Diseño de una estructura flexible nodos/barra para ensamblaje aeronáutico

Abstract

Laburpena: proiektu hau Gradu Amaierako Proiektu gisa aurkezten da (12 ECTS) Ingeniaritza Mekanikoko titulua lortzeko. Aeronautika elementu ezberdinen muntaian erabilitako tresna malgu bat diseinatzeko prozesua deskribatzen du. Proiektu honek kostu baxuko eragingailuen ekintzari esker, gorputz estuetako aireontzi baten fuselaje zentroko geometriara egokitzeko gai den egitura baten definizioarekin hasten da, hau da, "erradio txikiko" kurbatura lortu ahal duena. Zutabea deitzen den egitura hori lortzeko, GIM simulazio zinematikoko softwarea erabili da. Ondoren, GIM softwarearen 3D-ko simulazio zinematikoko egituren erantzunetan oinarrituta diseinua egiten da. Simulazio hauei esker, tresneria malgua nola mugitzen den ikus daiteke eta baita ere dituen mugimendu guztiak, nodoen eta barraen azken posizioa eta baita haien ibilbideen kurbatura zentroak ere. Tresneriaren diseinua eta bere muntaketa CAD Inventor tresnaren bidez egin dira. Horretarako, literaturan barrak bilatu dira, nahikoa lodiera duten ardatz eta nodoa lotzeko. Nodoak ere diseinatu dira, eta mugimendua lortzeko gai diren simulazio zinematikokoaren bidez aztertu da. Aukeratutako lotura elementuak (torlojuak, torloju esferikoak, etab.), elementu estandarrak edo komertzialak izan dira. Fabrikatu beharreko pieza eutsi ahal izateko, pieza hori nodo/barra egiturara era egokian lotzea ahalbidetzen duen soluzioa planteatu da. Tresna horretan esku hartzen duten kostu baxuko eragingailuen kopurua ere mugatu egin da prezioa murrizteko. Azkenean, sistemaren simulazio mekanikoa CESTRI 3D ko egiturentzako kalkulu softwarearekin egin da, barra horiek jasaten dituzten gutxi-gorabeherako tensio axialak neurtzeko. Proiektuak aurrekontua ere barne hartzen du eta bertan: bulego teknikoaren, elementu komertzialen, fabrikatu beharreko elementuen eta muntaia, azterketa eta mantentzearen kostuak biltzen ditu.

Resumen: el presente proyecto se presenta como Trabajo Fin de Grado (12 ECTS) para optar al título de Graduado en Ingeniería Mecánica. En él se describe el proceso de diseño de un utillaje flexible, formado por una estructura nodos/barra, utilizado para el amarre de diferentes componentes aeronáuticos. El proyecto comienza con la definición de una estructura que sea capaz, gracias a la acción de actuadores low-cost, de adaptarse a la geometría de la parte del fuselaje central de un avión de fuselaje estrecho, es decir, que sea capaz de alcanzar un radio de curvatura “pequeño”. Para llegar a esa estructura, denominada columna, se hace uso del programa informático de simulaciones cinemáticas GIM. Posteriormente se realiza la simulación cinemática de las soluciones adoptadas de las estructuras en 3D en el software GIM, donde se observa cómo se mueve el utillaje flexible, todo el rango de movimiento que tiene el mismo y la posición final de los nodos y de las barras, así como los centros de curvatura de sus trayectorias. El diseño del utillaje y su ensamblaje se ha llevado a cabo en la herramienta de CAD Inventor. Para ello se ha buscado en la literatura barras con el suficiente espesor para soportar los esfuerzos axiales y se han diseñado nudos que puedan unir las barras, con una unión atornillada o con una rótula, y que sean capaces tanto de alcanzar el movimiento obtenido en la simulación cinemática como de transmitir correctamente los esfuerzos axiales de tracción o de compresión. Los elementos de unión (tornillos, tuercas, pernos esféricos etc.) son elementos normalizados o comerciales. Para poder sujetar la pieza a fabricar se ha definido una solución que permita el correcto amarre de dicha pieza a la estructura nodos/barra. También se ha limitado el número de actuadores low-cost que intervienen en el utillaje para abaratar así su precio. Por último, se ha llevado a cabo una simulación mecánica del sistema mediante el software de cálculo estructural en 3D CESTRI, para ver las tensiones axiales aproximadas a las que están sometidas las barras. El proyecto también incluye el presupuesto, que contempla los costes de oficina técnica, los costes de los elementos comerciales, los costes de los elementos a fabricar y los costes de montaje, pruebas y mantenimiento.

Abstract: the present project is presented as Final Degree Project (12 ECTS) to qualify for the degree in Mechanical Engineering. It describes the process of designing a flexible tool, formed by a structure nodes/bar, used for the tying up of different aeronautical components. The project begins with the definition of a structure that is capable, due to the action of low-cost actuators, of adapting to the geometry of the part of the central fuselage of a narrow-body aircraft, that is, the estructure is able to reach a "small" radius of curvature. To get to that structure, called the column, the GIM kinematic simulation software is used. Subsequently, the kinematic simulation of the adopted solutions of the 3D structures in the GIM software is made, where it is observed how the flexible tooling moves, all the range of movement that it has and the final position of the nodes and the bars, as well as the centers of curvature of their trajectories. The design of the tooling and its assembly has been carried out in the CAD Inventor tool. For this purpose, bars have been searched for in the literature with sufficient thickness to withstand axial stresses and knots have been designed that can join the bars, with a bolted connection or with a ball joint, and that are capable of achieving the movement obtained in the kinematic simulation as to correctly transmit the axial forces of traction or compression. The joining elements (screws, nuts, spherical bolts, etc.) are standard or commercial elements. To be able to hold the piece to be manufactured, a solution has been defined that allows the correct clamping of said piece to the structure nodes / bar. The number of low-cost actuators that intervene in the tooling has also been limited to lower its price. Finally, a mechanical simulation of the system has been carried out using CESTRI 3D structural calculation software, to see the approximate axial tensions to which the bars are subjected. The project also includes the budget, which includes the technical office costs, the costs of the commercial elements, the costs of the elements to be manufactured and the costs of assembly, testing and maintenance.