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