecidos, para lo cual, se necesitan realizar largos o numerosos cálculos basados comúnmente en el método deprueba-error. Con el uso de la computadora se puede disminuir considerablemente la cantidad de trabajo invertido en los cálculos, permitiendo la simulación y elaboración de parámetros óptimos del sistema mecánico diseñado. El método está compuesto de una etapa de diseño del modelo de computadora del sistema mecánico y una simulación de computadora del sistema, con el fin de obtener los parámetrosóptimos. El siguiente paso es la elaboración de un software en el lenguaje AutoLISP, el cual va a servir para el dibujo automático del sistema al utilizar el programa AutoCAD. En general en éste artículo se presentara la metodología referida al ejemplo de diseño de resortes helicoidales. Los resortes con los que se trabajan son los de mayor aplicación: resortes helicoidales de compresión, de extensióny de torsión. Éstos resortes se muestran a continuación en la Figura 1.

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MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

Figura 1 - Resortes utilizados.

Para la selección de resortes, el ingeniero debe saber los parámetros de operación que dependen de la aplicación que se esté analizando o estudiando. El programa Powersim, utilizado en este trabajo para la elaboración delmodelo de computadora del resorte, está desarrollado basándose en la metodología de Sistemas Dinámicos de J. Forrester [1,2,3]. Esta metodología tiene muchas aplicaciones para modelar problemas administrativos y también puede ser exitosamente usada para resolver problemas ingenieriles [5,6,7,8]. En general, los parámetros de operación de resorte son: la fuerza de instalación, la fuerza de operación ydeflexión entre dos puntos, tanto como las limitantes del espacio ( diámetros exterior e interior o longitud de instalación). Las condiciones del trabajo, medio ambiente y tiempo de servicio completan los requerimientos técnicos necesarios para comenzar el proceso de diseño. 2. DESAROLLO DEL DISEÑO POR COMPUTADORA El primer trabajo a realizar es el desarollo del algoritmo de cálculos basados enmétodos teóricos accesibles. En el caso de resortes helicoidales éste algoritmo está basado en el proceso de construcción y cálculos de resistencia encontrados en las referencias biblogáficas [9,10]. Dentro del algoritmo se utilizan las propiedades de los materiales, diámetros estándar de alambre, además se verifica que los esfuerzos y características geométricas cumplan con los requerimientos.W. SWITEK AND D. RANDOLPH/Diseño automático de resortes mecánicos

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Ingresa datos Datos correctos? Si No

Calcula:G, τdis.-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 operación - tipo de servicio - diámetro exterior de resorte OD - tipo de extremo

τdis.-in - esfuerzo de diseño inicial D -...