3.2. Tutorial Cuadrilátero articulado

Transcripción

1 3.2. Tutorial Cuadrilátero articulado Introducción Este tutorial explica como diseñar un mecanismo de cuadrilátero articulado utilizando SolidWorks Motion. Como se sabe, un mecanismo de cuatro barras o cuadrilátero articulado es un mecanismo formado por tres barras móviles y una cuarta barra fija (por ejemplo, el suelo), unidas mediante nudos articulados (Giro y desplazamiento libre). Las barras móviles están unidas a la fija mediante pivotes (Giro libre, desplazamiento impedido). Usualmente las barras se numeran de la siguiente manera: - Barra 2. Barra que proporciona movimiento al mecanismo. - Barra 3. Barra superior. - Barra 4. Barra que recibe el movimiento. - Barra 1. Barra imaginaria que vincula la unión de la barra 2 con la unión de la barra 4 con el suelo. La Ley de Grashof es una fórmula utilizada para analizar el tipo de movimiento que hará el mecanismo de cuatro barras: para que exista un movimiento continuo entre las barras, la suma de la barra más corta y la barra más larga no puede ser mayor que la suma de las barras restantes. Figura 53. Tipos de cuadrilátero articulado Para la realización de este tutorial se asume un conocimiento general de SolidWorks.

2 SolidWorks En primer lugar, antes de pasar a analizar el movimiento en Motion, se verán las relaciones de posición utilizadas entre barras en el entorno SolidWorks. Puesto que la Barra 1 se representa por dos pivotes que simbolizan la unión entre ésta y las barras 2 y 4, para representar esto en un ensamblaje de SolidWorks, se insertan los dos pivotes dibujados previamente (Barra 1_1 y Barra 1_2) y se aplican dos relaciones de posición para que éstos queden definidos: En primer lugar, una relación de distancia entre las aristas interiores de los pivotes, lo que definirá la longitud de esta barra 1. En segundo lugar, una relación de coincidencia de las aristas frontales de los pivotes para situarlos a la misma altura. Una vez hecho esto, la barra 1 ya estará situada. Para realizar diferentes casos del cuadrilátero articulado no habrá más que modificar la relación de posición de distancia y darle a la Barra 1 diferentes longitudes para comprobar los diferentes casos. Figura 54. Cuadrilátero articulado 1 A continuación se insertarán el resto de las barras. Para unirlas, se hará lo mismo con las tres:

3 - Una relación de posición concéntrica entre los agujeros de los pivotes y los de las propias barras. - Una relación de coincidencia entre las caras de las barras o las de las barras y los pivotes según el caso. Figura 55. Cuadrilátero articulado 2 El ensamblaje con sus relaciones de posición queda tal y como se ve en la imagen SolidWorks Motion Una vez el ensamblaje está perfectamente definido con su geometría y sus relaciones de posición, para empezar a utilizar SolidWorks Motion, lo primero que se debe hacer es comprobar si se tiene el complemento cargado, para ello, en el menú principal, en Complementos hay que fijarse si está marcado, de no estarlo, pinchar encima para cargarlo. Figura 56. Complementos

4 Figura 57. Complemento SolidWorks Motion Ya con SolidWorks Motion disponible, situarse en la pestaña Estudio de movimiento y a continuación, en el menú desplegable se escoge la opción Análisis de movimiento ya que lo que se quiere es analizar como se comporta el cuadrilátero articulado y estudiar diferentes configuraciones. Figura 58. Cuadrilátero articulado 3

5 En este punto, es importante familiarizarse con la barra de herramientas de SolidWorks Motion, que de aquí en adelante será nombrada frecuentemente. Figura 59. Barra de herramientas SolidWorks Motion Lo primero que se debe hacer es activar la gravedad, para lo cual se pulsa el icono (manzana), y automáticamente se ve como en el menú de la izquierda se activa: Gravity. Para estudiar los diferentes casos del cuadrilátero articulado será imprescindible dotar al ensamblaje de movimiento. Lo que se hará será darle un movimiento rotatorio a la Barra 3 de la siguiente forma: En la barra de herramientas de SolidWorks Motion escoger la opción Motor rotatorio y a continuación escoger el componente al que se le quiere aplicar dicho motor. En este caso, se escoge la Barra 3. En el menú automático, también se puede escoger la velocidad a la que gira el motor, así como el carácter de la velocidad, es decir, si es constante, oscilante, etc. También se pueden escoger más opciones, como por ejemplo, si el movimiento es entre dos piezas. Figura 60. Cuadrilátero articulado 4

6 Con el motor ya dispuesto, puede verse que en la pieza seleccionada aparece una flecha simbolizando el momento que se aplica a esa pieza para dotarla de movimiento con su respectivo sentido de giro. Ya con el motor instalado, se puede simular el mecanismo, sin más que accionar el botón Calcular en la barra de herramientas de SolidWorks Motion. Se puede controlar el tiempo de simulación moviendo la barra de tiempos que figura en la parte inferior de la pantalla. Para esta primera simulación se dispondrá una duración de 3 segundos. El primer mecanismo, teniendo en cuenta la Ley de Grashof, se trata de un mecanismo manivela-balancín, ya que si se comprueban las longitudes de las barras, vemos que la suma de longitudes de las barras más larga y más corta, la 3 y la 4 respectivamente, es menor que la suma de longitudes de las otras barras, la 1 y la 2 en este caso, y además el eslabón más corto es adyacente al fijo. Puede comprobarse que se trata de un cuadrilátero con movimiento manivelabalancín, dibujando la trayectoria de los puntos de interés, es decir, la unión de la Barra 2 con la 3, y la de la 2 con la 4. Para ello, en la barra de herramientas de SolidWorks Motion, escoger la opción Resultados y en el menú automático que aparece seleccionar inicialmente Desplazamiento/Velocidad/Aceleración y a continuación, la primera opción Ruta de trazo. El siguiente paso es escoger las aristas que interesan, es decir, las uniones entre las barras 3 y 2 y entre la 3 y la 4, y automáticamente se dibuja la trayectoria. Repetir el proceso para el otro punto. Vemos como se trata de un cuadrilátero manivela-balancín.

7 Figura 61. Cuadrilátero articulado 5 También se pueden sacar otros datos más interesantes desde el punto de vista cinemático, como la velocidad de las barras, para ello, de nuevo se escoge la opción Resultados y a continuación Desplazamiento/Velocidad/Aceleración, Velocidad Angular y por último Magnitud, después seleccionar el componente de interés. Se ve que si se saca la velocidad angular de la Barra 1 es de 600º/seg (100 rpm), que es lo que se ha impuesto, en cambio, si se saca la velocidad angular de la barra de salida (Barra 4), se observa que ésta varía según su posición, resultando muy destacado que en los puntos muertos, es decir en las posiciones extremas en el movimiento del balancín esta velocidad es igual a cero. Figura 62. Resultados 1

8 Por último, se simulará el cuadrilátero articulado con la disposición de barras que consiga un movimiento de doble manivela. Para cambiar la disposición de las barras, en vez de abrir un nuevo ensamblaje y unirlas de otra forma, se cambiarán las dimensiones de éstas en el propio ensamblaje para conseguir mayor soltura con la edición de piezas y de relaciones de posición. Se cambiarán las dimensiones de la Barra 1, por la de la Barra 3, para seguir cumpliendo la Ley de Grashof y además cumpla la condición de que la barra más corta sea la que este inmóvil. Para ello, con el botón derecho en el componente que se quiere modificar, es decir, en la Barra 3, se selecciona Modificar croquis y se da una longitud a la barra entre uniones de 160 mm, que es la longitud que anteriormente tenía la Barra 1. Figura 63. Editar croquis Para modificar la longitud de la Barra 1, como se ha comentado al principio del tutorial, no hay más que modificar la relación de posición Distancia 1, y disminuir la distancia entre articulaciones de 140 a 90 mm, haciendo así a ésta la barra más corta. Además, se va a modificar la relación de posición 1, para que los pivotes no estén alineados y no choquen entre sí. Para ello, se editará la relación Coincidente 1, deseleccionando las aristas y seleccionando las caras inferiores, esto asegura que la Barra 1 compuesta por dos pivotes, esté a la misma altura. Para acabar de editar el ensamblaje, también hay que editar la relación de posición entre las barras 2 y 4, sin más que cambiar la selección de caras para darle coherencia al ensamblaje. Una vez el nuevo ensamblaje está finalizado, se simula nuevamente el mecanismo, y automáticamente, y se observa como la trayectoria seguida por el cuadrilátero nos confirma que se trata de un mecanismo de doble manivela. Fijándose en las gráficas vemos que en este caso no se producen puntos muertos, y por tanto esto quiere decir que la velocidad de la Barra 4 nunca es nula.

9 Figura 64. Resultados 2 Destacar que, como anteriormente se había ordenado extraer unos resultados, aunque hayamos cambiado el diseño, al simular nuevamente el mecanismo obtenemos automáticamente los resultados requeridos sin necesidad de realizar las mismas operaciones para extraerlos otra vez.