EuroWire July 2016

Artículo técnico

Análisis de diseño de una cableadora planetaria de grandes dimensiones usando herramientas CAE Por Giorgio Pirovano, MFL Group, y Fabiano Maggio, de EnginSoft SpA

Introducción El diseño de una cableadora planetaria con destorsión no es un proyecto simple debido a la rotación “planetaria” de las partes: ésta produce efectos dinámicos que son difíciles de estimar, en particular, en caso de prestaciones extremas debido a la masa elevada de las bobinas, las configuraciones de las cargas y la velocidad de rotación. Para evitar cualquier riesgo y obtener datos de diseño lo más preciso posible, MFL se ha dirigido a EnginSoft y sus capacidades de simulación, como partner fiable para este proyecto. En este proyecto específico, EnginSoft tiene que realizar la evaluación dinámica total de la máquina planetaria. Para obtener resultados precisos y fiables, es necesario usar un software de simulación multicuerpo potente y versátil: RecurDyn®. Por otro lado, MFL debe completar el diseño de las partes para cumplir los requisitos estructurales en términos de resistencia y duración. Métodos y definición de los problemas Esta máquina planetaria colosal será usada para producir cable con distintos diámetros y combinaciones de cableado; por lo tanto, las bobinas cargadas en la máquina pueden tener diferentes tamaños y posiciones en el rotor principal. Además, las bobinas son desequilibradas naturalmente debido a errores de enrollado. Esto produce varios escenarios de carga por analizar. El objetivo es determinar el peor caso

dinámico con el software RecurDyn®. El resultado es un modelo preciso con más de 100 cuerpos. La mayoría de las propiedades inerciales son calculadas automáticamente por CAD, pero muchos cuerpos son parametrizados por el mismo software multicuerpo. Obviamente, la conexión entre los distintos cuerpos simula perfectamente el enlace cinético real (engranajes, ejes y demás) para obtener un modelo que es el más cercano posible a la máquina real en términos de grados de libertad. Los engranajes son elementos especiales de la librería RecurDyn®, diseñados para simular ya sea la cinética (relación de transmisión) ya sea la dinámica (cargas recíprocas) de cada par de engranajes. La Figura 4 muestra el sistema de destorsión de los engranajes. Se puede ver fácilmente que se ha usado masivamente

en términos de potencia requerida por los motores y esfuerzo en las partes. Los ingenieros de EnginSoft deben descubrir dichas condiciones mediante simulación dinámica. Se inicia analizando una sola caja para determinar la peor configuración. Luego, junto con MFL, se determinan escenarios de carga finita. El paso sucesivo es la simulación dinámica de los distintos escenarios aplicando la condición de carga peor determinada anteriormente para la caja analizada. Al final se obtienen las condiciones de trabajo peores de la máquina entera. En otras palabras, esta actividad es la aplicación científica y precisa del diseño de experimentos (DOE). Modelo de la dinámica de los cuerpos rígidos Se realiza un análisis de la dinámica de los cuerpos rígidos. Las cargas internas y la potencia/pares de los motores dependen principalmente de la aceleración y de las inercias de las partes en movimiento. Por lo tanto, no es necesario introducir la flexibilidad en el modelo (que aumentaría significativamente el esfuerzo de cálculo). Partiendo de la geometría CAD 3D de la máquina de MFL, se determina el modelo ▲ ▲ Figura 1 : Rotaciones en una cableadora planetaria

▼ ▼ Figura 2 : Caja individual de la máquina planetaria

Caja individual

Caja individual

Caja individual

▼ ▼ Figura 3 : Método y enfoque DOE

Tamaño de la bobina

Combinación de bobinas

Desequilibrio de la bobina

DOE

Potencia del motor

Carga en las partes

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Julio de 2016