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Abstract

Se ha calculado y diseñado una camilla con cilindro hidráulico a partir de una camilla de similares características hallada en el edificio BIFI, Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos, situado detrás del Edificio Torres Quevedo. Posteriormente, se han hecho varios estudios con diferentes hipótesis para llegar a unas conclusiones finales. Gil Chico, Francisco; Canalís Martínez, Paula

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      PROYECTOFIN DECARRERA     Cálculoydiseñodeunacamillaconcilindro hidráulico     Autor:FranciscoGilChico Directora:PaulaCanalísMartínez ÁreadeIngenieríaMecánica  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 1 Índice  1.‐Introducción...................................................................................................3 2.‐Objetoyalcancedelproyecto........................................................................3 3.‐Procesodediseñoysuaplicación...................................................................5 3.1‐Procesodediseño............................................................................................................5 3.2.‐Aplicacióndelprocesodediseño...................................................................................9 4.‐Descripcióndelamáquina............................................................................11 4.1.‐Descripción....................................................................................................................11 4.2.‐Característicasdelacamillahidráulica........................................................................16 5.‐Cálculosanalíticos........................................................................................18 5.1.‐CálculodelacarreradelcilindrohidráulicoIJ............................................................20 5.2.‐Cálculodelafuerzamáximanecesariaenelcilindrohidráulico...............................24 5.3.‐Seleccióndeldiámetronormalizadodelcilindrohidráulico......................................32 5.4.‐Cálculoapandeodeldiámetronormalizadodelvástago..........................................33 5.5.‐CálculodeldiámetrodelospasadoresJeI,puntoinferiorysuperiordelcilindro hidráulico................................................................................................................................35 5.6.‐CálculodelosdiámetrosdelospasadoresA,B,E,F,asimplecortaduray suponiendoquedebentenerelmismodiámetro...............................................................37 5.7.‐Cálculodelaanchura“b”yelespesor“e”delasorejetasdelamarredelcilindro hidráulico................................................................................................................................39 5.8.‐Cálculodelperfilcuadradoparatodaslasbarrasdelaestructura...........................43 5.8.1.‐BarraI‐I’................................................................................................................43 5.8.2.‐BarraJ‐J’................................................................................................................47 5.8.3.‐BarraAB(plataforma)............................................................................................51 5.8.4.‐BarraAIE(travesaño).............................................................................................53 5.8.5.‐BarraEHF(bastidorochasis).................................................................................57 5.8.6.‐Elecciónperfil.........................................................................................................60 6.‐DiseñoenSolidWorks...................................................................................64 6.1‐Introducción....................................................................................................................64 6.2‐DiseñodepiezasenSolidWorks....................................................................................68 6.2.1.‐Patas........................................................................................................................68 Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 2 6.2.2.‐Barraabajo(bastidor)..............................................................................................69 6.2.3.‐Barrasujeciónpistón(abajo)...................................................................................69 6.2.4.‐Barrasujeciónpistón(arriba)...................................................................................70 6.2.5.‐Travesaño.................................................................................................................70 6.2.6.‐Barrasuperior(plataforma).....................................................................................71 6.2.7.‐Barrarefuerzo(plataforma).....................................................................................71 6.2.8.‐Orejetas....................................................................................................................72 6.2.9.‐Ensamblaje...............................................................................................................72 7.‐ Comparacióndecálculosteóricosycálculosmediantelaherramienta SolidWorksSimulation......................................................................................74 7.1‐IntroducciónaSolidWorksSimulation.........................................................................74 7.2‐Comparacióndecálculosanalíticosycálculosenlaspiezasmásimportantesdela estructura...............................................................................................................................75 7.2.1.‐Barrasuperiordelacamillahidráulica(bastidor)....................................................75 7.2.2.‐Travesaño.................................................................................................................78 7.2.3.‐Barrainferior(Bastidor)...........................................................................................81 7.2.4.‐BarraI–I’,anclajesuperiordelcilindrohidráulico..................................................85 7.2.5.‐BarraJ–J’,anclajeinferiordelcilindrohidráulico...................................................89 8.‐ Análisisdelensamblajecompletodelaestructuramediantelaherramienta SolidWorksSimulation......................................................................................93 8.1.‐Explicacióndelanálisis..................................................................................................93 8.2.‐Análisisdelosensamblajes..........................................................................................95 8.2.1.‐EnsamblajeenmacizoconAceroAISI1020.............................................................95 8.2.2.‐EnsamblajeenmacizoconAleacióndealuminio2219‐T81................................100 8.2.3.‐Resumendedatosobtenidosenlosensamblajes.................................................103 8.2.4.‐EnsamblajeenmacizoconAleacióndealuminio2219‐T81yconunacarga aplicadaenelextremoizquierdodelaplataforma..........................................................105 8.2.5.‐EnsamblajeenmacizoconAleacióndealuminio2219‐T81yconlacargaaplicada enunazonadeterminada.................................................................................................109 9.‐Conclusiones...............................................................................................112 10.‐Bibliografía................................................................................................113 11.‐Anexos......................................................................................................114  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 3 1.‐Introducción  Enesteproyectoqueremosverlaevolucióndeldiseñoycálculodemáquinas, yaquequeremosintegraralcálculoanalíticounsoftwareinformáticopara complementarycomprobardichocálculoanalítico.Elsoftwareinformáticoque usaremosesunprogramadediseñollamadoSolidWorks.  Aunasíinsistiremosenquedichosoftwareinformáticonoessustitutivode loscálculosanalíticosllevadosacabo,sinoqueelobjetodeestesoftwarees complementardichoscálculosyasíobtenerunaayudaduranteelproceso,yaque nohayqueolvidarsequelabasedetodoingenierosonelconocimientoteóricodel cálculodemáquinas.  2.‐Objetoyalcancedelproyecto.  ElpresenteproyectoestábasadoenlaintegracióndeherramientasCAD/ CAEenelprocesodediseño.  EsteproyectohasidorealizadoporelalumnoFranciscoGilChicodela EscueladeIngenieríayArquitecturadeZaragoza.  Elobjetodelproyectoeselcálculodeunacamillaconcilindrohidráulico,con elfindeasimilarlossiguientesobjetivos:  1) IntegracióndeSolidWorkscomoherramientadeCAD/CAE  2) Diseñodeunacamillahidráulicaapartirdeunacamilladesimilares característicasalojadaeneledificioBIFI(InstitutodeBiocomputacióny FísicadeSistemasComplejos)situadodetrásdelEdificioTorresQuevedo delacualobtendremoslosplanosylainformaciónnecesaria. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 4 LaintegracióndeSolidWorkscomoherramientadediseñonospermitetener unaideamásvisualdecómofuncionalacamilla,asícomolasrestriccionesde movimientosylamaneradetransmisióndefuerzasdeunoselementosaotrosde lacitadamáquinacomoahoraseexplica.  Elfuncionamiento,lasrestriccionesdemovimientoylatransmisiónde fuerzasentreloselementosdelamáquinasepuedenvisualizarfácilmentealahora derealizarlosensamblajesentrelasdiferentespiezas.Losensamblajesdefinende formaclarayprecisacomoestánunidasylamaneradeinteractuarunaspiezascon otras.Conelensamblajecompletopodemosobservardequémanerafuncionatoda lamáquina.  Elsegundoobjetivodelproyectoescomprobar,atravésdelcálculoen SolidWorks,queloscálculosanalíticosrealizados,lasdiferenteshipótesisylas condicionesdeldiseñoqueposteriormentecomentaremosseanlascorrectas.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 5 3.‐Procesodediseñoysuaplicación.  3.1‐Procesodediseño   Conceptos ‐Diseño:Transformacióndeconceptoseideasenmaquinariaútil. ‐Máquina:Combinacióndemecanismosyotroscomponentesque transforma,transmiteoempleaenergía,cargaomovimientospara unpropósitoespecífico.  Haymuchosprocedimientosaseguirparallevaracaboeldiseñodeuna máquina,tantoprocesoscomodiseñadores.Enesteapartadosevaaexplicarel procesoquesehaestudiadoenlaasignaturadediseñodemáquinasysusfases son:   Diseño ‐Consideracionesprevias. ‐Procesoiterativo. ‐Reconocimientodelanecesidad. ‐Definicióndelproblema. ‐Diseñopreliminarydiseñodetallado. ‐Presentaciónydocumentación.  Acontinuaciónexplicamosbrevementecadaunadelasfasesdelprocesode diseñoyelordendeaccióndeéstas.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 6 Enlafasedediseñosecomienzaconlaconsideracionespreviasqueconsiste enconocerlossistemasmecánicosyelementosyaexistentesytambiénel conocimientoyestudiodemáquinassimilaresalaquesequierediseñarexistentes yaenelmercado.Nospuedeservirdeayudaalahoradediseñarnuestrapropia máquinaosimplemente,descubrirlaexistenciadeéstaenelmercado.  Seguidamente,hayqueconocerqueelprocesodediseñoesunproceso iterativoenelquehayvariospasosquehayquerepetirentododiseño.  Reconocimientodelanecesidad Definicióndelproblema Diseñopreliminar Diseñodetallado Prototipoypruebas Presentaciónydocumentación  Enestasfases,sepuedevolveratrásdeunasaotrassegúnlasnecesidades delprocesodediseño.  Esteproyectosehacentradoenlasfasesde“diseñopreliminar”y“diseño detallado”.Acontinuaciónsedescribenéstasmásdetalladamente.  Diseñopreliminar  ‐Análisisdevariantes:cuandoyasetieneclaralanecesidadque setienequesatisfaceryestádefinidoelproblemaseanalizanlas posiblessolucionesaéste.Todaslasposiblessolucionesovariantes debenresolverlanecesidaddelaquehablamosyqueseaposible llevarlasacabo. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 7 ‐Esquema:Seguidamenteserealizauncroquisdelavariantede encajemáseldiseñodemáquinaquesedesearealizar.Debeserun dibujointuitivoquetomaráformatrasloscálculos.  Diseñodetallado  ‐Hipótesisdecálculo:Estepasoconsisteenestablecerunaserie depautasquesetienenqueseguiralahoradecalcular.Muchasveces éstassonestablecidasporelcliente(unadeterminadavelocidaddel elementoprincipaldelamáquina,unapotenciaquesedebetransmitir, etc.).Tambiénseincluyenenesteapartadolasteoríasdecálculo utilizadas,coeficientesdeseguridad,etc.  ‐Elementoscomerciales:Cuandosehanestablecidolashipótesis decálculoysehanllevadoacaboéstos,seprocuraque,enlamedida deloposible,loselementosdimensionadosesténnormalizadospara abaratarcostesyfacilitarfuturasreparaciones.Asínosepierdetiempo ydineroenfabricaromecanizarelementosyaexistentesenelmercado.  ‐ Ensamblaje:Unavezdimensionadostodosloselementos,se debenjuntarparaformarlamáquina.Paraellohayquemecanizar algunosdeestoselementos,fabricaruniones,etc.  ‐Rediseño:Entodoslospasosanteriorespuedensurgirproblemas quenosllevenavolveradiseñaralgúnelemento,sobretodo,enel procesodeensamblajeyaque,todosloselementosdiseñadospor separado,debenformarlamáquinafinal,ynosiempreencajanbien unosconotros.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 14 Ima g en5:Cilindrohidráulico. ‐ Cilindrohidráulico:Eseldispositivoqueaccionalastijeraso travesañosyquetienequeproporcionarlafuerzanecesariaparaelevaro descenderlacarga.Elcilindroseaccionarápormediodeunpedal,hacia arribaparasubirohaciaabajoparabajar,disponiendodeunoacadalado paramayorcomodidad.Elcilindrotienequeserdedobleefectoyaque trabajaencargatantoalelevarlacargacomoaldescenderla.      Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 15 Hayinfinidaddetiposdecamillashidráulicas,aunquenuestracamillaa estudiarvaaserlamencionadaanteriormente,acontinuaciónmostramosotras variantes:                   Comosepuedeobservarenlasdosimágenesanteriores,ambascamillas hidráulicastienenlaspartesfundamentalescomentadasanteriormente,aunque dispuestasdemaneradiferente.Deestamanerasepuedeobservarlacantidadde diseñosomanerasdiferentesquehaydediseñarlascamillashidráulicas. Dependiendodeestopodránaguantarmásomenospeso,lainclinacióndelas almohadaspodráserunauotra,yasívemosunasdelasmuchasmanerasque puedehabereneldiseñodeconstruccióndeéstas. Ima g en6:Ti p osde camillahidráulica. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 16 4.2.‐Característicasdelacamillahidráulica  Acontinuaciónsevanamostrarlascaracterísticasehipótesisgenerales.Se detallaelfuncionamientoydatosdeimportanciacomo,lacapacidaddeelevación, dimensiones,tiposdeaccionamiento,materialycoeficientedeseguridad.  Capacidaddeelevación150Kg DimensionesA=1300mm B=640mm C=250mm(Posiciónmásbaja) D=600mm(Posiciónmásalta)    TipodeaccionamientoCilindrohidráulicomediantepalanca MaterialAceroE350τf=0,5∙σf CoeficientedeseguridadCs,f=2,Teoríadelcortantemáximo  Ima g en7:Es q uema3Ddelaestructura. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 17 Esquema2D  Enlafotoanteriorpodemosobservarunesquemaen2dsimplificadodela quevaasernuestramáquinaaestudiar.Dondevemoslacota“CoD”significaque paralaposiciónmásbajadelacamillahidráulicaelvalordeesacotaserádeC= 250mm,yparaelcasoenelquelacamillahidráulicaestéenlaposiciónmásaltael valorserádeD=600mm.  PerfilI‐I’oJ‐J’    Ima g en8:Es q uema2Ddelaestructura. Ima g en9:Es q uemadelabarradelcilindro. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 18 5.‐Cálculosanalíticos  Enesteapartadollevaremosacaboloscálculosteóricosparael dimensionamientodelamáquina,aplicandolateoríadefallodelaTensiónde CortanteMáximo.  ElmaterialquevamosautilizarparafabricarlacamillahidráulicaesE‐350 perociertaspartesestaránsometidasaundesgastemayoryusaremosotroacero queseráelE‐500.Deaquí,laletranosindicaeltipodeaceroquees,ylascifras posterioresindicanellímiteelásticodelmaterialexpresadoenmegapascales (MPa).  Unavezquetenemosclarolosmaterialesquevanaformarparteenel elevador,debemostenerencuentaelcoeficientedeseguridadqueennuestrocaso serásiempreCs=2.  Lametodologíaparallevaracaboloscálculosteóricosconstadeunaseriede pasosqueacontinuaciónsedetallan:  ‐Diagramadesólidolibre:esuncroquisquemuestratodaslasacciones extremas(fuerzasymomentos)queactúansobreél.Eltérminolibreimplica quesehanretiradotodoslosenlacesdelcuerpoyqueestossehan reemplazadoporlasreacciones,comopuedenserfuerzasomomentos,que éstosejercensobreelcuerpo.Paraelloesimportantetenerclarolascargas queactúanylasrestriccionesquedefinenlasreaccionesquehabráenlos apoyos.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 19 ‐ Plantearlasecuacionesdelaestática:Consisteenincluir,enlas ecuacionesdeequilibrio,todaslasfuerzasyparesaplicadossobreelsólidoy representarloseneldiagramadesólidolibre.Seresuelveelsumatoriode fuerzasrespectoaunosejescartesianos,dedondesalen2ecuacionessi estamosenundiagramadesólidolibredeunadimensión.Tambiénse resuelvelaecuacióndemomentosflectoresqueesunaecuacióndeuna dimensión.  ‐ Resolverlasecuacionesdelaestática:Lasecuacionesdelaestática equivalen,enelcasomásgeneral,aseisecuacionesescalaresparacada sólidorígidoenequilibrioynopermiten,porlotanto,resolvermásdeseis incógnitasescalares.Sielnúmerodeincógnitasesigualalnúmerode ecuacionesindependienteselproblemaestáresuelto,perosiesmayorno tienesoluciónporelmétodoindicadoydecimosqueesunproblema estáticamenteindeterminado.  ‐ Dimensionamiento:Unavezresueltaslasecuacionesdeestática, mediantelaTeoríadeCortanteMáximo,conunCs=2,yconlashipótesis inicialesadoptadassecalculanlasdimensionesdelosperfilesestructurales, delcilindro…  Encadaunodelossiguientesapartadossehallevadoacaboesta metodología.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 20 α 5.1.‐CálculodelacarreradelcilindrohidráulicoIJ.  Paracalcularlacarreradelcilindrohidráulicosetienecomodatolas dimensionesdelostravesañosasícomolasdimensionesdelbastidorydela plataforma,yademássesabequeparalaalturamásbajaladistanciaquehayentre elbastidorylaplataformaesde250mmyqueparalaalturamásaltaladistancia entreestosesde600mm.  Posiciónmásbajadelacamillahidráulica  Primerosehahalladolalongitudmínimadelcilindro,sabiendoquelacamilla hidráulicaestáenlaposiciónmásbaja.Paraaveriguarestalongitud,seha estudiadográficamentelaposiciónmásbajadelacamillahidráulica.Entonces:  EA=610mm EI=310mm EH=470mm      AclararqueladistanciaEAeslacorrespondientealtravesañoquevadel bastidoralaplataforma.LospuntosHeIsonlospuntosenlosquevaancladoel cilindrohidráulicoyesladistanciaquequeremoshallarparaasípodersaberel valorenlaposiciónmásbajadelacamillahidráulica,quees,comosepuedeveren eldibujo,de250mmentrelaplataformayelbastidor,esdecir,entrelospuntosE yA.  A E I J y xx’ β  γ  σ ϕ 250 Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 21 Unavezplanteadoeldibujográficamenteprocederemosaloscálculos:  Senα=250/EA=250/610=0.4098;α=24.19° 180=α+β+90;β=180–90–α;β=65.81 Senα=y/310;y=senα*310;y=127.0267mm Cosα=x/310;x=cosα*310;x=282.7794mm x’=470–x=470–282.7794;x’=187.2206mm tgϕ=y/x’=127.0267/187.2206=0.6784;ϕ=34.15° 180=90+ϕ+γ;γ=180–90–ϕ;γ=55.84° 180=β+γ+σ;σ=180–β–γ;σ=58.35°  Despuésdehaberhalladotodoslostérminosprocedemosacalcularla longitudHIqueeslaquenosvaainteresarparaposteriormentepoderhallarla carreradelcilindro.  HI=′=√187.2206 127.0267=226.2461mm  Longitudmínimadelcilindrohidráulico=226mm  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 22 α β γ σ ϕ Posiciónmásaltadelacamillahidráulica  Seguidamentedehaberhalladolalongitudmínimadelcilindrohidráulicose vaahallarlalongitudmáximadelamismaforma,sabiendoquesedacuandola camillahidráulicaestáenlaposiciónmásalta.Entonces:  EA=610mm EI=310mm EH=470mm       Acontinuaciónprocederemosaloscálculosunavezplanteadoelproblema gráficamente:  Senα=600/EA=600/610=0.9836;α=79.61° 180=α+β+90;β=180–90–α;β=10.39° Senα=y/310;y=senα*310;y=304.9169mm Cosα=x/310;x=cosα*310;x=55.9077mm x’=470–x=470–55.9077;x’=414.0923mm tgϕ=y/x’=304.9169/414.0923=0.7363;ϕ=36.36° 180=90+ϕ+γ;γ=180–90–ϕ;γ=53.64° 180=β+γ+σ;σ=180–β–γ;σ=115.97° A J E I xx’ y  600 Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 23 Despuésdehaberhalladotodoslostérminosprocedemosacalcularla longitudHIqueeslaquenosvaainteresarparaposteriormentepoderhallarla carreradelcilindro.  HI=′=√414.0923 304.9169=514.2438mm  Longitudmáximadelcilindrohidráulico=514mm  Unavezobtenidaslalongitudmáximaymínimadelcilindrohidráulicose puedehallarlacarreradeésterestandoambaslongitudes.  Carrera=longitudmáxima–longitudmínima; Carrera=514‐226=288mm Asípues,tomaremoscomocarreradelcilindrohidráulico300mm.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 30 440 330 470 60 FE FCFF F2 F1 RERF ϕ EF J Aunquenoseríanecesariohallarlasfuerzasdelbastidor,plantearemosel diagramadesólidolibredeésteyhallaremoslasfuerzasimplicadasyaque posteriormentenosharánfaltaenalgunaoperación.  Comovemosnosaparecendosfuerzas,F1yF2quesontransmitidasdesdelas patasdelacamilla,yaqueseránlareaccionesquehagalacamillasobreelsuelo. ϕ=34.15°       Despuésdehaberplanteadoeldiagramadesólidolibreprocedemosa plantearelsistemadeecuacionescorrespondientesabiendolosvaloresdetodas lasreaccionesmenosdeF1yF2quesonnuestroobjetivoenestesistema.  ΣFH=0;RE=FC*cosϕ+RF; ΣFV=0;FF+FC*senϕ=F1+F2+FE; ΣME=0;‐F1*60–FC*senϕ*470–FF*800+F2*1240=0;  Resolviendoelsistema,sabiendoyatodoslosvalores,menosF1yF2como hemosdichoanteriormente,senosquedaunsistemade2ecuacionesydos incógnitastalquenosquedalasiguientesolución:  F1=250.9654N;  F2=724.7775N;  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 31 Comoresumenvamosahacerunatablaconlasdistintasfuerzasque aparecenenlaestructurayqueluegousaremosparalasimulaciónenelprograma SolidWorks.  F(N)Fejex(N) Fejey(N) Fresultante(N) PuntoA‐949.4204 548.4375 1096.441 PuntoB949.4204 426.5625 1040.8432 PuntoE750.7704 ‐604.8963 964.1347 PuntoF‐949.4204 ‐426.5625 1040.8432 PuntoI‐1701.3642 1154.0768 2055.8535 PuntoJ1701.3642 ‐1154.0768 2055.8535 Punto10250.9654 250.9654 Punto20724.7775 724.7775  LospuntosIyJ,sonlospuntosenlosquevaancladoelcilindroyporlotanto serániguales,asíquecomoyahabíamosdichoanteriormente.  Lafuerzamáximadelcilindrohidráulicoserá=4111.707N.    Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 32 5.3.‐Seleccióndeldiámetronormalizadodelcilindrohidráulico.  Parahallareldiámetrodelpistóndelcilindrohayqueutilizarlasiguiente expresión,  F=A P,  empleandolasunidadesadecuadas.FuerzaenNewton(N),PresiónenMpa(N /mm2),Área(mm2).  P=40bar=40*1052 m N*26 2 10 1 mm m=4Mpa=42 mm N P=A F;A=P F=4 707.4111 =1027.9267mm2  Hemoscalculadoeláreadelpistóncorrespondientealafuerza correspondienteyahoraprocedemosacalcular,apartirdeldatoobtenido,el diámetrodelpistóndelasiguienteforma,  A=4 *2 D  ; D=  A*4 =  9267.1027*4 =36.17mm  Eldiámetrodelpistóndebetenerunvalormínimode36.17mm,porloquehay queseleccionarelinmediatosuperiordelosdiámetrosnormalizadosqueseráde40 mm.  Diámetrodelpistónnormalizado=40mm. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 33 5.4.‐Cálculoapandeodeldiámetronormalizadodelvástago.  Cilindroshidráulicosyneumáticos.  Latablaanteriornossirveparaencontrareldiámetrodelvástagoque necesitaremosparanuestrocaso.Conlafuerzamáximadelpistón,F=4111.707N, ylalongitudequivalente,Le,quéacontinuaciónexplicaremoscomoseobtiene, entraremosenlatablayelegiremoseldiámetrocorrespondiente.    Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 34   Lalongitudequivalente,Le,secalculadelaformaLe=β*L,siendoβel coeficienteapandeoquedependedelagarreenlosextremosdelcilindroysegún vemosenlasdostablasanterioreslecorrespondeelvalordeβ=2yaquees articuladoyrígidamenteguiadoysiendoLlacarreradelcilindro,entonces:  Le=β*L=2*300=600  Entrandoconestosdosvaloresalatabla,vemosqueelvalordeldiámetrodel vástagoquedaentre14y18mm,asíque,conestosdatosseleccionaremosel vástagodemayordiámetroqueseráelde18mm.  Diámetrodelvástago=18mm. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 35 5.5.‐CálculodeldiámetrodelospasadoresJeI,puntoinferiory superiordelcilindrohidráulico.  Parahallareldiámetrodelospasadoreshayquecalcularlosenlasituación másdesfavorable.Éstasedacuandolafuerzadelcilindroesmáxima,enestecaso, enlaposiciónmásbajadelacamillahidráulica.  Anteriormente,enelapartado5.2,calculamoslasreaccionesentodoslos pasadoresyahoraconesosdatosprocederemosacalculareldiámetrodeéstos.Así pues,vamosaexplicarcómohallareldiámetrodelospasadoresyseguidamente procederemosaello.  Conlareacciónquetienelugarenlospasadores,yconlatensión,sehallael áreadelaquesacaremoseldiámetrodelpasador.  =A F.  F  =0.5*F    admmax, = S F C    Acontinuaciónhallaremoselárea, A= adm F max,   yunavezhalladaeláreapasaremosacalculareldiámetrodelpasador, D=  A*4 . Unavezobtenidoeldatocorrespondienteelegiremosundiámetronormalizado.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 36 Asípues,primerocogeremoselvalordelasreaccionesenelpasadorHoI, queserálafuerzadelcilindro,  Fcilindro=4111.707N; F  =0.5*F  =0.5*350=175N/mm2;  admmax, = S F C  =2 175 =87.5N/mm2;  Debidoaquelasorejetasestánsometidasadoblecortadura,lasiguiente fórmula,  =A F,pasaaquedarasí,  =A F2/ ,porlotanto:  A= adm F max, 2/  =5.87 2/707.4111 =23.49mm;  D=  A*4 =  4954.23*4 =5.46mm;  Finalmente,lospasadoresHeIcomomínimotendránquetenerundiámetro de5.46mmyennuestrocasoelegiremosunpasadorconundiámetrode10mm.  DiámetrodelospasadoresJeI=10mm.   Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 37 5.6.‐CálculodelosdiámetrosdelospasadoresA,B,E,F,asimple cortaduraysuponiendoquedebentenerelmismodiámetro.  Pararesolverestaparteprocederemosdelamismamaneraqueparacalcular lospasadoresdelapartadoanterior.Asípues,procedemosacalculardichos pasadoresdelasiguientemanera.  Primeroelegiremoselpasadorquetengaelvalordelasreaccionesmásalto, queseráconelqueharemosloscálculos,paraposteriormentepoderelegirun diámetroválidoparalospasadores.  Asípues,buscandoelvalormásaltoenlasreacciones,halladasyresumidas enlatabladelpunto5.2,elegiremoselvalordelasreaccionesenelpuntoA, siendosuvalorde:  ReaccionesenelpasadorA:  RA=949.4204NyFA=548.4375N FR=√ =√949.4204 548.4375=1096.44N.  Porlotanto,procederemosahacerloscálculoscorrespondientes.  F  =0.5*F  =0.5*350=175N/mm2;  admmax, = S F C  =2 175 =87.5N/mm2;  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 38 A= adm F max,  =5.87 44.1096 =12.52mm;  D=  A*4 =  5207.12*4 =4mm;  Asípues,lospasadoresA,B,EyFtendránquetenercomomínimoun diámetrode4mmynosotroselegiremosundiámetrode10mm,igualqueenel casodelospasadoresHeI.  DiámetrodelospasadoresA,B,EyF=10mm.   Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 39 Fc Fc/2Fc/2 d e e 5.7.‐Cálculodelaanchura“b”yelespesor“e”delasorejetasdel amarredelcilindrohidráulico.           Enlafiguraanteriorpodemosverundibujoenelqueserepresentalaforma delasorejetasdelcilindroenelcualiráamarradoéste.Paracalcularlas dimensionesdelasorejetastenemosquepartirdelcasomásdesfavorable,que serácuandolafuerzadelcilindroseamáxima,Fcilindro=4111.707N,esdecir,enla posiciónmásbajadelacamillahidráulica.Tambiénconocemoslatensiónde fluenciadelmaterial,F  =350N/mm 2,yelcoeficientedeseguridad,Cs=2,porlo que,latensiónmáximaadmisibleserá:  admmax,  = S F C  =2 350 =175N/mm2.  Primeroanalizaremoselcálculoporaplastamientodelasorejetasconel pasador,sabiendosuvalorhalladoenelapartadoanterior.Apuntarqueusaremos eldiámetrocalculadoyaqueesmásrestrictivoqueelnormalizado.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 46 Momentoflector:      Ahorapasamosahallarelmóduloresistente,  x z z W M y y W M S F C   alserperfilcuadradoW=WZ=WY,entonces:  xW MM yZ   S F C    S F C   2 350 175N/mm 2  175=W 4.4082788.277048 ;W=3916.15mm3=3.916cm3  408278.4N.mm Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 47 PerfildelabarraJ–J’. y z x Ejesdereferencia. 480 5.8.2.‐BarraJ‐J’         Enlafiguraanterior,semuestraunesquemadecómoincidelafuerzamáxima delcilindroenelperfil,amarreinferiordelcilindrohidráulico.Similaralapartado anterior,lafuerzadelcilindroestaríaelevadaporencimadelperfil,alaalturapor dondepasaelpasadordelasorejetas,yesoprovocaríaquetambiénhubieseun esfuerzodetorsión,peroparasimplificarloscálculostrasladamoslafuerzadel cilindroalcentrodelperfil,entonces,lafuerzadelcilindronosvaaprovocar momentoenladireccióndeleje“y”ydeleje“z”.  Entonceslabarraquedadelasiguientemanera: Ejey        β Fcilindro 2328.88N 1164.44N1164.44N Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 48 480 Asípueslosdiagramasdeesfuerzosquedandelasiguientemanera.  Esfuerzocortante:       Momentoflector:     Ejez       1164.44N 1164.44N 372620.8N.mm 3402.72N 1701.36N1701.36N Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 49 Asípueslosdiagramasdeesfuerzosquedandelasiguientemanera.  Esfuerzocortante:       Momentoflector:      Ahorapasamosahallarelmóduloresistente,  x z z W M y y W M S F C   alserperfilcuadradoW=WZ=WY,entonces:  xW MM yZ   S F C    1701.36N 1701.36N 544435.2N.mm Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 50 S F C   2 350 175N/mm 2  175=W 2.5444358.372620 ;W=5240.32mm3=5.24cm3  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 51 800 300200 A B 949.4204N 426.5625N 949.4204N 949.4204N 5.8.3.‐BarraAB(plataforma)  EnlabarraABactúalafuerzaejercidaporelpesomáximoquetendráque soportarlacamillahidráulica,queseráunafuerzade750Ndistribuidosalolargo detodalabarra,queenelsiguienteesquemayaplanteamoscomotresfuerzas equivalentesensusrespectivasposiciones.Además,aparecenlasreaccionesenlos puntosAyBcalculadasanteriormente.           Asípues,losdiagramasdeesfuerzosdelabarraquedandelasiguiente manera.  Esfuerzoaxil:       750N/m 548.4375N Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 52 Esfuerzocortante:        Momentoflector:        Unavezhalladoslosdiagramasdeesfuerzosvemosquelasecciónmás desfavorableestáenelpuntoA,yaquealahoradededimensionar,elmomento flectoryelesfuerzoaxil,sonlosesfuerzosquemásimportanciatienen.Porlotanto éstasecciónserálaqueestudiemosparaeldimensionamientodelabarra.  Secciónmásdesfavorable,puntoA:  N=942.4204N Mz=33750N.mm  225N 323.4375N 276.5625N 150N 33750N.mm 15000N.mm Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 53 A I E 310 300 α=24.19° 949.4204N 548.4375N 750.7704N 604.8963N 2055.8535N β=58.36 ° t S F C  =2 350 =175MPa x A N z z W M A 4204.942  z W 33750 175;  Comotodavíanotenemosunperfilelegido,nopodemossabereláreade dichoperfil,porlotantoobviaremoselprimertérminodelaecuacióny procederemosahallarelmóduloresistenteparaposteriormenteiralatabladel anexo1yelegirelperfilrequerido.  x z W 33750 175; Wz=192.8571mm3=0.192cm3  5.8.4.‐BarraAIE(travesaño)  EnlabarraAIEactúalafuerzadelcilindrohidráulicoylasreaccionesenlos puntosAyE,calculadasanteriormenteydelasquetenemoslosvalores.           Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 54 A I 224.7298N 866.0533N 389.0381N 500.2801N 1078.4604N 247.8646N 684.8464N 307.6385N 551.7813N I E 1078.4604N A641.3235N 889.3182N 859.4198N 436.9818N Acontinuacióndescompondremoslasfuerzasendosejes,unoperpendicular alabarra,yotroenladireccióndelabarra,paraposteriormenteagruparlasy poderpasaradibujarlosdiagramasdeesfuerzoscorrespondientes.                       E 1750.2733N 1750.2733N Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 55 436.9818N 641.4786N 889.3182N 859.4198N Ahorarepresentamoslosdiagramasdeesfuerzos. Esfuerzoaxil:           Esfuerzocortante:             Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 62 BarraJ–J’  N=0N Mz=917056N.mm  x A N z z W M 5540 917056 175;  x165.53<175. Sicumple.  BarraAB  N=949.4204N Mz=33750N.mm  x A N z z W M 294 4204.949  3470 33750 175;  x12.9555<175. Sicumple.  BarraAIE  N=641.4786N Mz=266795.46N.mm  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 63 x A N z z W M 294 4786.641  3470 46.266795 175;  x79.0682<175. Sicumple.  BarraEHF  N=750.7704N Mz=417313.05N.mm x A N z z W M 294 7704.750  3470 05.417313 175;  x122.8167<175. Sicumple.  Comopodemosobservartodoslosperfilescumplenlascondicionesexigidas, porlotanto,podemosconcluirquelosperfilesescogidosestánbienelegidos.  PerfilelegidoparalasbarrasI‐I’yJ‐J’40x40x4.  Perfilelegidoparalasdemásbarrasdelaestructura40x40x2.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 64 6.‐DiseñoenSolidWorks  6.1‐Introducción  SolidWorksesunasolucióndediseñotridimensionalcompletaqueintegraun grannúmerodefuncionesavanzadasparafacilitarelmodeladodepiezas,crear grandesensamblajes,generarplanosyotrasfuncionalidadesquelepermiten validar,gestionarycomunicarproyectosdeformarápida,precisayfiable.  SolidWorksposeetresmódulosmuyútilescomosondiseñodepieza, ensamblajesydibujo,ycadaunadisponedemuchasherramientasde productividad,comunicaciónyanálisisysimulación.Enlasiguientefigurapodemos observarunejemplo.  Imagen11:MenúdecreacióndenuevodocumentoenSolidWorks. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 65 Imagen12:Menúdelmódulopieza. LasprincipalescaracterísticasquehacequeSolidWorksseaunaherramienta versátilyprecisaessucapacidaddeserasociativoyparamétricodeforma bidireccionalcontodassusaplicaciones.Refiriéndonosalsignificadodeasociativo, queremosdecirquetodoslosmódulosestánvinculadosyquelamodificaciónde unficheropieza,modificaelensamblajeylosplanosasociadosdeforma automática,sintenerquenosotrosmodificarnada.  Acontinuaciónprocedemosadescribircadaunadelastrespartesmás significativasdentrodeSolidWorks.  Módulopieza Éstemóduloconstituyeunentornodetrabajodondesepuedendiseñar modelosmedianteelempleodeherramientasdediseñodeoperaciones ágileseintuitivas.Elconjuntodefuncioneseiconospermitencrearmodelos tridimensionalespartiendodegeometríasdecroquisyobtenersólidos, superficies,estructurasmetálicas,etc. Losmodeloscreadossegestionanmedianteelgestordediseñodonde seincluyentodaslasoperaciones2Dy3Dutilizadasenlaobtencióndela pieza.          Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 66 Ensamblaje  Éstemóduloestáformadoporunentornodetrabajopreparadopara crearconjuntosmediantelainsercióndelosmodelos3Dcreadosenel módulopieza.Losensamblajessedefinenporelestablecimientode relacionesgeométricasentrelaspiezasintegrantes.  Lacreacióndelosensamblajespermiteanalizarlasposibles interferenciasochoquesentreloscomponentesmóvilesinsertadosasícomo simularelconjuntomediantemotoreslineales,rotativos,resortesygravedad parapoderevaluarlacorrectacinemáticadelconjunto.              Imagen13:Menúdelmóduloensamblaje. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 67 Dibujo  Ésteúltimomódulopermitecrearplanosconlasvistasdelosmodeloso ensamblajesdeformaautomáticaydeunamaneramuysencilla.Laobtención delasvistas,alzado,plantayperfil,requiereúnicamentepulsarsobreun iconooarrastrarlapieza3Ddesdesuventanacorrespondientehastala ventanadeldibujo.  Elmódulodedibujotambiénpermiteobtenerproyecciones ortogonales,secciones,cortes,perspectivas,acotación,entreotrasmuchas funciones.Estosdocumentosestántotalmenteasociadosalaspiezasy ensamblajesdeformaquecualquiercambioenellasseactualizaentiempo realensusplanoscorrespondientes,sintenerquemodificarlodeforma manual.     Imagen11:Menúdelmódulodibujo. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 68 Ima g en11:Patas. Ima g en12:Patas. 6.2‐DiseñodepiezasenSolidWorks  Eldiseñodelaspiezasnecesariasparaconformarlacamillahidráulicase realizateniendoencuentalasmedidasobtenidasdelosplanoshechossobreuna camillahidráulicadesimilarescaracterísticassituadaeneledificioBIFI(Institutode BiocomputaciónyFísicadeSistemasComplejos)situadodetrásdelEdificioTorres Quevedo.  AcontinuaciónmostraremoslaspiezasdiseñadasatravésdeSolidWorks.  6.2.1.‐Patas  Habrádospiezasentotal,sobreéstasiránlasdosbarrasqueconformanel bastidor,yloqueharánserásoportartodoelpesodelaestructura.    Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 69 Ima g en13:Bastidor. Ima g en14:Barrain f eriordel p istónhidráulico. 6.2.2.‐Barraabajo(bastidor)  Habrádospiezascomoéstasenlaestructurayaéstasiránlosdostravesaños unidosmediantepasadores.    6.2.3.‐Barrasujeciónpistón(abajo)  Sobreéstabarrasecolocarándosorejetas,lascuales,sujetaránelcilindro hidráulicoensuparteinferior.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 70 Ima g en15:Barrasu p eriordel p istónhidráulico. Ima g en16:Travesaño. 6.2.4.‐Barrasujeciónpistón(arriba)  Sobreéstabarrasecolocarándosorejetas,lascuales,sujetaránelcilindro hidráulicoensupartesuperior.    6.2.5.‐Travesaño  Habrácuatroentotalyuniránlapartesuperioreinferior,bastidory plataforma,delaestructura.Tambiéniránapararentredostravesañoslabarra superiordelasujecióndelcilindrohidráulicocomoveremosenelensamblaje.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 71 Ima g en17:Barrasu p erior (p lata f orma ) . Ima g en18:Barradere f uerzoenla p lata f orma. 6.2.6.‐Barrasuperior(plataforma)  Habrádosenlaestructurayconformaránlapartesuperior,plataforma,alas cualesiránlostravesañosylasbarrasderefuerzodelaplataformaqueveremosen lasiguientepieza.    6.2.7.‐Barrarefuerzo(plataforma)  Estasbarrassonpartedelaplataforma,soncuatroentotal,ysufunciónes reforzarla.Mástardelaspodremosverenelensamblaje.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 78 Ahoravamosapasaraverlosdesplazamientosconlasmismascondiciones definidasanteriormente.     Elmayordesplazamientoesde0.14mmy,comoeradeesperar,sedaenla partecentral,quees,lapartemásalejadadelosapoyosdondehemosimpuestolas condicionesdeapoyo,puntosAyB.  7.2.2.‐Travesaño  Seguidamenteestudiaremosunodeloscuatrotravesañosquehayenla estructurayqueunelabarrasuperior(plataforma)conlabarrainferior(chasis).  Paraestapartedelaestructurarestringiremoselmovimientoylatraslación dondeseencuentranlospasadores,esdecir,enlospuntosAyE,ysolamente permitiremoselgiro.Además,trasladaremoslafuerzadelcilindroqueejercesobre estabarracomoahoraveremosenlasiguienteimagen.  Imagen25:Desplazamientosenlabarrasuperior. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 79    ExplicandolasdiferenciasquehayentrelasimulaciónhechaenSolidWorksy loscálculosanalíticospodemosdecirquelaprincipaldiferenciaeslamanerade trasladarlafuerzadelcilindroaestabarra,yaqueenloscálculosanalíticosestá trasladadademaneraqueseencuentraenmitaddelabarrayaquícomopodemos observarenlaimagenestátrasladadaúnicamenteaunapareddelabarra,loque nosvaagenerarunaseriedediferenciasqueahoraveremosycomentaremos graciasaldiagramadetensiones.  Asípues,vemosacontinuaciónladistribucióndetensioneseneltravesaño. Imagen27:Diagramadetensiones. Imagen2 6 :Condicionesdeapoyoycargas. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 80 Comopodemosverenlaimagen27podemosapreciarquenossaleunpunto demayortensiónde133.26MPayanosotrosenloscálculosanalíticosnossalíaun valormáximode80MPaaproximadamente.Esosedebeaqueenloscálculos analíticosnotenemosexactamenteelmismomodeloqueseanalizaaquí,como hemosexplicadoanteriormente.Altrasladarlafuerzadelcilindroaunapareddela barraynoalcentrocomohemoshechoenloscálculosanalíticos,vemosqueesta fuerzaprovocaqueenelpuntodeaplicaciónlabarraseretuerzayhayaunpicode tensiónmásalto,comovamosaverenlasiguienteimagen.     Aúnasípodemosconcluirquelabarraestábiendimensionadayaquecomo podemosobservarenlasdemászonasdelasbarrassepuedeobservarquehay pocatensiónyporlotantonuestrabarraaguantarábienlascargas.  Imagen28:Detalledelazonaconmástensión. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 81 Encuantoadesplazamientospodemosobservarenlaimagen27queel máximodesplazamientoes0.62mmysedaenlazonaenlaquetransmitimosla fuerzadelcilindrocomoeslógicoyeslazonamásalejadadelosapoyos.     7.2.3.‐Barrainferior(Bastidor)  Ahoravamosaestudiarlabarrainferior,dondemáscargasaparecen,y veremosquéresultadosobtenemos.  Paraestapartedelaestructuratraspasaremostodaslasfuerzasque provengandelasbarrasconectadasconésta,comosonlasfuerzasprovenientesde laspatasytambiénlafuerzadelcilindroqueejercesobreestabarra.Además, comoenelapartadoanterior,alospasadoresEyF,lesrestringiremosel movimientoytraslaciónysólopermitiremoselgiro.  Imagen29:Desplazamientoseneltravesaño. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 82 Acontinuaciónveremosunaimagenconlascondicionesimpuestassobrela barra.    Enestabarrapasaalgomuyparecidoaladelapartadoanterior,alahorade trasladarlafuerzadelcilindro,latrasladamosalaparedynoalcentrodelabarra comosehahechoenloscálculosanalíticos,loquevaaprovocaralgúncambioque ahoracomentaremosobservandoeldiagramadetensiones.   Imagen30:Condicionesdeapoyoenlabarrainferior. Imagen31:Diagramadetensiones. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 83 Comopodemosverenlaimagen31podemosapreciarquenossaleunpunto demayortensiónde160MPayanosotrosenloscálculosanalíticosnossalíaun valormáximode123MPaaproximadamente.Esosedebeaqueenloscálculos analíticosnotenemosexactamenteelmismomodeloqueseanalizaaquí,como hemosexplicadoanteriormente.Altrasladarlafuerzadelcilindroaunapareddela barraynoalcentrocomohemoshechoenloscálculosanalíticos,vemosqueesta fuerzaprovocaqueenelpuntodeaplicaciónlabarraseretuerzayhayaunpicode tensiónmásalto,comovamosaverenlasiguienteimagen.     Aúnasípodemosdecirquelabarraestábiendimensionadayaqueenlas demászonasdelabarratenemospocatensiónporloquenotendremosproblema enquenuestrabarraaguantedeunamaneracorrectalascargashalladasenella.     Imagen32:Detallepuntomásdesfavorable. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 84 Encuantoadesplazamientospodemosobservarenlaimagen27queel máximodesplazamientoes5.6mmysedaenlazonamásalejadadelosapoyos.   Enestabarravamosacomentarundatosobreelfactordeseguridadquese puedeapreciarenlasiguienteimagen.Nosotroshemoscalculadotodalabarracon uncoeficientedeseguridaddedosyenlaimagenpodemosvercomohayunas pequeñaszonasenlasqueesunpocoinferior,Cs=1.82,estosedebealamanera deaplicarlacarga,yaquelahemosaplicadodirectamenteenlaaristainferioryno enlazonacuadradainferior,similaralaspatas.  Imagen33:Desplazamientosenlabarrainferiordelaestructura. Imagen34:Detalledelcoeficientedeseguridad. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 85 7.2.4.‐BarraI–I’,anclajesuperiordelcilindrohidráulico  Enesteapartadoveremoslosesfuerzosalosqueestásometidalabarraenla queestáancladoelcilindrohidráulicoensupartesuperior.  Paraelestudio,estabarralavamosaempotrarensusextremosyle aplicaremoslafuerzadelcilindroenlasorejetasenlasquevaancladocomovemos acontinuación.    Lasdiferenciasquepodemosencontrarentreestasimulaciónyloscálculos analíticossondosprincipalmente.Laprimeraesqueaquísupondremosquela barraestáempotradaensusextremosyanalíticamentehemossupuestoquelos extremosestabanapoyados.Ylasegundadiferenciaesquelafuerzadelcilindro aquílaaplicamosenlasorejetasyanalíticamentelahemossupuestoenelcentro delabarra.Estasdosdiferenciasnosprovocaránunaseriedereaccionesqueahora comentaremosobservandoeldiagramadetensiones.   Imagen35:CondicionesdeestudioenlabarraI‐I’. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 86    Comopodemosobservarhaytreszonasenlasquenosencontramosmás tensiónysonenelpuntodondeestánlasorejetasyenlosextremos,esosedebea quealestarempotradalabarranosprovocaunpuntodemayortensión,cosaque nosehatenidoencuentaenloscálculosanalíticoscomoyahabíamosdicho anteriormente.Además,podemosobservartambiénquehayotropuntodondese encuentraelpuntomáximoqueeslaunióndelasorejetasconlabarra,yaquees unpuntodeconcentradordetensiones,queaunquenosehabíacalculado,gracias alasimulaciónenSolidWorks,podemosidentificarclaramente.   Imagen3 6 :Diagramadetensiones. Imagen37:Detalledelconcentradordetensionesentreorejetaybarra. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 87 Imagen39:Coeficientedeseguridadenlasorejetas. Encuantoalosdesplazamientoscomopodemosobservarenlasiguiente imagenvemosquesedaunvalormáximode0.27mmysedaenlasorejetas,un datomuynormalyaqueesdondeestáaplicadalafuerzadelcilindrohidráulico.    Vamosacomentarelfactordeseguridadenestabarraatravésdeuna capturaenlasimulacióndeSolidWorksquevemosacontinuación.Podemosver queenlazonadelasorejetasapareceuncoeficientedeseguridadquenocumple connuestrorequisitodeque,Cs=2,siendoésteunvalormuypequeño,Cs=0.78. Imagen38:DesplazamientosenlabarraI – I’. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 94 Losmaterialesconlosquevamosasimularelensamblajedelaestructuravan aserlosdossiguientes.  AceroAISI1020  Propiedad Valor Unidades Móduloelástico200000 N/mm2 Densidaddemasa7900 Kg/m3 Límiteelástico351.57 N/mm2   Aleacióndealuminio2219‐T81  Propiedad Valor Unidades Móduloelástico72000 N/mm2 Densidaddemasa2840 Kg/m3 Límiteelástico350 N/mm2   Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 95 Imagen47:Tabladepropiedadesdelensamblaje. 8.2.‐Análisisdelosensamblajes  8.2.1.‐EnsamblajeenmacizoconAceroAISI1020  Pesodelaestructura    Empezandoconelpesodelaestructuracomoyahabíamosdicho,podemos observarenlaimagenquenossaleunpesototaldelaestructura31.5kg aproximadamente,datoqueestámuybienyaqueenprincipioteníamospensado queunaestructuradeestetipopodíallegarapesarentre40y50kg.  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 96 Imagen48:Ensamblajeconlascondicionesdeapoyoycargas. Imagen49:Diagramadetensionesdelensamblaje. Tensiones Primeramentevamosaverunacapturadecómohansidoaplicadaslascargas enesteensamblajeyluegoprocederemosaanalizarlosdiferentesdiagramas anteriormentecitados.Apuntarqueenelsiguienteensamblajesladisposiciónde cargasyrestriccionesvaaserlamismaporlotantosólolomostraremosunavez.   Ahoravamosavereldiagramadetensiones. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 97 Imagen50:Detalledelazonaconmástensiónenelensamblaje. Lastensionesenlacamillahidráulicavemosquesonensumayorpartemuy bajas,deahísumayoríadetonalidadazul.Enlazonadondeestáaplicadalafuerza delcilindro,barraanclajeinferiorysuperiordeéste,observamoslamayortensión deunvalorde146.9MPa.Acontinuaciónveremosenlasiguienteimageneste detalle.     Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 98 Desplazamientos Losdesplazamientosdelacamillahidráulicasonmuybajosentodoel ensamblaje,siendolazonaconmayoresdesplazamientoslabarrainferiordel anclajedelcilindrohidráulicoydondealcanzamosunvalormáximode1.22mm.  Coeficientedeseguridad Elcoeficientedeseguridaddetodalaestructuraesmuyelevadoentodoel diagrama,aunquejustoenlazonadondeaplicamoslafuerzadelcilindrohidráulico podemosverqueesunpocoinferior,Cs=1.99.,yestoocurreporloexplicadoen elapartado7.2.4refiriéndonosalapartedelasorejetas. Imagen51:Diagramadedesplazamientosenelensamblaje. Imagen52:Coeficientedeseguridaddelensamblaje. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 99    Comprobacióndepasadores  Lacomprobacióndelospasadoresquehemosutilizadoenelensamblajedela estructuradeterminaquetodoslospasadoreshansidodimensionados correctamente.  Imagen54:Pasadores. Imagen53:Detallecoeficienteseguridad. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 100 Imagen55:Tabladepropiedadesdelensamblaje. 8.2.2.‐EnsamblajeenmacizoconAleacióndealuminio2219‐T81  Pesodelaestructura   Podemosobservarenlaimagenanteriorquenossaleunpesototaldela estructura13.6kgaproximadamente,datoqueaparentementeesmuybajoyno sabemoscómovaareaccionarlaestructuracuandoleapliquemoslascargas.  Tensiones  Lastensionesenlacamillahidráulicavemosquesonensumayorpartemuy bajas,deahísumayoríadetonalidadazul.Enlazonadondeestáaplicadalafuerza delcilindro,barradeanclajesuperiordeéste,observamoslamayortensióndeun valorde145.1MPa.Acontinuaciónveremosdosimágenesparapoderapreciarlo dicho. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 101 Imagen56:Diagramadetensionesdelensamblaje. Imagen57:Detalledelazonaconmástensión.        Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 102 Imagen58:Diagramadedesplazamientos. Imagen59:Coeficientedeseguridad. Desplazamientos Losdesplazamientosdelacamillahidráulicasonmuybajosentodoel ensamblaje,siendolazonaconmayoresdesplazamientoslabarrainferiordel anclajedelcilindrohidráulicoydondealcanzamosunvalormáximode3.31mm.   Coeficientedeseguridad Elcoeficientedeseguridaddetodalaestructuraesmuyelevadoentodoel diagramaynoapreciamosningunazonaenlaquehayauncoeficientemenora2. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 103 Imagen60:Pasadores. Comprobacióndepasadores  Lacomprobacióndelospasadoresquehemosutilizadoenelensamblajedela estructuradeterminaquetodoslospasadoreshansidodimensionados correctamente.     8.2.3.‐Resumendedatosobtenidosenlosensamblajes  TipoMaterialTensiones (MPa) Desplazamientos (mm)Coef.Seg.Peso(Kg) Macizo AceroAISI 1020146.91.221.9931.5 Aluminio 2219‐T81145.13.312.0313.6    Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 110 Comopodemosobservar,nosvuelveapasarlomismoqueenelanterior ensamblaje,latensiónmáximaseencuentraenlabarradelanclajesuperiorytiene unvalorde145.1MPa,yaqueapesardecambiarelpuntodeaplicacióndela carga,nonosgeneragrandescambiosenlastensionesdelaestructurayporlo tantoelpuntomáximovuelveaestarenlamismazona.  Desplazamientos    Podemosverqueeldesplazamientomáximoesde6.32mmysedaenlazona dondehemosaplicadolacarga.Comparándoloconeldiagramadelquetomamos departida,podemosobservardoscosasmuysignificativas.Primero,queel desplazamientosehaduplicado,hapasadodeser3.31mma6.32mm,ysegundo, quetodalaparteizquierdadelaestructuratengaahoramuchomenor desplazamiento,comosonlabarradelanclajedelcilindroinferior,queantesnos salíaconuncolorrojoindicandoqueeraunadelaszonasconmayor desplazamiento,olapartedelaplataformasuperiorizquierda,queantesnossalía conuncolorverdosoamarillo,indicándonostambiénqueeraunazonaconmás desplazamiento,ycomoahorapodemosver,esasdospartesdelaestructuranos aparecenconsendoscoloresverdososyazuladosindicandomuchomenor desplazamientodelquehabíaanteriormente. Imagen69:Diagramadedesplazamientosdelaestructura. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 111 Coeficientedeseguridad Elcoeficientedeseguridaddetodalaestructuraesmuyelevado,yaqueel menorcoeficientedeseguridadquevemostieneunvalorde2.03.Ycomparando estaimagenconladelestudiodepartida,podemosdestacarqueelvalormáximo hapasadodeser60.2a29.8.   Comprobacióndepasadores Lacomprobacióndepasadoresquehemosutilizadoenelensamblajedela estructuradeterminaquetodoslospasadoreshansidodimensionados correctamenteaunquehayamoscambiadolaposicióndelaaplicacióndelacarga. Imagen70:Coeficientedeseguridad. Imagen71:Comprobación depasadores. Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 112 9.‐Conclusiones  Recordandolosobjetivosdenuestroproyectoqueson:  1.‐IntegracióndeSolidWorkscomoherramientadeCAD/CAE  2.‐Diseñodeunacamillahidráulicaapartirdeunacamilladesimilares característicasalojadaeneledificioBIFI(InstitutodeBiocomputaciónyFísica deSistemasComplejos)situadodetrásdelEdificioTorresQuevedodelacual obtendremoslosplanosylainformaciónnecesaria.  Podemosllegaralaconclusióndequehemoscumplidolosobjetivosquenos habíamosmarcadoantesdeempezararealizaresteproyecto.Hemosutilizadoel programaSolidWorksparadiseñartodaslaspiezasysuaplicaciónSolidWorks Simulation,unavezhecholoscálculosanalíticos,paracomprobarqueéstoseran correctos.Unavezconseguidaestaúltimaparteprocedimosarealizarel ensamblajedetodaslaspiezasparaconseguirverdequémanerafuncionabaéstey poderhacerunestudiocompletoconvariashipótesisdistintas.  Endefinitiva,lasherramientasCAD/CAEenelprocesodediseñomecánico sondegranayudaparaeldiseño,lacompresióndelfuncionamientoyloscálculos. Además,puedenseruncomplementomuyútilenlaenseñanzayaquelosejemplos visualesfacilitanmucholascosasenlaasimilacióndeconceptos.  Porlotanto,despuésdetodoloanteriorcitado,podemosfinalizardiciendo quehemossidocapacesdehacerunproyectodediseñodeunacamillahidráulica pudiendogarantizarsucorrectofuncionamiento.    Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 113 10.‐Bibliografía  Internet  www.solidworks.es www.efisioterapia.net www.mobercas.com www.kmillas.com www.constructalia.com www.kitres.com www.automacion.com.ar  Libros  ‐“Ingenieríadematerialesparaindustriayconstrucción” JesúsMartínSanJosé,MaríaAntonietaMadreSedilesyJoséManuelFranco  ‐Análisisdepiezasyensamblajesasistidosporordenador PaulaCanalísMartínez  ‐ApuntesdelaasignaturadeDiseñodeMáquinas PaulaCanalísMartínezyJavierAbadBlasco  Cálculo y diseño de una camilla con cilindro hidráulico   FranciscoGilChico 114 11.‐Anexos  Anexo1  