Date post: | 13-Apr-2016 |
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RESISTENCIA DE MATERIALES II
TRABAJO FINAL DE RESISTENCIA DE MATERIALES II
CONSTRUCCION DE UN BRAZO DE GRUA
OBJETIVO GENERAL
Construcción de una maqueta tipo brazo hidráulico para el análisis de las fuerzas y deformaciones en la estructura.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Diseñar la maqueta Desarrollar los cálculos en base al diseño previamente establecido. Construir la maqueta Realizar comprobaciones
INTRODUCCION
Mediante el siguiente proyecto nos hemos propuesto diseñar una estructura, la cual está basada en un brazo hidráulico, el cual está diseñado para soportar cierto tipo de cargas para las cuales ha sido fabricado, con este proyecto pretendemos demostrar los principios de la resistencia de materiales y así sacar provecho de los conocimientos adquiridos durante este ciclo.
La resistencia de materiales se aplica en su totalidad en todos los campos de la ingeniería y es por ello la importancia de saber su aplicación para en un futuro poder aplicarlos en el diseño mecánico de estructuras o conjuntos mecánicos.
El proyecto lo realizamos basándonos en nuestro campo que es la industria automotriz y por ello es la importancia del desarrollo de nuestros conocimientos en este campo, a su vez el proceso de selección de materiales se ha realizado de acuerdo a las cargas que se van a aplicar por ello es que la madera de balsa ha sido seleccionada para nuestro diseño.
BRAZO HIDRAULICO
El brazo hidráulico es un elemento indispensable en una maquita retroexcavadora, la cual se utiliza para remover ciertos tipos de materiales en la construcción, también a su vez es utilizada en fábricas para poder mover materiales o maquinas dentro de las naves.
Es un elemento indispensable y por ello es que su diseño debe garantizar seguridad y sobre todo estabilidad para poder cumplir las funciones a las cuales fue diseñado.
DESCRIPCION DEL DISEÑO
Como primer paso para empezar con el diseño se ha tomado en cuenta el material con el que se va a diseñar la estructura, a su vez se tomó en cuenta muchos aspectos de la estructura como por ejemplo los cálculos de las fuerzas de la estructura del brazo de la grúa mediante un análisis de nodos, el pandeo que va a tener la columna de apoyo de la grúa, las deformaciones que va a sufrir el brazo de la grúa con la carga ya establecida de 10lbs.
El diseño de la grúa realizada esta hecho para que soporte un peso de 10 libras y para que falle con un peso de 15 libras, a su vez este diseño está basado en madera de balsa, ya que por sur propiedades nos garantiza estabilidad y a su vez también nos ayuda a disminuir peso para de esa manera garantizar un diseño con menos elementos y de bajo coste.
Materiales
Estructura:
Madera de balsa
Bases:
Madera MDF
Pegamento:
Pegamento rápido
Pega dos toneladas
Cabe recalcar que las tablas de las propiedades esta presentadas en la parte de anexos.
CALCULOS REALIZADOS
El desarrollo de los cálculos se inició con el análisis de los nodos de la estructura, lo cuales esta presentados a continuación:
ANALISIS DE NODOS
NODO A
W=5lbW=22,24N
ΣFx=0 ΣFy=0FAC−FABcos45=0−W−FAB. sen ( 45 )=0 FAC=0,70FAB FAB=−31,45 NFAC=22,24N
NODO C
ΣFx=0 ΣFy=0−FAC+FCD=0 FBC¿0 FCD=FAC FCD=22,24N
NODO B
ΣFx=0 ΣFy=0−FABcos 45+FBDcos 45+FBE=0FBC−FABsen 45+FBDsen45=0 FBDcos 45=31,45−FBE FBD=22,24 /sen45FBE=44,48N FBD=31,45N
NODO D
ΣFx=0 ΣFy=0−FCD+FDF+FBDcos 45+FDEcos 45=0−FBDen45+FDEsen 45=0−22.24+FDF−22,24+FDEcos 45=0 FDE=31,45 sen 45/sen 45FDF=22,24NFDE=31,45N
NODO E
ΣFx=0 ΣFy=0−FBE+FEG+FDEcos 45+FEFcos 45=0−FDEen45+FEFsen 45=0−44,48+FEG+22,24+FEFcos45=0 FEF=FDEsen 45/sen 45FEG=44,48 NFEF=31,45 N
NODO F
ΣFx=0 ΣFy=0−FDF+FFH−FEFcos 45+FFGcos45=0−FEFen45+FFGsen 45=0−22,24+FFH−22,24+FEFcos 45=0 FFG=FEFsen45 /sen45 FEG=22,24NFFG=31,45N
NODO G
ΣFx=0 ΣFy=0−FEG+FGI+FFGcos 45+FGHcos45=0−FFGen45+FGHsen45=0−44,48+FFH +22,24+FEFcos 45=0 FGH=FFGsen 45/ sen45 FGF=44,48NFGH=31,45N
NODO H
ΣFx=0 ΣFy=0−FFH+FHJ−FGHcos 45+FHIcos45=0−FGHen45+FHIsen45=0−22,24+FHJ−22,24+FHIcos 45=0 FHI=FGHsen45 /sen 45FHJ=44,48NFHI=31,45N
NODO I
FHI FIJ
FGI FIK
ΣFx=0 ΣFy=0−FGI+FHICOS45+FIJcos 45+FIK=0FHIen 45+FIJsen45=0 FIK=66.71−FIJcos45 FIJ=−FHI FIK=−44.48N FIJ=−31,45 N
NODO J
FHJ FJL
FFIJ FJK
ΣFx=0 ΣFy=0−FHJ+FIJ+FJKcos45+FJL=0FIJen45+FJKsen 45=0 FJL=22.24+22.24+22.24 FJK=−FIJ FJL=62.72N FNO=31,45N
NODO K
FJK FKL
FIK FKM
ΣFx=0 ΣFy=0−FIK−FIKCOS 45+FKLcos 45+FKM=0FJKen 45+FKLsen45=0 FMK=44.48+22.24+31.45 (cos45) FKL=−FJK FKM=88.95N FKL=−31,45N
NODO L
FIL FLN
FKL FLM
ΣFx=0 ΣFy=0−FJL−FKLcos 45+FLMcos 45+FLN=0FKLen45+FLMsen 45=0FLN=66.72−24.36−22.24 FKL=−FLM FLN=20.12N FKL=31,45N
NODO M
FLM FMN
FKM FMO
ΣFx=0 ΣFy=0−FKL−FMLCOS45+FMNcos 45+FMO=0FLMen45+FMNsen45=0 FMO=88.95+22.24+22.24 FMN=−FLM FMO=133.43N FMN=−31,45N
NODO N
FLN FNP
FMN FNO
ΣFx=0 ΣFy=0−FLN+FMN+FNOcos45+FNP=0
FMNen45+FNOsen45=0 FNP=−22.24−22.24+20.12 FNO=−FMN FNP=−24.36N FNO=31,45N
NODO O
FNO FOP
FMO
ΣFy=0
FNOen45+FOPsen 45=0
FOP=FNO
FOP=-31.45
NODO P
FNP
FOP FPQ
ΣFy=0
FOPen45−FPQ=0
FPQ=−FOPsen45
FPQ=22.24N
DEFORMACION DE LAS VIGAS
VIGAS PEQUEÑAS
δ= PLAE
DEFORMACION IJ
δIJ= 31,45 N∗40mm16mm2∗2200MPa
δIJ=0.035mm
DEFORMACION KL
δKL= 31,45 N∗40mm16mm2∗2200MPa
δKL=0.035mm
DEFORMACION JK
δJK= 31,45N∗40mm16mm2∗2200MPa
δJK=0.035mm
DEFORMACION LM
δLM= 31,45 N∗40mm16mm2∗2200MPa
δLM=0.035mm
DEFORMACION MN
δMN= 31,45N∗40mm16mm2∗2200MPa
δMN=0.035mm
DEFORMACION NO
δNO= 31,45 N∗40mm16mm2∗2200MPa
δNO=0.035mm
DEFORMACION VIGAS GRANDES
DEFORMACION IK
δIK= 44.48 N∗40mm16mm2∗2200MPa
δIK=0.035mm
DEFORMACION JL
δJL= 66.72N∗40mm16mm2∗2200MPa
δJL=0.023mm
DEFORMACION KM
δKM= 88.95N∗40mm16mm2∗2200MPa
δKM=0.032mm
DEFORMACION LN
δIJ= 20,12N∗40mm16mm2∗2200MPa
δLN=0.0072mm
DEFORMACION MO
δMO= 133.43N∗40mm16mm2∗2200MPa
δMO=0.047mm
DEFORMACION NP
δNP= 24,36N∗40mm16mm2∗2200MPa
δNP=0.0086mm
RESULTADOS OBTENIDOS
En el análisis de nodos se obtuvieron fuerzas diferentes para cada nodo, pero también se pudo apreciar que en las vigas pequeñas las fuerzas se parecen mucho eso se debe a la simetría que tienen las vigas.
En el análisis de la deformación de cada viga se pudo apreciar que en las vigas pequeñas la deformación va a ser igual en todas las vigas, mientras tanto que en las vigas grandes va a ser distinto en cada tramo de estas.
La madera que utilizamos tienen un módulo de elasticidad que permite a la grúa resistir las cargas para las cuales fue diseñada.
El área de las vigas pequeñas es de 16mm2 mientras que en las vigas grandes tienen un área de 64mm2.
PLANOS CAD DETALLADOS
Para el desarrollo de los planos CAD se ha utilizado el programa Solid Works 2015 , en el cual se puede hacer una simulación completa, cabe destacar que las cotas no se las puede especificar, ya que como es un programa para simulación no permite que se agreguen cotas, es desarrollo de las imágenes está especificado a continuación:
VISTA FONTAL
VISTA SUPERIOR
VISTA SUPERIOR
VISTA LATERAL EN PERSPECTIVA
VISTA SUPERIOR EN PERSPECTIVA
VISTA LATERAL
VISTA FRONTAL
VISTA EN SU TOTALIDAD CON LA DESCRIPCION DEL PROGRAMA CAD
VISTA EN PERSPECTIVA
CONCLUSIONES
Se deben realizar caculos de nodos para saber mo se distribuye la fuerza a lo largo del brazo
La polea superior está colocada en la estructura de forma triangular para que se pueda distribuir la carga simétricamente
La carga aplicada se la divide para 2, porque la maqueta está diseñada en 3 dimensiones
Se ocupa el módulo de elasticidad según tablas (ver anexos) en donde teníamos tres opciones, de las cuales elegimos el menor para que la maqueta falle
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
http://www.conafor.gob.mx/biblioteca/catalogo-maderas-tomo2.pdf
ANEXOS