EuroWire July 2016

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Artículo técnico
Julio de 2016 77
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
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
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
▲ ▲ Figura 1: Rotaciones en una cableadora planetaria
▼ ▼ Figura 2: Caja individual de la máquina planetaria
▼ ▼ Figura 3:Método y enfoque DOE
Caja individual
Caja individual Caja individual
Tamaño de la bobina
DOE
Carga en
las partes
Potencia
del motor
Desequilibrio
de la bobina
Combinación
de bobinas