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Ingeniero técnico PROYECTO FIN DE CARRERA DISEÑO DE PARA ORDENADOR PORTÁTIL A Ingeniero técnico industrial esp. Mecánica PROYECTO FIN DE CARRERA DISEÑO DE SOPORTE REGULABLE PARA ORDENADOR PORTÁTIL A TRÍPODE Memoria Alumno: Arturo García Urbano Director de Proyecto: José M. Auría Apilluelo Mecánica PROYECTO FIN DE CARRERA REGULABLE PARA ORDENADOR PORTÁTIL A Arturo García Urbano José M. Auría Apilluelo Junio de 2012 Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Índice 1 mar-12 EINA Zaragoza Índice Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 2 Índice Contenido Índice de Figuras .................................................................................................................... 4 Contenido .......................................................................................................................... 4 Resumen ................................................................................................................................ 8 1. Objeto y Alcance del Proyecto .................................................................................... 10 1.1. Objeto del proyecto .................................................................................................. 10 1.1. Alcance del soporte .................................................................................................. 11 2. Estudio previo del mercado ......................................................................................... 12 2.1. Alternativas existentes a nuestro proyecto ............................................................. 12 2.2. Estudio de los distintos fabricantes de trípodes ...................................................... 17 3. Diseño del boceto inicial .............................................................................................. 20 4. Sistema Cremalleras-Engranaje ................................................................................... 24 4.1. Conceptos generales de los engranajes ................................................................... 24 4.1.1. Nomenclatura en los engranajes ....................................................................... 24 4.1.2. Relaciones fundamentales de los engranajes: .................................................. 26 4.1.3. Tipos de dentado ............................................................................................... 27 4.2. Diseño del engranaje ................................................................................................ 28 4.2. Diseño de las cremalleras ......................................................................................... 31 5. Diseño y elección de los agarres .................................................................................. 34 6. Bandeja inferior ........................................................................................................... 40 7. Bandeja Superior ......................................................................................................... 44 8. Pasador principal ......................................................................................................... 48 9. Anclajes al ordenador .................................................................................................. 50 9.1. 1ª versión: 4 anclajes colocados en los extremos del soporte ................................. 50 9.2. 2ª versión: Anclajes en zona delantera más cinta de velcro .................................... 51 9.2.1. Anclajes laterales y posteriores ......................................................................... 51 9.2.2. Cinta de velcro (opcional) .................................................................................. 53 2.3. 3ªversión: Cintas de velcro mas anclaje delantero .................................................. 56 2.3.1. Defecto del diseño anterior y retoques en las cintas de velcro ....................... 56 Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Índice 3 mar-12 EINA Zaragoza 9.3.2. Agarre delantero ............................................................................................... 57 9.3.3. Estudio y diseño del muelle torsional ............................................................... 59 10. Sistema de elevación del soporte ............................................................................. 62 10.1. Búsqueda de bisagras o herrajes comerciales ....................................................... 62 10.2. Sistema de elevación. Primera opción. ................................................................. 65 10.3. Sistema de elevación. Segunda opción ................................................................. 67 10.4. Sistema de elevación. Tercera opción .................................................................... 71 10.5. Sistema de elevación, cuarta opción ...................................................................... 74 10.6. Sistema de elevación, quinta opción. ..................................................................... 75 11. Conclusiones ............................................................................................................. 78 12. Anexo I. Cálculos Justificativos ................................................................................. 82 12.1. Calculo de los diagramas de esfuerzos ................................................................... 82 12.2. Comprobación del espesor de la bandeja .............................................................. 84 12.3. Comprobación del sistema de tijeras ..................................................................... 85 12.3.1. Resistencia de tensión máxima ....................................................................... 85 12.3.2. Pandeo ............................................................................................................. 87 12.3.3. Comprobación del diámetro de los remaches ................................................ 87 12.3.4. Comprobación del espesor de los perfiles ...................................................... 89 12.3.5. Comprobación del espesor de las plaquitas .................................................... 89 12.3.6. Comprobación de los tornillos ........................................................................ 89 12.4. Comprobación del pasador principal ..................................................................... 90 12.4.1. Resistencia de tensión máxima ....................................................................... 90 12.4.2. Comprobación del pasador mediante cortante directo .................................. 92 12.5. Comprobación del espesor pasador bandeja ......................................................... 93 12.6. Comprobación del tornillo de los agarres .............................................................. 93 12.7. Comprobación del Anclaje delantero ..................................................................... 93 12.8. Comprobación del cierre de la cinta de velcro ....................................................... 94 13. Bibliografía ................................................................................................................ 96 Índice de figuras Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 4 Índice de Figuras Contenido 1. Objeto y Alcance del proyecto 2. Estudio Previo del mercado Figura 1. Soporte opción 1 14 Figura 2. Soporte opción 2 15 Figura 3. Soporte opción 3 16 Figura 4. Soporte opción 4 17 Figura5. Distintos trípodes con bandeja comerciales 17 Figura6. Soporte de cámara y ordenador manfrotto 20 3. Diseño del boceto inicial Figura 1. Boceto Inicial 22 Figura 2. Diseño 1: sistema de cilindros sin fin 23 Figura 3. Diseño 2: sistema de cremalleras y engranaje 23 4. Sistema Cremalleras-Engranaje Figura 1.1. Nomenclatura del engranaje 26 Figura 1.2. Geometría de los dientes de engranaje 29 Figura 2.1. Generador de engranajes de Inventor 30 Figura 2.2. Vista preliminar del engranaje 31 Figura 2.3. Informe de resultados de Inventor 32 Figura 2.4. Engranaje Final 33 Figura 3.1 Cremallera Final 35 5. Diseño y elección de los agarres Figura 1. Agarre 1ª versión 37 Figura 2. Agarre 2ª versión 38 Figura 3. Agarre 3ª versión 38 Figura 4. Agarre 4ª versión 39 Figura 5. Agarre 5ª versión 40 Figura 6. Agujero roscado en agarre 5ª versión 40 Figura 7. Agarre versión final 41 Figura 8. Agarre unido a cremallera 41 Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode índice de figuras 5 mar-12 EINA Zaragoza 6. Bandeja Inferior Figura 1. Bandeja inferior, vista delantera 43 Figura 2. Vista del canal para el tope de la cremallera 44 Figura 3. Tapa de engranaje 44 Figura 4. Montaje de las correas y engranajes en la barra inferior 45 Figura 5. Montaje final de la tapa en la bandeja 45 7. Bandeja Superior Figura 1. Bandeja superior 46 Figura 2. Bandeja de ratón, vista delantera 47 Figura 3. Bandeja de ratón, vista trasera 48 Figura 4. Bandeja inferior con vista detallada de las ranuras para la bandeja del ratón 48 Figura 5. Bandeja inferior con la bandeja de ratón cerrada 49 Figura 6. Bandeja inferior con la bandeja del ratón abierta 49 8. Pasador Principal Figura 1. Pasador principal 50 Figura 2. Unión de las bandejas mediante el pasador 51 9. Anclajes Figura 1.1. Anclaje del ordenador 1ª versión 53 Figura 2.1. Anclaje lateral 2ª versión 54 Figura 2.2. Enganche velcro, pieza 1, vista de canalización interior 56 Figura 2.3. Enganche velcro, pieza 1, vista inferior 56 Figura 2.4. Enganche velcro, pieza 2 56 Figura 2.5. Enganche velcro, pieza 2, vista inferior 56 Figura 2.6. Enganche de la cinta de velcro 57 Figura 2.8. Enganche de cinta de velcro insertado en la ranura de la bandeja superior 57 Figura 3.1. Agarre delantero, pieza 1 59 Figura 3.2. Agarre delantero, pieza 2 60 Figura 3.3. Montaje del agarre delantero en el soporte superior 60 Figura 3.4. Parámetros de los muelles de torsión 61 Figura 3.5. Tabla de Inventor para la realización de muelles de torsión 63 Figura 3.6. Muelles de torsión creados desde inventor 63 Índice de figuras Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 6 10. Sistema de elevación del soporte Figura 1.1. Tabla de especificaciones herrajes Rastomat 65 Figura 1.2. Tabla de especificaciones herrajes Multiflex 65 Figura 1.3. Herrajes Te Ke He 1 66 Figura 1.4. Herrajes Te Ke He 1 66 Figura 2.1. Atril de sobremesa regulable 67 Figura 2.2. Herrajes regulables primera opción 67 Figura 2.3. Apoyos rectangulares y guías 67 Figura 2.4. Cilindro de diámetro variable 68 Figura 2.5. Sistema de elevación primera opción 68 Figura 3.1. Cierres de rosca y de clic en patas de trípodes 69 Figura 3.2. Cilindros telescópicos 70 Figura 3.3. Distintas abrazaderas de tija para bicicletas 70 Figura 3.4. Cierre de clic, abrazadera 71 Figura 3.5. Cierre de la abrazadera 72 Figura 4.1. Barra inferior 74 Figura 4.2. Barra superior, anillo de teflón y tape del herraje 74 Figura 4.3. Sistema de elevación, tercera opción. Sección circular 75 Figura 4.4. Sistema de elevación, tercera opción. Sección rectangular 75 Figura 5.1. Sistema de elevación, 4ª opción 76 Figura 6.1. Mariposa GN 835 77 Figura 6.2. Sistema de elevación, 5ª opción, vista general 78 Figura 6.3. Sistema de elevación, 5ª opción, vista detallada 78 11. Conclusiones Figura 1. Soporte versión final 81 Figura 2. Soporte versión final unida a trípode 82 12. Anexo I. Cálculos Justificativos Figura 1.1. Sistema equivalente al soporte a 90º,45º y0º 85 Figura 1.2. Diagrama de esfuerzos axiles 85 Figura 1.3. Diagrama de esfuerzos cortantes 86 Figura 1.4. Diagrama de momentos flectores 86 Figura 2.1. Tabla de propiedades Plásticos ABS 87 Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode índice de figuras 7 mar-12 EINA Zaragoza Figura 3.1. Tabla de propiedades Aluminio 88 Figura 3.2. Doble cortadura en pasador tijeras 89 Figura 3.3. Tabla de propiedades Acero Dulce 90 Figura 3.4. Vectores de fuerzas de las distintas inclinaciones 90 Figura 3.5. Sistema de tornillo 91 Figura 3.6. Sistema con fuerzas resultantes en tornillos 91 Figura 4.1. Diagrama de barras del pasador 93 Figura 4.2. Diagrama de esfuerzos axiles 93 figura 4.3. Diagrama de esfuerzos cortantes 93 Figura 4.4. Diagrama de momentos flectores 93 Figura 4.5. Doble cortadura en pasador 94 Figura 7.1. Aplastamiento en Anclaje 95 13. Bibliografía Resumen Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 8 Resumen Este proyecto tendrá como objeto el diseño de un soporte regulable de ordenador portátil para trípodes. Su principal característica será que el soporte irá colocado en las patas del trípode, dejando así la cabeza del trípode libre para la colocación de cualquier otro sistema, ya sea una cámara, estación de medida, nivel, etc. Podemos decir que el soporte será regulable debido a que dispondremos de la posibilidad de colocar un ordenador con la inclinación que nosotros queramos con respecto a las patas del trípode, pudiendo variar esta posición desde unos ángulos de 0º a 90º (que la bandeja esté en posición totalmente vertical, hasta una posición totalmente horizontal). Otra de las características que poseerá nuestro soporte será la de acoplarse al trípode de una manera rápida y sencilla, de tal manera, que una vez tengamos el soporte montado, permita que el trípode se pueda recoger sin ninguna dificultad, permitiendo así un rápido y cómodo traslado del sistema trípode-soporte. Por último mencionar que este soporte no estará diseñado para un único modelo de trípode, pues hemos ideado un diseño que permitirá un perfecto ajuste a trípodes de una amplia gama de tamaños. Además debido a sus características de diseño, estamos hablando de un soporte que permitirá colocar portátiles de tamaños de pantallas desde 10 pulgadas, hasta un máximo de 15 pulgadas, sin riesgo alguno de que este pueda soltare de nuestro soporte. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Estudio Previo del mercado 15 mar-12 EINA Zaragoza Opción 4: Esta es la única de todas las opciones que es comercial, pues hasta ahora todo lo que habíamos encontrado eran proyectos de particulares que han buscado solución a un problema que ellos tenían, pero siempre han sido productos orientativos que no estaban a la venta. Se trata de una base para portátiles de la marca manfrotto, una de las más importantes en cuanto a trípodes se refiere. Pero este diseño es el que menos se adapta a lo que buscamos de todos los que hemos mencionado hasta ahora, teniendo como único punto a favor que es comercial, teniendo un precio estándar y bastante económico. La base es totalmente inoperable, el ordenador se puede caer con mucha facilidad, solo se ajusta a una pata por lo que solo será válido para portátiles muy pequeños, corriendo riesgo de y no es plegable, por lo que si cerramos el trípode, podremos dejarlo montado, pero ocupara un gran espacio. Después de esta última opción, todo lo que podemos encontrar en el mercado son soportes para ordenador que se colocan en el lugar en el que iría colocada la cámara de fotos, por lo que sería necesaria la utilización de un segundo trípode para poder utilizar de manera conjunta cámara y ordenador, por lo tanto esta idea quedaría desechada. Figura 4. Soporte opción 4 Figura 5. Distintos trípodes con bandeja comerciales Estudio previo del mercado Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 16 Dentro de este estilo de soportes hemos conseguido encontrar uno que si que podría adaptarse a lo requerido, aunque como todos los anteriores tiene sus inconvenientes. Este soporte de la marca manfrotto hace que puedas poner cámara y ordenador a la vez, pero si se tratara de una cámara o un ordenador excesivamente aparatosos podría existir riesgo de vuelco, a su vez no existe ningún agarre al ordenador, pudiendo este caerse. Como punto a favor podríamos decir, aparte de ser un producto comercial, su fácil montaje, pues nos bastaría con enroscarlo en el lugar donde encajaríamos la cámara. Una vez realizada esta búsqueda, observamos que no hay nada en el mercado que satisfaga al cien por cien todos nuestros requerimientos, por lo que tendremos que realizar un diseño desde cero acorde a las exigencias iniciales. Figura 6. Soporte de cámara y ordenador manfrotto Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Estudio Previo del mercado 17 mar-12 EINA Zaragoza 2.2. Estudio de los distintos fabricantes de trípodes Una vez estudiadas las distintas alternativas a lo que queremos, y ver que ninguna nos satisface, nos vemos obligados a realizar un estudio de familiarización con las distintos fabricantes de trípodes que podemos encontrar en el mercado. Para poder fabricar un producto adecuado deberemos saber las características generales de los distintos trípodes del mercado, pues queremos crear un soporte que sea lo más universal posible, para ello tendremos que conocer valores como pueden ser los distintos perfiles de las patas o la capacidad máxima del trípode. Gitzo: (www.gitzo.com) Probablemente el sistema más completo y reconocido aunque a unos precios algo exagerados. Posee información de todo tipo en la web, como puede ser altura del trípode cerrado o su altura máxima, pero no nos informa de la sección de sus patas sabiendo solo que tienen sección circular y una capacidad de entre 4 y 12 Kg. Feisol: (www.feisoleurope.com) ofrece trípodes de alta calidad y acabado a un precio más contenido. Creo son muy recomendables por la calidad de los materiales empleados y porque el acabado está al nivel de los mejores. Todas las piezas están realizadas con mecanizado CNC de precisión y con excelente acabado. La estabilidad, resistencia a la torsión y rigidez también es de alto nivel. La relación peso/capacidad de carga es muy buena, tal vez la mejor. El peso máximo que aguantan oscila entre los 7 y 12Kg y el diámetro del tubo de mayor grosor de las patas es o de 28 o de 37 mm. Manfrotto: (www.manfrotto.com) Dispone de buenos trípodes, pero que en la competición con los anteriores se quedan bastante atrás. Más pesados, con menos altura y con menos capacidad de carga. Posee una amplia gama de trípodes, todos con patas de sección circular, en su página web encontramos todo tipo de especificaciones acerca de sus distintos productos las secciones van desde diámetros de 11,6mm el mínimo, hasta 39,2mm el diámetro máximo, resistiendo unas capacidades de entre 2,5 y 12Kg. Giottos: (www.giottos.com) amplia gama de productos relacionados con el mundo de la fotografía, cabezales, lentes, trípodes… Los trípodes más grandes de aluminio de esta marca son una alternativa magnífica y económica a los anteriores si el peso no importa o no hay que llevarlos a cuestas largas distancias. Son robustos, aunque mucho más pesados y con menos capacidad de carga que Feisol o Gitzo. En cuanto a información, en la web encontraras toda la información perfectamente detallada de cada uno de sus trípodes con diámetros desde 13 hasta 25 mm y hasta 12 Kg de capacidad. Cullmann: (www.cullmann.de) Empresa alemana de fabricación de trípodes. Al igual que ocurre con manfrotto, disponemos de una web con todo tipo de información acerca de sus trípodes. Diámetros que oscilan entre 19 y 32 mm y una capacidad de carga de entre 2 hasta 10 kg. Estudio previo del mercado Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 18 Weifeng: (www.weifengchina.com) Marca china basada en la imitación de trípodes de otras compañías con mayor prestigio. Koning: (www.konigelectronic.com) este es un fabricante con gran variedad de productos que van desde mandos a distancia de televisores, o relojes de mesa, termómetros, hasta trípodes como nos pueden interesar a nosotros. El problema que tienen es que sus trípodes tienen patas formadas por dos cilindros por pata, por lo que puede ser muy complicado que nuestro soporte se adapte a este tipo de trípodes. Fancier: (www.fancier.es) Una de las pocas con página web en español, trípodes tanto fotos como para video, con diámetros entre 8 y 32mm y capacidad de entre 2.5 y 15 Kg. Hähnel: (www.hahnel.ie) Empresa que tiene desde baterías o cargadores de portátiles o cámaras hasta trípodes para las mismas. En la página web encontraremos información detallada de 4 de sus trípodes con diámetros de 20 a 24mm y de 4 a 6Kg de capacidad. Walimex: (www.walimex.ch) página únicamente en alemán, no aparece información acerca del diámetro de sus patas con carga máxima de entre 3 y 12 Kg. Vanguard: (www.vanguardworld.es) Dispone de un catálogo con 11 trípodes a elegir con sus distintas características especificadas en su página web, aunque las características que más nos pueden interesar como son el diámetro y su carga máxima no están disponibles. Benro: (www.benrousa.com) Productos muy similares a los de marca Gitzo, pero normalmente a un precio más económico. Al igual que la marca mencionada no tiene especificadas los diámetros de sus patas en la web pero si otras muchas características de interés como son su carga máxima que oscilan entre 6 y 10 Kg. Mantona: (www.mantona.de) es una marca alemana de productos especialmente diseñados para fotógrafos profesionales y aficionados, trípodes y bolsas de transporte. En su web, únicamente en alemán, encontramos toda su gama de productos. Sus trípodes tienen una capacidad máxima de entre 6 y 8 Kg. Induro: (www.indurogear.com) Marca dedicada a la fabricación de trípodes y cabezales para cámaras, Existe una amplia gama de trípodes con distinto tamaño y capacidad máxima que oscilan gradualmente desde el mínimo de 4 Kg hasta un peso máximo de 20 Kg. Velbom: (www.velbon.cu.uk) fue una de las primeras marcas en introducir el uso de materiales ligeros de carbono. Poseen incluso, una gama creada específicamente para la observación de las aves, en la página web podemos ver todas las características de cada uno de sus trípodes con diseños que van desde diámetros de 21mm que resisten únicamente 1,5 Kg hasta diámetros de 29mm que llegan a soportar 5Kg. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Estudio Previo del mercado 19 mar-12 EINA Zaragoza Hama: (www.hama.es) Conocida marca en la cual, en su catalogo podrá encontrar accesorios para PC, Ordenador Portátil, Telefonía tanto móvil como fija, PDA, Cámaras y Videocámaras Digitales, Consolas… Entre sus productos encontramos una serie de trípodes, los cuales oscilan entre diámetros de 20 y 26,7mm que pueden llegar a soportar de entre 3 y 10 Kg. Bilora: (www.bilora.de) Otra marca alemana que se centra únicamente en la fotografía centrando su catálogo en trípodes, prismáticos, flashes y bolsas para guardar sus productos. En cuanto sus trípodes, tienen la capacidad se soportar hasta un máximo de entre 2,5 y 5Kg, dependiendo de sus diámetros que oscilan entre 22 y 30mm. Diseño del boceto inicial Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 20 3. Diseño del boceto inicial Una vez hemos realizado las labores de investigación iniciales, comenzaremos con el diseño de nuestro soporte, acorde con los requerimientos antes nombrados. En una idea inicial, el primer boceto creado partía de la Opción 3 de las mencionadas en el estudio del mercado, pero con el cambio de que la barra que sujeta el soporte del ordenador no partía de una de las patas, sino de la barra central que las unía, evitando así las opciones de vuelco. Pero esta opción queda rechazada rápidamente, pues pese a poder soportar más peso debido al reparto de la carga entre las dos patas, este soporte sería tremendamente incomodo a la hora de trasladarlo, pues la barra que une las dos patas no tiene manera alguna para recogerse, además la bandeja tendríamos que centrarla manualmente. Por seguridad en cuanto a posibles golpes accidentales, sería mucho más recomendable que el portátil estuviera lo mas pegado a las patas posible, por lo que la opción de hacer algo similar a esta opción es totalmente inviable. El fracaso de esta opción, nos sirve para darnos cuenta de dos puntos clave, que tenemos que tener en nuestro diseño, para que este tenga un correcto funcionamiento, por lo que todo lo que pensemos a partir de ahora tendrá que incluir estos dos requisitos imprescindibles. Estos dos nuevos requisitos son, por un lado el soporte donde va a ir colocado el ordenador siempre este centrado entre las dos patas y que esto ocurra de manera automática. El otro requisito será que el ordenador este lo mas pegado a las patas posible, es decir que no necesitemos ninguna barra más que salga de las patas y vaya hasta el soporte, para hacernos una idea, queda totalmente descartado el soporte de las opciones 3 y 4, siendo nuestro objetivo buscar algo que se asemeje a las opciones 1 y 2, pero cumpliendo el resto de requisitos. Para que el ordenador este pegado a las patas la mejor opción será poner una placa que coincida con el plano que forman las dos patas a las que se va a unir el soporte, y una vez puesta la primera placa, colocaremos otra que mediante unas bisagras o similar se levante la inclinación que haga falta para que el ordenador nos quede a la inclinación deseada. Con este funcionamiento conseguiremos que cuando queramos recoger el trípode nos baste con bajar el soporte hasta juntarlo a la otra placa, quedando así, pegado a las patas, por lo que conseguiremos un conjunto bastante estable a la hora de poder moverlo de un lado otro. Figura 1. Boceto inicial Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Diseño del boceto inicial 21 mar-12 EINA Zaragoza Una vez solucionado esto, nos centraremos con el requerimiento de que el soporte este siempre centrado entre las dos patas del trípode, para que esto se cumpla, tendremos que buscar algún tipo de sistema mecánico que funcione de tal manera que obligue a la segunda pata, a moverse la misma distancia en el sentido opuesto que la primera. Nos encontramos ante uno de los momentos más complicados del diseño de nuestro producto, pues una vez solucionado esto, tendremos un primer boceto con una estructura definida y una clara idea de cómo tiene que ser nuestro diseño, al que únicamente habrá que ir añadiendo las distintas partes que nos falten, como podrá ser la bandeja del ordenador o el agarre a las patas. Par conseguir que las dos patas se muevan a la vez, es decir, la bandeja este siempre centrada, se nos ocurren dos mecanismos, el primero imitando el funcionamiento de un compas, con una varilla mecanizada igual que un tornillo sin fin, en la cual colocamos una rueda para abrirlo que siempre está en el medio entre las dos patas (en realidad se asemejaría mas a dos tornillos sin fin enfrentados, estando la rueda en lo que sería el eje de simetría). La segunda opción sería mediante un sistema de dos cremalleras dentadas y un engranaje, el cual está colocado justo entre las dos correas, de tal forma que lo que se mueva una correa, el engranaje hará que la otra se mueva, pero en sentido inverso. Para elegir cuál de los dos sistemas será el que utilicemos en nuestro diseño, realizaremos una comparativa entre estos dos sistemas para ver cuál de los dos se adapta mas a nuestras necesidades, mirando los puntos a favor y en contra de cada una de las opciones. Figura 2. Diseño 1: sistema de cilindros sin fin Figura 3. Diseño 2: sistema de cremalleras y engranaje Diseño del boceto inicial Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 22 Sistema 1: La base del ordenador iría unida a la rueda central del mecanismo, que estaría acanalada con un círculo concéntrico para que la base pudiera ajustarse en él y girar sobre ella, permitiéndonos levantarla hasta la altura que nosotros deseáramos. • Puntos a favor: Este sistema tiene como ventaja que el mecanismo para centrarse es relativamente simple, pues basta con imitar algo tan con común como un compás. Otro punto a favor es que es un sistema plegable, aspecto que buscamos imprescindible. • Puntos en contra: Pese a ser un sistema plegable, no es un sistema muy adecuado, pues la longitud de las barras sin fin tendrá que ser de la misma longitud que la distancia que queramos abrir el trípode, por lo que en el momento en el que esté cerrado sobresaldrán excesivamente dichas barras. Además de este primer inconveniente nos surge otro que sería la manera de mantener la bandeja en posición horizontal, pues aunque este problema también aparezca en el próximo modelo, en este se antoja mucho más complicado, ya que no disponemos de una superficie lisa pegada a las patas sobre la que poder instalar ningún mecanismo. El mecanismo que queramos usar para elevar la bandeja del ordenador tendrá que ir colocado a las patas, con el inconveniente de que dichas patas pueden estar colocadas con cualquier ángulo dependiendo de su apertura. Sistema 2: En este sistema cada pata la uniríamos a una cremallera dentada, que a su vez, ambas correas irían unidas a un engranaje. Este engranaje al girar haría que cada una se moviera en sentido opuesto, yendo además unido a una placa sobre la cual mediante unas bisagras encajaríamos la bandeja para que esta se levantara a la altura que necesitáramos. • Puntos a favor: Es un sistema mucho más compacto que el anterior, pues las cremalleras se cruzan entre sí, ocupando casi la mitad de espacio que en el modelo anterior. El hecho de introducir una placa unida al engranaje, facilita mucho su diseño, pues dispones de una superficie solida sobre la que trabajar (introducirle las bisagras, el mecanismo para mantener la bandeja levantada, etc.) • Puntos en contra: como punto en contra podemos citar que en cuanto diseño, pueda ser este más complicado de realizar que el sistema anterior, puesto que conlleve el diseño de una correa con su engranaje con sus respectivos pasos, diámetros primitivos, tamaño del diente etc. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Diseño del boceto inicial 23 mar-12 EINA Zaragoza Una vez expuestos y comparados los distintos modelos llega el momento de tomar una decisión y elegir el boceto que más se adapte a nuestras necesidades para seguir diseñando el resto de producto en torno al mismo. El diseño 2 puede ser mas costos y complejo que el diseño 1, pero el hecho de que tenga un espacio más reducido y compacto, sin barras que sobresalgan de la base, además de la placa fija, que nos da un abanico mayor de posibilidades a la hora de trabajar con sistema de abatimiento de la bandeja o la introducción de nuevos complementos, hacen que sean determinantes para tomar la decisión de que el diseño 2 sea más adecuado para seguir adelante con nuestro proyecto. Sistema Correas-Engranaje Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 24 4. Sistema Cremalleras-Engranaje Como ya mencionamos en el apartado anterior, nuestro soporte constara de un sistema de cremalleras con engranaje, consiguiendo así que cada una de las patas del trípode se mueva la misma distancia, es decir nuestro sistema este siempre centrado. Puesto que esta es la única función que va a precisar nuestro sistema, tampoco necesitaremos unas especificaciones de diseño muy rigurosas, pues no va a estar sometido a grandes tensiones, ni a velocidades muy altas. 4.1. Conceptos generales de los engranajes 4.1.1. Nomenclatura en los engranajes Antes de realizar el diseño de nuestro sistema, es interesante ofrecer la terminología característica usada en estos elementos. Figura 1.1. Nomenclatura del engranaje • Circunferencia de paso o primitiva: es la de contacto entre los dientes que determinan la relación de transmisión. Las circunferencias primitivas de dos engranajes son tangentes entre sí. • Paso circular: es la distancia medida sobre la circunferencia primitiva entre un determinado punto de un diente y el punto correspondiente en un diente inmediato. Según se aprecia en la figura anterior el paso circular o simplemente paso es igual a la suma del grueso del diente y el ancho entre los dientes consecutivos. • Módulo: es el cociente del diámetro de la circunferencia primitiva y el número de dientes. • Paso diametral: es la razón entre el número de dientes y el diámetro de paso. Evidentemente módulo y paso diametral son inversos. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Sistema Correas-Engranaje 31 mar-12 EINA Zaragoza El engranaje que obtenemos es un engranaje que tendremos que editar, pues nuestro engranaje requiere del mecanizado de un agujero en la parte central para así poderlo unir a la bandeja del ordenador, por lo que procederemos a abrir la pieza de inventor y editarla a nuestro gusto. Figura 2.4. Engranaje final 4.2. Diseño de las cremallera s Con el engranaje creado y editado para su correcto ajuste en el resto de la bandeja, llega el momento del diseño de las cremalleras, para su correcto diseño deberemos tener en cuenta tres factores importantes: • Exista una correcta transmisión de movimiento con el engranaje, para ello, el diseño del diente de la cremallera tiene que ser igual que el del engranaje, es decir tenga el mismo módulo y el mismo paso. Esto lo podremos llevar a cabo gracias a las distintas tablas mostradas anteriormente en las cuales se nos indican todas las dimensiones de nuestro engranaje. • Un ajuste adecuado con la bandeja del ordenador, las correas no pueden quedar al aire, sino que tendremos que idear un diseño mediante el cual, siempre estén unidas al resto del soporte y solo sobresalga del mismo una pequeña parte de las correas en caso de que el trípode esté muy abierto. • Las medidas finales de nuestro soporte. Una vez terminadas las cremalleras y el engranaje ya tendremos bastante definidas cuales van a ser las dimensiones de nuestra bandeja, por lo que tendremos que saber cuáles van a ser estas medidas antes de diseñar nuestras correas. Sistema Correas-Engranaje Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 32 Para comenzar, para que exista una correcta transmisión de movimiento, e módulo de nuestra correa tiene que ser del mismo tamaño que el de nuestro engranaje (2,5) consiguiendo así que ambas partes tengan el mismo tamaño del diente. Como queremos que la cremallera circule horizontalmente por la bandeja, pero no se pueda salir verticalmente de la misma, en la parte posterior le haremos unos “chaflanes” que posteriormente haremos pero con la forma contraria tanto a la bandeja como a la tapa del engranaje, imposibilitando así que se pueda salir de la misma. Tendremos que definir las medidas de nuestra cremallera, De ancho ocupará un total de 25 mm, que teniendo en cuenta que vamos a poner 4 correas con dos engranajes, por lo que en ancho total de todo el sistema será de dos conjuntos de 90mm (1). Lo que hace que la bandeja va a tener un grosor mínimo de 180 mm más el grosor que tengan los soportes de las correas. El grosor, al igual que ocurría con el modulo, si queremos que engrane sin ningún tipo de problema, estableceremos que tengan el mismo que en el engranaje, es decir haremos que los dientes de nuestra correa tengan un total de 12mm, pero este no será el grosor total de la cremallera, pues como habíamos dicho antes, para que no se pueda salir nuestro sistema, tenemos unas caras inclinada a ambos lados de la cremallera, por lo que el diente es de menor grosor que la zona central, por tanto, en esta zona (zona donde colocarlos el agujero para el tornillo de unión con los agarres) tendremos un espesor total de 15mm. De largo la cremallera vamos a hacer que nos mida 160mm, por lo que contando la distancia de los agarres y del engranaje nuestro sistema tendrá una amplitud máxima de unos 300mm. Puesto que contamos con que la bandeja la colocaremos en la parte superior del trípode para que podamos trabajar cómodamente con él, consideramos que estos 300mm dan el margen suficiente de apertura de nuestro trípode. Como aun estamos en una fase poco avanzada del proyecto es posible que esta medida decidamos cambiarla por una algo mayor, esta longitud se podrá cambiar fácilmente únicamente editando uno de los bocetos en los cuales la única cota que aparece es la cota entre el centro del agujero donde irá el agarre y el extremo contrario de la cremallera, bastará cambiar esta cota con el nuevo valor, para que la nueva longitud cambie correctamente. Para terminar comentar que en uno de sus extremos realizaremos un agujero pasante de 6m de diámetro, con diámetro exterior refrentado de 10mm de diámetro, para poder alojar el tornillo que hará de unión entre la cremallera y los agarres a las patas de nuestro soporte. 1 Esos 90mm salen de la suma de los 45mm del diámetro primitivo del engranaje, mas 22.5mm de cada distancia primitiva a cada cremallera Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Sistema Correas-Engranaje 33 mar-12 EINA Zaragoza Figura 3.1. Cremallera final Diseño y elección de los agarres Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 34 5. Diseño y elección de los agarres Para realizar el agarre de la bandeja al tenemos que pensar ante todo una manera efectivo de que dicha bandeja se quede totalmente sujeta a las patas, sea cual sea el tipo de trípode, o al menos, si esto se antoja imposible, de la mayor parte de ellos. Para que esto se cumpla lo que haremos será un cuerpo de agarre universal, en el cual se puedan introducir todo tipo de perfiles de las distintas patas, y luego a este, ajustarle unas piezas intercambiables que tendrán las diferentes formas o diámetros que puedan tener las patas del trípode de tal manera que podremos abarcar una amplia gama de trípodes. Para una correcta realización del agarre deberemos basarnos en el estudio previo que hicimos en los primeros apartados, en el cual especificábamos cual era el diámetro máximo y mínimo de cada trípode de cada una de las distintas marcas. En base a este estudio observamos que el mayor diámetro que podemos encontrar es el de un trípode de manfrotto de 39,2mm por lo que nuestro agarre base tiene que ser como mínimo de esas dimensiones. Siendo luego la pieza interior la que iremos variando en función del trípode al que queramos unirla. Una opción sería, que estas piezas interiores intercambiables fueran variando su diámetro desde 39mm hasta 20mm, que es el abanico entre se mueven todos los diámetros de los distintos trípodes, habiendo entre una pieza y otra una diferencia de 1,5mm. Haciendo luego además tres piezas especiales de 17, 14 y 10mm para posibles excepciones 2 . Quedándonos así una gama de piezas con diámetros de: 39; 37,5; 36, 34,5; 33; 31,5; 30; 28,5; 27; 25,5; 24; 22,5; 21; 19,5; 17; 14; 10. En una primera opción realizamos un agarre básico de forma rectangular el cual constará de dos piezas, una de ellas fija a la correa y la otra unida a la primera mediante un pasador permitiéndole abrirse y cerrarse para poder encajar cada una de las patas. Para cerrarla le añadiremos en uno de los costados un cierre mediante un tornillo con orejeras para que este se pueda cerrar de manera manual. Una vez hecho todo esto nos quedará diseñar la manera de insertar las piezas intercambiables con las distintas secciones, para ello haremos unas ranuras en las piezas base, en las intercambiables realizaremos unos nervios con el mismo grosor y profundidad que las ranuras de tal manera que estas encajen unas con otras imposibilitando así su movimiento. 2 Estos diámetros irán con mayor espacio puesto que basándonos en nuestro estudio, la gran mayoría de trípodes tienen las patas con los diámetros comprendidos en dimensiones mayores, y más aún si tenemos en cuenta que nuestro soporte irá colocado en la parte superior y de mayor diámetro del trípode. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Diseño y elección de los agarres 35 mar-12 EINA Zaragoza Figura 1. Agarre 1ª versión Pero éste agarre tenemos que descartarlo, pues presenta distintos inconvenientes que convendría mejorar. En primer lugar vemos que tenemos que cambiar el cierre, pues pese a que el tornillo cerraría a la perfección, nos encontramos ante una manera bastante costosa, necesitaríamos, primero desatornillar completamente el tornillo para introducir la pata, y luego volver a introducir el tornillo y cerrarlo de nuevo. Esta operación tendríamos que hacerla 4 veces, una vez por agarre, y cada vez que quisiéramos quitar y poner el soporte. Nuestro objetivo como ya dijimos en los primeros puntos del proyecto, es encontrar un sistema que sea mucho más rápido a la vez que cómodo. Además, otro aspecto que podríamos intentar cambiar, es la forma del cierre, pues es un cierre muy aparatoso pero estrecho, necesitando algo que posea un grosor superior, y una forma más consistente y robusta. Para corregir estos defectos debemos rediseñas desde cero nuestro agarre, Esta vez optamos por un perfil cilíndrico 3 , así es como si abrazara a la pata del trípode, pues la gran mayoría de patas tendrán esta misma forma, además evitamos tener aristas vivas que no aportan consistencia pero si demasiado espacio. Buscamos una manera de hacer el cierre de manera manual, para este siguiente sistema sustituimos el tornillo por una pieza que girándola permita abrir o cerrar el agarre sin necesidad de desmontar nada. 3 Las medidas de este nuevo cilindro serán de 70mm de diámetro y un agujero interior de 40mm teniendo un grosor de 30mm. Diseño y elección de los agarres Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 36 Figura 2. Agarre 2ª versión Como se puede ver en la imagen, nos encontramos ante una versión aun no terminada del agarre, pues aunque sí que posee una forma más adecuada que la anterior, siendo mucho más gruesa pero ocupando menos espacio, “abrazando” a la pata del trípode, el cierre sigue sin ser el adecuado, en el momento que el agarre este abrazando a un cilindro la pieza de cierre no se podrá ir hacia atrás y será imposible su cierre, por lo que tenemos que buscar una manera de corregir este fallo articulándolo de tal manera que se pueda extender en un primer momento para juntar los dos agarres principales, y luego se doble para así manteneros juntos de manera fija. Figura 3. Agarre 3ª versión Ahora nos encontramos ante una versión perfectamente operativa, el agarre se puede hacer a la perfección sin la necesidad de ninguna herramienta especial y sin tener que desmontar nada para poder encajarlo a las patas, por lo que se realiza a un ajuste con la rapidez requerida. Para cerrar el agarre bastaría con girar hasta que toque con la otra pieza y doblar la varilla del cierre articulada hacia arriba, quedando así perfectamente enganchada, además, como podemos ver, ya posee las ranuras correspondientes para poder ponerle las piezas con los distintos agarres, por lo que solo sería insertarle el agarre requerido. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Diseño y elección de los agarres 37 mar-12 EINA Zaragoza Sin embargo, esta versión del cierre sigue sin convencernos, pues posee un defecto que nos pondría bastantes problemas a la hora de ajustarlo a patas en las cuales el diámetro no fuera exactamente el mismo que el de nuestro agarre, pues no disponemos de un mecanismo que apriete la pata, con este ultimo diseño el cierre no posees ningún margen de maniobra pudiendo en ocasiones o no llegar a poder cerrarlo, o por el contrario, que el ajuste quede demasiado holgado con la plata. La manera más efectiva para solucionar este problema será cambiar únicamente el cierre, manteniendo el diseño general. Buscaremos una pieza comercial que nos sirva de cierre, puesto que la pieza es una pieza bastante común, a la vez que fácil de encontrar, consiguiendo así ahorrarnos costes de producción, la pieza que finalmente decidimos utilizar es un cierre de pomo moleteado de acero inoxidable del fabricante Elesa +Ganter DIN 466-NI. Figura 4. Agarre 4ª versión Este diseño ya sí que nos parece el adecuado, pero aun tenemos unos pequeños detalles, que hay que modificar, pues el cierre aun presenta dos fallos, ambos fallos en el diseño de lo que sería el propio cierre en sí, pues un lado es mucho más grueso que otro, y siendo que ambos lados se van a repartir los esfuerzos de la misma manera puede causarnos una rotura en el futuro, por lo que ambos lados deben de ser igual de gruesos. El otro defecto que encontramos es que la parte donde irá incrustada la varilla queda justo al mismo niel que la varilla, pudiéndose salir con cierta facilidad, por lo que sería aconsejable hacerla un poco más largo el cierre para que así quede mejor insertada. Diseño y elección de los agarres Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 38 Figura 5. Agarre 5ª versión Una vez que tenemos todo el diseño terminado, solo nos quedará pensar la manera de unir el cierre con la cremallera, para ello haremos un agujero roscado en la parte trasera del agarre en el lado más grande de los dos (el que tiene el cierre hexagonal) quedando así fijo al agarre pero permitiendo giro con la cremallera, pues la parte roscada solo estará dentro del agarre. Este giro de la correa es muy importante, puesto que para que podamos abrir correctamente el trípode, necesitamos que las cremalleras, aparte del movimiento lineal que tienen paralelo y en sentido contrario uno con otro, tengan otro movimiento de giro en torno al punto de apoyo (el agarre) que también será igual y opuesto de una correa con la otra. Figura 6. Agujero roscado en agarre 5ª versión Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Diseño y elección de los agarres 39 mar-12 EINA Zaragoza Finalmente hemos decidido modificar este tipo de cierre, y hacer las dos partes del agarre de la misma longitud, es decir, que cada una tenga media circunferencia, poniendo el agujero del tornillo para unir a la cremallera en una extrusión rectangular que haremos en su parte central. Modificaremos ademas los pasador del cierre, en un princpio habiamos diseñado uno propio de dos partes atornillados, que para abaratar costes hemos decidido sustituir por un pasador elástico comercial. Igualmente el tornillo de la parte del cierre la sustituiremos por otro pasador comercial. Finalmente, para hacerlo más estético hemos redondeado con un pequeño radio todas sus aristas. Figura 7. Agarre versión final Figura 8. Agarre unido a cremallera Bandeja Inferior Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 40 6. Bandeja inferior Nuestro soporte a diseñar va a tener dos partes principales sobra las que irán alojadas el resto de componentes, es decir forman el cuerpo principal de nuestro soporte. La bandeja inferior será la encargada de mantener las correas anteriormente diseñadas fijas al conjunto, además de tener que soportar el peso del portátil que le irá transmitida a través del sistema de elevación que diseñaremos más adelante. Antes de ponernos con el diseño de nuestra bandeja, tenemos que realizar un último estudio para conocer cuáles van a ser las medidas de nuestro soporte, puesto que queremos que sea un soporte lo más universal posible, buscaremos que pueda usarse tanto en portátiles grandes como pequeños. Para servirnos de guía utilizaremos como valores orientativos las medidas de los portátiles de uno de los fabricantes más importantes del mercado, nuestra elección será Toshiba 4 , dispone un catalogo muy orientativo con todas las medidas que buscamos. Tomaremos como medida más pequeña las medidas de un ordenador de 10 pulgadas y como máximo uno de 15 o 16 pulgadas, que en medidas reales, un ordenador Toshiba de dichas pulgadas tiene las siguientes dimensiones. • 262 x 190 para ordenadores de 10 pulgadas. • 383 x 259; 384 x 263; 380 x 250 para los de 15 pulgadas. Una vez sabido esto es el momento de diseñar nuestra bandeja, que tendrá unas medidas de 221(206 de largo de la bandeja + 15 de diámetro de bisagra) x 260 Una vez tenemos las medidas, tendremos que empezar con el diseño de la bandeja en sí, nuestro objetivo será dejar una de las caras lo mas lisa posible para poderle insertar así luego el sistema de elevación que se unirá a la otra bandeja. Por la otra cara (cara trasera) será la que le insertaremos el sistema de cremalleras y engranajes, por lo que le realizaremos unos canales con la forma de las cremalleras para poderlas ajustar dentro, a su vez realizaremos una tapa dejando así totalmente fijo y cubierto nuestro engranaje. 4 Puesto que nuestra bandeja será totalmente regulable, esta elección no quiere decir que sea válida únicamente para productos de esta compañía, estos valores solo nos servirán para hacernos una idea de las medidas que tendrá que llegar a cubrir la bandeja. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Bandeja Superior 47 mar-12 EINA Zaragoza Figura 5. Bandeja inferior con la bandeja de ratón cerrada Figura 6. Bandeja inferior con bandeja de ratón abierta Pasador Principal Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 48 8. Pasador principal Esta será la pieza encargada de unir ambas bandejas la inferior y la superior, además de ser el eje mediante las cuales podrán girar para poder elevarlas a la altura deseada. El diseño de esta pieza será uno de los más sencillos de todo el proyecto, pues costará únicamente de un cilindro largo en el cual irán insertadas ambas bandejas, mas dos cilindros más cortos del mismo diámetro que los de las bandejas, para imposibilitar así su salida. El primer de los cilindros será fijo y unido al cilindro largo 6 de mientras que el tercer cilindro será del mismo tamaño que el primero, siendo el total de la suma de los tres cilindros el ancho de las bandejas que es de 260mm. Éste ultimo cilindro irá roscado colocándose en el otro extremo, dejando así fijado perfectamente ambas bandejas. Figura 1. Pasador principal Una vez terminado esto, ya podríamos unir las bandejas y tendríamos un diseño bastante avanzado de nuestro proyecto, pues la base principal ya estaría construida, ahora nos faltaría diseñar la manera de mantener la bandeja superior elevada, además de los distintos mecanismos que le añadiremos para que el ordenador no se caiga en ningún momento, pudiéndolo mover con toda comodidad. 6 Las medidas de estos cilindros serán de de 15mm de largo y 36 de diámetro el pequeño del lateral, y de 230mm de largo y 12 de diámetro el largo que hará de eje de giro de las bandejas. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Pasador Principal 49 mar-12 EINA Zaragoza Figura 2. Unión de las bandejas mediante el pasador Anclajes al ordenador Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 50 9. Anclajes al ordenador Llega el momento de diseñar un sistema de agarres que nos permita mantener el ordenador fijo a la bandeja de tal manera que podamos moverlo con toda seguridad. Para el diseño deberemos tener en cuenta dos factores imprescindibles. • El tamaño del ordenador, que no tiene por qué ser del mismo tamaño que la bandeja, por lo que tendremos que buscar algo extensible o que pueda ser ajustable a distintos tamaños. • El diseño del ordenador que vayamos a utilizar no siempre será el mismo, y si tuviéramos unos agarres fijos, podría ocurrir que estos coincidieran con alguno de los dispositivos que dispone el ordenador como pueden ser los distintos conectores de los puertos USB o de altavoces y auriculares, las de toma de corriente, las ranuras para tarjetas de memoria, lectora de CD etc. Por esto es necesario que los ajustes sean además móviles para poder colocarlos en la zona que más nos convenga. 9.1. 1ª versión: 4 anclajes colocados en los extremos del soporte En una primera toma de contacto haremos unos anclajes colocados en las cuatro esquinas de la bandeja, con la particularidad de que estos se podrán ajustar a través de un canal de dejaremos de margen siguiendo las diagonales del rectángulo que forma la bandeja. Les dejaremos un juego de 60 mm por cada lado de tal manera que pueda abarcar hasta ordenadores desde los más pequeños del mismo tamaño que la bandeja (260mm) hasta ordenadores con pantallas de unas 15 pulgadas (380 mm). El cierre aparte de poder ajustarse en lo largo del portátil, también necesitaremos que sea ajustable dependiendo del grosor del portátil, para ello haremos un sistema mediante el cual, con unas plaquitas con un muelle posibilitará que puedas apretar el cierre que tendrá un dentado en los costados de forma sencilla, pero además gracias a que los muelles siempre ejercerán presión, evitaremos que se pueda abrir a no ser que seamos nosotros los que presionemos la plaquita de la manera adecuada (en la zona de los muelles). Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Anclajes al ordenador 51 mar-12 EINA Zaragoza Figura 1.1. Anclaje del ordenador 1ª versión Este cierre podría ser perfectamente válido, pero no es lo buscamos, pues nosotros necesitamos simplificar en la mayor medida de lo posible nuestro diseño, este sistema con sus distintos muelles y piezas pequeñas o de difícil mecanizado nos resultaría de un precio excesivamente elevado en comparación con el resto del producto, por lo que nos vemos obligados a descartar esta opción. 9.2. 2ª versión: Anclajes en zona delantera más cinta de velcro 9.2.1. Anclajes laterales y posteriores En la segunda versión de nuestro diseño, haremos unos cierres laterales que servirán para que el ordenador esté centrado imposibilitando que se pueda caer por uno de los lados. Siendo los agarres colocados en la zona posterior de nuestro diseño los que imposibilitarán que este pueda separarse del soporte. Para realizar el primero de los ajustes volvemos a realizarlo con dos posibles movimientos, uno para poder ajustarlo a los distintos tamaños del ordenador, y otro movimiento lateral, que nos permita colocar el anclaje en un sitio libre de ranuras (puertos USB, alimentación de la corriente, etc.) Como además de ajustar lateralmente, buscamos que apriete al ordenador, dispondremos de unos muelles debajo del anclaje los cuales siempre comprimirán el cierre contra el ordenador, además buscamos que esto se pueda mover, para ello, los muelles irán sobre unos cilindros que permitirán el movimiento lateralmente a través de unas guías 7 que colocaremos en la parte trasera de la bandeja del ordenador. 7 Sobre esta guía colocaremos una pequeña pieza la cual servirá para agarrar al muelle, quedado así colocado entre el agarre y la bandeja del ordenador. Anclajes al ordenador Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 52 Figura 2.1. Anclaje lateral 2ª versión El anclaje de la zona delantera sería muy similar al lateral. La gran diferencia sería la colocación del mismo, puesto que el movimiento que queremos que impida sea el vertical en vez del horizontal, tendríamos que colocar el mismo diseño que para los costados pero las ranuras para colocar el anclaje en vez de estar debajo de la bandeja estarían en la misma base haciendo el agujero hacia abajo en vez de hacia adentro para que así nuestro anclaje quede en la posición vertical que estamos buscando. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Anclajes al ordenador 53 mar-12 EINA Zaragoza 9.2.2. Cinta de velcro (opcional) Pero con solo estos anclajes no serían suficientes, pues puede ocurrir que el ordenador vuelque, pues tenemos todos los agarres en la zona inferior de la bandeja, dejando toda la parte superior sin ningún tipo de seguridad. Para solucionar este problema tenemos una primera opción que sería poner los mismos agarres que tenemos en la zona inferior, pero en la parte superior, mas esto resulta totalmente inviable, pues si pusiéramos estos agarres nos quedaríamos sin espacio para posteriormente poder colocar los herrajes que harán que la bandeja se eleve. Como esta primera opción no termina de convencernos, buscamos en distintas bandejas existentes en el mercado, y observamos que en más de una de las bandejas se decantan por la utilización de cintas de velcro, pero le vemos dos problemas principales. • Está siempre en posición fija y va a ser una cinta que va a ir de lado a lado por delante del ordenador, por lo que habría muchas posibilidades de que la cinta nos coincidiera con alguna fila de teclas. • Puesto que va a ir por la zona delantera del ordenador, puede darse que haya ordenador pequeños en los cuales sea imposible disponer del espacio necesario para que esta pase sin tapar ninguna tecla o que haya usuarios que no tengan que mover para nada el trípode y no necesiten tanta seguridad vean excesivamente incomodo la presencia de una cinta de velcro recorriendo todo el portátil. Tendremos que buscar un diseño de una cinta de velcro, que se pueda ajustar de tal manera que busque solución, en la mayor medida posible a estos problemas mencionados anteriormente. Para ello lo primero que haremos serán unas guías en los laterales con un perfil en forma de T de tal manera que el enganche de la cinta pueda desplazarse lateralmente pero será imposible que se salga. Con este diseño podremos mover el enganche hasta una posición en la cual no obstaculice ninguna tecla, o en su defecto, esté en el sitio donde menos pueda llegar a molestar. Ahora buscaremos realizar un enganche, el cual tenga una manera de quitarse fácilmente, para que en caso de que el velcro no sea necesario, o pueda molestar demasiado este se pueda quitar con total comodidad. Para ello diseñaremos un enganche que conste de dos piezas, una ira unida al soporte, y la otra unida a la cinta de velcro. Para que estas dos piezas puedan juntarse o separarse unas con otras fácilmente realizaremos unos cilindros, el que va unido al soporte tendrá una canalización dentro del cilindro (hueco por dentro, pues la canalización irá por dentro y tendrá forma de U). El segundo cilindro tendrá unos pequeños salientes que circularan por dentro de la canalización del primer cilindro, además, dentro del cilindro hueco insertaremos un muelle que ejercerá presión hacia afuera en el segundo cilindro para evitar que este se pueda salir solo. Anclajes al ordenador Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 54 Figura 2.2. Enganche velcro, pieza 1, vista de la canalización interior Figura 2.3. Enganche velcro, pieza 1, vista inferior Figura 2.4. Enganche velcro, pieza 2 Figura 2.5. Enganche velcro, pieza 2, vista inferior Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Anclajes al ordenador 55 mar-12 EINA Zaragoza Figura 2.6. Enganche de la cinta de velcro Una vez terminado este enganche nos quedará unirlo a la bandeja, para ello haremos un canal como ya mencionamos anteriormente (en forma de T) el cual encajara con la parte inferior de nuestro enganche siendo una ranura de 2,5mm de grosor y 1,5mm de profundidad, seguido de una segunda ranura de 4mm de grosor y2 mm de profundidad. Esta ranura recorrerá todo el ancho de la bandeja de tal manera que una vez insertada la cinta colocaremos una tapeta que imposibilite su salida. Figura 2.7. Enganche de cinta de velcro insertado en la ranura de la bandeja superior Anclajes al ordenador Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 56 2.3. 3ªversión: Cintas de velcro mas anclaje delantero 2.3.1. Defecto del diseño anterior y retoques en las cintas de velcro Pero este diseño de anclaje sigue sin convencernos, pues, aunque el sistema de la cinta de velcro si que se adapta a la perfección a lo que estamos buscando, el resto de sistemas está muy lejos de nuestro objetivo, pues sigue siendo excesivamente costoso de fabricar, además de tener fallos importantes en el diseño que habría que modificar, pues las piezas pequeñitas que tienen como función sujetar los muelles no tienen ningún mecanismo para quedarse fijadas a la bandeja, la solución sería que la ranura en la que están insertadas fuera en forma de T al igual que la usada en la cinta de velcro, pero no tendríamos una manera de luego insertarla, por lo que queda descartada. Además este sistema sigue siendo excesivamente aparatoso, nosotros buscamos algo mucho más simple. Puesto que encontrar un agarre lateral que satisfaga nuestras necesidades se antoja muy complicado, pues o son excesivamente complicados, o no tienen todos as especificaciones de diseño que buscamos, optamos por quitarlos y utilizar simplemente la cinta de velcro en los costados y un agarre delantero que mediante un muelle de torsión hará presión sobre el ordenador imposibilitando que este caiga. Como ahora disponemos de una ranura que cubre todo el costado, (puesto que hemos suprimido todos los enganches laterales) y el diseño del enganche del velcro, ha sido de tal manera que si queremos podemos quitarlo con toda facilidad, podremos insertar una segunda cinta de velcro para a parte delantera del ordenador, que usaremos de manera optativa, en el caso de que dispongamos de un ordenador con el suficiente espacio para la misma, o tengamos un ratón conectado a uno de los puertos USB y no sea necesario el uso de la pantalla táctil que hace la función de ratón en los ordenadores portátiles Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Sistema de elevación del soporte 63 mar-12 EINA Zaragoza Figura 1.1. Tabla de especificaciones herraje Rastomat Figura 1.2. Tabla de especificaciones herraje Multiflex Sistema de elevación del soporte Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 64 Estos dos sistemas pese a cumplir perfectamente con nuestro objetivo, tenemos que descartarlos y dejarlos como última opción, pues como podemos observar en la tabla de especificaciones necesitamos un mínimo de 30mm de espacio entre cada una de las bandejas para poder colocar uno de estos sistemas, siendo que nosotros disponemos de 13mm, estaríamos hablando de doblar dicha distancia, por lo que sería bastante productivo realizar dicha operación. Encontramos otro fabricante chino 10 , que en su catálogo de productos también tiene herrajes muy similares a los que hettick ofrecía, pero nos vemos obligados a descartarlos igualmente puesto que nos es imposible encontrar todas las especificaciones del producto, pero observando las dimensiones que si aparecen nos podemos hacer una idea de que son bastante similares a los anteriormente mencionados. Puesto que encontrar algo comercial que pueda llegar a encajar con el resto del diseño de nuestro soporte se hace excesivamente complicado, nos vemos obligados a diseñar desde cero un sistema de herrajes que nos permita mantener la bandeja superior elevada, y que se adapte a las dimensiones ya diseñadas. 10 Esta marca china se llama Te Ke He y la página web con su catálogo es la siguiente: www.tekehe.com Figura 1.3. Herraje Te Ke He 1 Figura 1.4. Herraje Te Ke He 2 Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Sistema de elevación del soporte 65 mar-12 EINA Zaragoza 10.2. Sistema de elevación. Primera opción . Nuestra primera versión será un sistema muy similar al usado en apoyalibros o atriles de sobremesa regulables, con la diferencia de sustituir las guías dentadas por unas guías rectas por las cuales circulará un cilindro de diámetro variable, en el que únicamente bastará girar la manivela que colocaremos en su extremo para que se quede fijo. Esto ocurrirá gracias a que girando de la palanca, giraremos también el cilindro entero, pues va unido continuo a este, haciendo así que el diámetro del cilindro que circula por la guía aumente. Figura 2.1. Atril de sobremesa regulable Figura 2.2. Herrajes regulables primera opción Para este diseño no utilizamos unas guías dentadas como las del atril puesto que para abrirse, si que este se abriría sin que nada se lo impidiese, pero luego en el momento que quisiéramos cerrar nuestro soporte este se atascaría en cada uno de los distintos niveles (o dientes) que hubiéramos creado, teniéndolo que sacarlo del diente en cada uno de los dientes hasta el final de la guía, haciéndolo un sistema bastante incomodo. Este primer diseño constara de dos apoyos rectangulares los cuales se moverán a través de una guía mecanizad directamente en la bandeja inferior y del pasador con el diámetro variable mencionado anteriormente. Figura 2.3. Apoyos rectangulares y guías Sistema de elevación del soporte Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 66 Figura 2.4. Cilindro de diámetro variable Figura 2.5. Sistema de elevación primera opción Pero este diseño no termina de ser el adecuado, pues el sistema de fijación a determinada altura no termina de convencernos, pues no nos garantiza la seguridad que queremos de que la bandeja vaya a aguantar levantada el todo el tiempo que necesitemos. Por lo que seguiremos buscando distintas alternativas que satisfagan nuestras necesidades. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Sistema de elevación del soporte 67 mar-12 EINA Zaragoza 10.3. Sistema de elevación. Segunda opción Descartado el primer sistema y descartada también la opción de guías dentadas, buscaremos un sistema sin la presencia de ninguna guía, por lo que una opción que aparece es la de insertar unos cilindros telescópicos de tal manera que a medida que vaya levantándose la bandeja superior, el cilindro interior vaya saliendo del interior del cilindro exterior. Este sistema es un sistema muy recurrente en carpintería en el uso de pequeños armarios, puertas abatibles o de divanes, el inconveniente que encontramos es que en la gran mayoría de ocasiones, estos solo tienen dos únicas posiciones, abierta o cerrada, por lo que tendremos que diseñar un sistema mediante el cual estos cilindros puedan mantenerse fijos en posiciones intermedias. Una opción sería ranurar el cilindro exterior y hacer una pequeña extrusión en el interior de tal manera que el resalte resultante circularía por la ranura. Esta ranura tendría pequeños salientes a determinadas distancias de tal manera que el resalte quedara encajado imposibilitando así que la bandeja pudiera cerrarse. El inconveniente de este sistema seria el mismo que el que ocurriría con las guías dentadas, en el momento que la bandeja se cerrase el resalte se quedaría enganchado, uno a uno, en todos los salientes, por lo que resultaría muy incomodo Otra opción será utilizar el mismo sistema que se utiliza para fijar las patas de los trípodes a una altura determinada, pues nuestros cilindros, son unos cilindros telescópicos muy similares a los usados en las patas de los cilindros. Los cierres de las patas de los trípodes pueden ser de dos maneras distintas, o bien de clic, o bien de rosca, ambos podrían ser validos para nuestro diseño, pero tendremos que decantarnos por uno para añadirlo a nuestro diseño. Figura 3.1. Cierres de rosca y de clic en patas de trípodes Sistema de elevación del soporte Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 68 Para el diseño del soporte nos decantaremos por la opción del clic, puesto que es mucho más rápido y cómodo a la hora de fijar las patas, ofreciéndonos una seguridad bastante similar a la que nos ofrece el cierre de rosca. Pues la gran diferencia que suele existir entre ambos cierres es, aparte de la rapidez de cierre, que el de rosca está cerrado herméticamente, imposibilitando la entrada de agua o otra sustancia al interior de las patas, pero esa característica, no la consideramos excesivamente importante en nuestro diseño, decantándonos así por el cierre de mayor rapidez. Las piezas que componen este sistema de elevación serán bastante simples, pues está compuesto por dos cilindros, uno de ellos hueco, de diámetro exterior de 8mm y 6mm el interior, para poder insertar el otro, y con agujeros a cada uno de sus extremos para poder introducir el pasador que los unirán a su bandeja correspondiente. Figura 3.2. Cilindros telescópicos Para el sistema de cierre buscamos nuevamente en páginas como traceparts para ver si disponían de algún tipo de abrazadera que pudiera servir, al final se decidió hacer una muy similar a las abrazaderas de tija que se emplean en las bicicletas 11 . Figura 3.3. Distintas abrazaderas de tija para bicicletas 11 También buscamos alguna abrazadera de tija ara poder insertar en nuestro soporte, pero todo lo que se encontró eran abrazaderas de diámetros mucho mayores a los que buscábamos, de unos 30mm de diámetro, en vez de los 13 de máximo que nosotros poseemos. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Sistema de elevación del soporte 69 mar-12 EINA Zaragoza Como podemos observar, es un mecanismo bastante simple, el cual consta de tres piezas principales, por un lado la abrazadera propiamente dicha, que ira abierta por uno de los lados para poder darle el juego de apriete. Una segunda piza que será la que haga la presión sobre la abrazadera, para ello constara de una circunferencia principal sobre el cual girara otra circunferencia excéntrica, de tal manera que cuanto más gires, mas apretaras el cierre. La tercera pieza será simplemente un pasador que servirá de unión de las otras dos piezas. Muestro diseño será bastante similar al aquí mencionado, pero en los diseños mostrados en la imagen anterior se puede observar que estamos ante abrazaderas muy estrechas, Los cilindros sobre los que irán estos cierres van a tener muy poco diámetro, por lo que, para que nuestros agarres soporten el peso del ordenador sin problemas, nos interesa que sean, en proporción mucho más largos. Esto hace que nuestro diseño cambie considerablemente, sobretodo en la tercera pieza, pues será como si estuviéramos uniendo tres abrazaderas de las mostradas en la imagen anterior. La primera de las piezas será un cilindro de 20mm de largo por 8mm de diámetro interior, el mismo que el del cilindro telescópico hueco, y un cilindro exterior de 10mm, con una ranura de 1mm en uno de sus costados, acompañado de una extrusión de 4mm. Sobre esa pequeña extrusión de 4mm en la zona de la ranura realizaremos los agujeros para el pasador que unirá esta pieza a la otra. Figura 3.4. Cierre de clic, abrazadera El cierre de la abrazadera, que será el encargado de hacer la presión, será como hemos explicado anteriormente, con la salvedad de que el nuestro será mucho más largo, pero con el mismo funcionamiento, una circunferencia de 10mm con otra de 5mm interior pero descentrada sobre la que la primera girará. Sistema de elevación del soporte Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 70 Figura 3.5. Cierre de la abrazadera La tercera pieza, será la de mayor diferencia tendrá con las abrazaderas de tija mostradas anteriormente, pues al ser nuestro agarre mucho más largo, le hemos realizado dos agujero de unión entre abrazadera y cierre, por lo que tendremos que realizar un pasador que recorra tolo el largo de la pieza (20mm) al cual le irán unidos otros dos, que parten de las extrusiones junto a la ranura de la abrazadera. Figura 3.6. Sistema de elevación, segunda opción Pero este sistema sigue sin convencernos, pues cuando la bandeja está muy abierta no existe problema alguno, pero si necesitamos tener la bandeja con un ángulo de inclinación pequeño, nos ser imposible fijar las abrazaderas, pues será imposible que metamos la mano para cerrar la abrazadera. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Sistema de elevación del soporte 71 mar-12 EINA Zaragoza 10.4. Sistema de elevación. Tercera opción La tercera opción será un sistema mucho más simple, puesto que con cualquier cierre manual que coloquemos nos va a surgir el mismo problema que en el caso anterior, vamos a optar por realizar unos cilindros, muy similares a los anteriores, pero con un anillo de teflón 12 colocado en su interior para que soporte el peso del ordenador. Si este sistema funciona como buscamos será el ideal, pues es el más simple, y su manera de ajustar la bandeja a la altura que busquemos será la más rápida posible no requerirá de ajuste alguno. Para este diseño realizaremos dos versiones distintas cuya única diferencia será el perfil de las barras que soportarán el peso del ordenador, haremos unas cilíndricas muy similares a las anteriores, y otras de perfil rectangular. En las de perfil circular empezaremos tomando como base las anteriores barras, a las cuales lo primero que haremos será cambiarles las medidas, pues al no tener un cierre exterior que insertarle, podemos llegar a ponerle los 13mm de diámetro exterior, que coincide con la distancia que disponemos entre ambas bandejas. Dentro de este primer cilindro realizaremos dos agujeros, primero uno de 7mm hasta el final que será por el que irá insertada la otra barra, y otro segundo agujero de 20mm desde la parte superior de la barra que será para alojar el anillo de teflón con un diámetro de 11mm. Podríamos hacer que este agujero fuera hasta el final del cilindro, pero entonces, cuando bajáramos la bandeja podría ocurrir que el pasador también bajara, en cambio, de esta manera no podrá moverse puesto que el agujero será de su misma largura. La segunda barra será igual que la del diseño anterior con la única diferencia de que tendrá un diámetro de 7mm, manteniendo los 115mm de largo que miden cada uno de los tubos 13 . Para realizar el anillo de teflón será simplemente una extrusión de 11mm de diámetro y 20mm de largo con un agujero concéntrico de 7mm de diámetro, quedando así totalmente insertado entre las dos barras. Además, para que este cilindro no se pueda salir por la parte de arriba, haremos también una tapa de unos 2mm de grosor que ira atornillada a la barra que aloja el cilindro. 12 Será teflón caucho o de algún otro material con un alto coeficiente de rozamiento, de tal manera, que esta fuerza de rozamiento ejercida entre el caucho y cada una de las paredes de las barras imposibiliten que estas se muevan salvo que nosotros le hagamos una fuerza exterior. 13 Esos 115 mm son solo lo que miden los tubos tanto del diseño anterior como de este, si además del tubo, contamos la parte inferior de la pieza, que sirve de unión a las bandejas, harán un total de 136mm Sistema de elevación del soporte Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 72 Figura 4.1. barra inferior Figura 4.2. Barra superior, anillo de teflón y tape del herraje Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Conclusiones 79 mar-12 EINA Zaragoza Para piezas como los tornillos, pasadores, y demás piezas comerciales, el material vendrá determinado por el fabricante, siendo la gran mayoría de acero dulce o forjado, pero esto no supone mucho en el peso de nuestro soporte, puesto que son las piezas más pequeñas del mismo. El peso total de la pieza será de 2,35 Kg, siendo este un peso bastante aceptable, pues como máximo un ordenador de 15 pulgadas puede llegar a pesar unos 2,5 o 3Kg por lo que sería un total de 5Kg, siendo esta, una capacidad soportada por una amplia gama de trípodes. Una vez echas todas estas reflexiones, una versión final y realista de nuestro diseño es la siguiente: Figura 1. Soporte versión final Conclusiones Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 80 Puesto que la bandeja va a ir unida a un trípode, una imagen final del conjunto soporte trípode sería el siguiente. Figura 2. Soporte versión final unido a trípode Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Conclusiones 81 mar-12 EINA Zaragoza Cálculos Justificativos Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 82 12. Anexo I. Cálculos Justificativos 12.1. Calculo de los diagramas de esfuerzos En este apartado justificaremos el correcto diseño y elección de materiales de nuestro soporte apoyándonos en distintos cálculos en función de la carga máxima a soportar las dimensiones de cada una de las piezas o las características específicas de cada material. Lo primero que tendremos que hacer es determinar las cargas máximas que va a tener que soportar nuestra bandeja así como los momentos más desfavorable de la misma en las distintas posiciones. La carga máxima que va a tener que soportar nuestra bandeja va a ser el peso máximo que pueda tener un portátil de 15 pulgadas, que son las máximas dimensiones para las que está diseñada nuestra bandeja. De la misma manera que hicimos para delimitar las dimensiones de la bandeja, haremos con su peso, miraremos en el catalogo de productos de Toshiba para establecer un peso orientativo. Para el cálculo de los momentos más desfavorables asemejaremos nuestra a bandeja a una estructura de barras, para la cual dividiremos las cargas entre dos, pues haremos como si nuestro soporte fuera esa estructura dos veces, una por cada una de las tijeras, además, son dos los apoyos que la bandeja superior tiene también a la bandeja inferior. La carga que estableceremos en la barra superior, que será la que haga de bandeja superior, será el peso del ordenador 2,9 kg mas el peso de la bandeja superior 0,4 Kg la dividiremos entre dos, por las dos tijeras, y para establecerlo como carga distribuida la dividiremos entre la longitud total de la bandeja.   = ;  =33 0.285=115,8/→57,89/*+ Para hacer el sistema de barras con sus posteriores cálculos, realizaremos el sistema en tres posiciones distintas, una abierta totalmente (90º) en su punto medio (45º) y una última totalmente cerrada. Puesto que la distancia total de la barra es de 258mm, pero solo hasta su apoyo es de 219mm simplificaremos las cosas quitando esos 66mm de sobra y colocando en sustitución su carga equivalente de 3,82N Y 0.252N⋅m. Cabe decir que estos valores mostrados son para la posición de 90º puesto que para las otras dos la carga distribuida será mayor puesto que el peso se repartirá por una distancia menor al estar la bandeja inclinada ( el peso se reparte solo en el eje X) Para calcular los valores de las otras dos posiciones sustituiremos la distancia por la distancia proyectada en el eje X. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Cálculos Justificativos 83 mar-12 EINA Zaragoza Los distintos sistemas equivalentes a resolver de las distintas posiciones son los siguientes: Figura1.1. Sistema equivalente al soporte a 90º, 45º y 0º Una vez planteados los sistemas, necesitaremos obtener los distintos diagramas de esfuerzos, tanto de axil, cortante como flectores. Para ello al estar ante estructuras hiperestáticas nos veremos a resolverlo mediante el método de Cross para obtener así los distintos momentos en cada una de las barras y luego, mediante los equilibrios en cada barra obtendremos el resto de fuerzas que actúan sobre las mismas. Los diagramas de cada uno de los sistemas son los siguientes: • Diagrama de esfuerzos axiles: Figura 1.2. Diagramas de esfuerzos axiles Cálculos Justificativos Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 84 • Diagrama de esfuerzos cortantes: Figura 1.3. Diagrama de esfuerzos cortantes • Diagrama de momentos flectores: Figura 1.¡Error! Utilice la ficha Inicio para aplicar 0 al texto que desea que aparezca aquí.4. Diagrama de momentos flectores 12.2. Comprobación del espesor de la bandeja Una vez que tenemos los distintos diagramas de esfuerzos podemos conocer las fuerzas de compresión, así como a posición más desfavorable en cada una de las barras. Para comprobar si el dimensionamiento de cada uno de los distintos elementos de nuestra bandeja es el correcto, siempre realizaremos el mismo sistema, puesto que ya tenemos dimensionada nuestra bandeja, y en muchas ocasiones cambiar nuestras medidas por otras más pequeñas que se ajusten mejor con su fuerza aplicada será muy difícil, vamos a calcular el coeficiente de seguridad (C s ) en función de sus dimensiones y los esfuerzos que estén aplicados, dando por válido este coeficiente, y por tanto nuestra estructura, siempre que el valor obtenido sea mayor o igual a un C s =5. Puesto que nuestra bandeja está sometida a esfuerzos muy pequeños sería muy extraño que esto ocurriera, pero en el caso de que se diera, puesto que bajar la carga a la que va a ser sometida es imposible, la solución sería aumentar el área de la zona conflicto. Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Cálculos Justificativos 85 mar-12 EINA Zaragoza Observando los diagramas de esfuerzos en la barra de la bandeja (barra 1) los momentos más desfavorables son los siguientes: • Posición de 90º: N x =10.6N; V y = 7,2N, M z =259N⋅m; • Posición de 45º: N x =15.2N; 7.39N; M z = 63N⋅m; • Posición de 0º: N x =12.1N; V y =M Z =0; La posición más desfavorable será aquella con mayor M Z, por tanto calcularemos nuestro coeficiente de seguridad para la posición de 45º: , - = - .+0 1 2 1 3= 15,2 160∙5+630 160∙3 5 12 1.5=2.640 Como área pondremos los 5mm de grosor que tiene la bandeja por 160 que es la anchura de media bandeja. Para calcular el coeficiente de seguridad necesitamos saber el valor del límite elástico de nuestro material, para ello inventor tiene un modulo en el cual nos dirá esta y otras características del material seleccionado (Plástico ABS): Figura 2.1. Tabla de propiedades plástico ABS  7 =, 8 2, - = 40 2∙2.644=7.56→9: 12.3. Comprobación del sistema de tijeras 12.3.1. Resistencia de tensión máxima Para este sistema nuestra primera comprobación será si las tijeras resistirán la carga del ordenador y la bandeja, para ello observaremos, al igual que en el apartado anterior, los distintos diagramas de esfuerzos en las distintas posiciones, (barra 2 a 90º, barras 2 y 3 con 45º y 0º) para elegir así el más desfavorable y trabajar con él. Cálculos Justificativos Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 86 • La posición más desfavorable, a 90 grados será en el nudo 2, con unos valores de N x =14N; V y = 2N, M z =259N⋅m; Por lo que la tensión generada será: , - = - .+0 1 2 1 3= 14 10 ⋅ 3+250 3∙10 5 12 6=6.4670 El límite elástico del Aluminio, pues es el material de las tijeras lo obtendremos de la misma manera que con el Plástico ABS. Figura 3.1. Tabla de propiedades del Aluminio  7 =, 8 2, - = 275 2∙3.939=42.525→9: • La posición más desfavorable, a 45 grados será en el nudo 2, con unos valores de N x =4.3N; V y = 3.47N, M z =857N⋅m; y N x =0.63N; V y = 5.49N, M z =857N⋅m La primera opción es más desfavorable: , - = - .+0 1 2 1 3= 4.3 3∙10+857 3∙10 5 12 6=20.7110  7 =, 8 , - = 275 12.022=13.278→9: • La posición más desfavorable, a 0 grados será constante en toda la barra, con unos valores de N x =9.42N; V y = 0N, M z =0N⋅m , - = - .+0 1 2 1 3= 9.42 3∙10+0 3∙12 5 12 6=0.3140  7 =, 8 , - = 275 0.314=875.8→9: Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Cálculos Justificativos 87 mar-12 EINA Zaragoza 12.3.2. Pandeo Pero además de esto, puesto que las tijeras van a estar sometidas a fuerzas de contracción, existe la posibilidad de que las mismas fallen a pandeo. Por tanto vamos a comprobar que esto no sucederá: En primer lugar calcularemos la relación de esbeltez de la columna (λ) así como su esbeltez límite (λ lim) : λ = ; =<∙ =.=0.7∙160 =27 30 =118.058 Siendo: = >∙?@ AB = AC∙5@ AB =27 D .=+∙ℎ=3∙10=30 B λ FGH =I2 B J , 8 =I2 B 68900 275 =70.325 Comprobamos si λ>λ lim : Puesto que λ es mayor que λ lim esto nos indica que estamos ante una columna larga, por lo que tendremos que utilizar el criterio de pandeo de EULER. K LM = B J  ; B = B 68900∙27 0.7∙160 B =1463.68  7 =K LM K LNHOM;7GóQ =1463.68 14 =104.55→9: La F compresión la obtenemos de buscar cual es la mayor de las fuerzas solo a compresión que actúan sobre las barras de las tijeras en los diagramas de esfuerzos axiles. 12.3.3. Comprobación del diámetro de los remaches Ahora pasaremos a comprobar si el diámetro de los remaches que van a ir entre las tijeras y la plaquita de unión a la bandeja es el correcto. Como podemos observar en la imagen, los pasadores estarán sometidos a un esfuerzo cortante directo de simple cortadura en el cual R HS- =K . Figura 3.2. Doble cortadura en pasador tijeras Cálculos Justificativos Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 88 Puesto que los pasadores son de acero dulce, obtendremos el valor de su límite elástico gracias a las tablas de Inventor. Figura 3.3. Tabla de propiedades Acero dulce La fuerza máxima que actuará sobre el pasador será la calculada en los diagramas de esfuerzos. Como nos interesa saber la más desfavorable, cogeremos la de valor más alto tenga de las barras que simulan las tijeras, pues es donde están los pasadores, pero estas fuerzas están descompuestas por lo que tendremos que sacar el vector completo de la fuerza entre axiles y cortantes. Figura 3.4. Vectores de fuerzas de las distintas inclinaciones Una vez que tenemos la fuerza máxima (14.4) pasaremos a calcular el Coeficiente de seguridad de los pasadores: R HS- =K .=14.14 ∙3 B 4=20  T =, 8 2∙R HS- =207 2∙2=51.75→9: Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode Cálculos Justificativos 95 mar-12 EINA Zaragoza Bibliografía Diseño de soporte regulable de ordenador portátil a trípode EINA Zaragoza mar-12 96 13. Bibliografía Apuntes de diseño de máquinas, Marín García, Juan Manuel, Editorial Club Universitario. Cálculo de la cadena de transmisión y de las prestaciones del automóvil, Santiago Baselga Ariño. Ingeniería de materiales para industria y construcción, Jesús Martín San José, María Antonieta Madre Sediles, José Manuel Franco Gimeno, Mira Editores. Dibujo Industrial, Conjuntos y despieces, José M. Auría Apilluelo, Pedro Ibáñez Carabantes, Pedro Ubieto Artur, Editorial Thomson. Autodesk Inventor 2009, Thom Tremblay, Ediciones Amaya. Designación y Aplicación de productos metalúrgicos, Apuntes Dibujo II, especialidad mecánica. Rugosidad y Calidades Superficiales: Apuntes Dibujo II, especialidad Mecánica. Teoría de proyectos, Apunte Dibujo II, especialidad mecánica. Elasticidad y resistencia de materiales, Apuntes de la asignatura, José David Bel Cacho. Diseño de máquinas, Apuntes de la asignatura, Javier Abad Blasco, Paula Canalís Martínez, Fernando Pardos Catalán. Tecnología de Plásticos: Blog dedicado a materiales plástios, http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es Acotación y representación en planos, acotación correcta de engranajes, http://www.gig.etsii.upm.es/gigcom/temas_di2/engranajes/tablas%20en_planos.html Tutoriales Sdotson de Autodesk inventor: www.sdotson.com Catálogo Traceparts: www.traceparts.com Catálogo Manfrotto: www.manfrotto.com Catálogo Toshiba: www.toshiba.es Catálogo Opac S.L.: www.opac.net Catálogo Elesa+Ganter Iberica S.L.: http://www.elesa-ganter-iberica.com Catálogo de productos de distintos fabricantes de trípodes, están mencionadas todas las páginas web de cada uno de los fabricantes en el capítulo 2 (página 17). Bibliografía Diseño desoporte regulable de ordenador portátil a trípode 97 mar-12 EINA Zaragoza