ESTUDIOS DE I+D+I · 2017-03-22 · las ruedas y plegar la silla, en el caso de sillas plegables....

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ESTUDIOS DE I+D+I

Número 27

Diseño, fabricación y montaje asistido por computador para la optimización de coste de un cambio de marchas compacto de silla de ruedas a partir de un prototipo funcional no

serializable

Autor: Ferré, Rafael Filiación: Contacto: Convocatoria: 2002 Para citar este documento: FERRÉ, Rafael (2003). “Diseño, fabricación y montaje asistido por computador para la optimización de coste de un cambio de marchas compacto de silla de ruedas a partir de un prototipo funcional no serializable”. Madrid, IMSERSO, Estudios I+D+I, nº 27. [Fecha de publicación: 18/08/2005]. <http://www.imsersomayores.csic.es/documentos/documentos/imserso-estudiosidi-27.pdf>

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Resumen Este proyecto consiste en el diseño mecánico y prototipage de un cambio de velocidades compacto, económico y totalmente adaptable a una silla de ruedas estándar, para facilitar a los usuarios el acceso a pendientes pronunciadas o largas; reduciendo así el esfuerzo físico que supone hacerlo en una silla no dotada de dicha herramienta. Se realizó un pequeño estudio de mercado que demuestra el carácter innovador del producto y su respuesta a una necesidad real. Además señala a todos los usuarios de sillas de ruedas manuales como potenciales compradores. La totalidad del diseño mecánico de la máquina ha estado realizado mediante herramientas CAD de diseño asistido por ordenador y técnicas de diseño 3D. El mecanismo está dividido en 6 subconjuntos diferenciados, con funciones diferentes. Estos subconjuntos son el selector, el buje, eje secundario, eje primario, eje rueda, cárter. Se ha podido comprobar que el esfuerzo a realizar por parte del usuario es la mitad del que se tenia que realizar sin el aparato. Este hecho hace que el transcurso de la vida cotidiana de una persona discapacitada resulte menos cansada y por lo tanto contribuya a la mejora de su calidad de vida.

MEMORIA DEL DESARROLLO TÉCNICO

DEL PROYECTO:

CAMACOM TR-54

Diseño, fabricación y montaje asistido por computador para la optimización de coste de un

CAMbio de MArchas COMpacto de silla de ruedas a partir de un prototipo funcional no serializable

PROYECTO CAMACOM PÁG. 2

Memoria

ÍNDICE DEL PROYECTO:

MEMORIA:

1. SOBRE ESTE PROYECTO............................................................................................................ 4

1.1 FINALIDAD...................................................................................................................................... 4

1.2 PROPÓSITO...................................................................................................................................... 4

1.3 CONTENIDO .................................................................................................................................... 4

1.4 OBJETO ........................................................................................................................................... 5

2. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................ 6

2.1 EL PRODUCTO ................................................................................................................................. 6

2.2 ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO...................................................................................................... 6

2.2.1 Planteamiento....................................................................................................................... 6

2.2.2 Límites del proyecto ............................................................................................................. 7

3. ESTUDIO DE LOS PRODUCTOS DEL MERCADO.................................................................. 8

3.1 EL MERCADO ACTUAL ................................................................................................................... 8

3.2 USUARIOS POTENCIALES........................................................................................................ 9

3.3 CONCLUSIONES DEL ESTUDIO ...................................................................................................... 10

3.4 LAS FUENTES DEL ESTUDIO......................................................................................................... 11

4. EL PRODUCTO............................................................................................................................. 12

4.1 EL PUNTO DE PARTIDA ................................................................................................................. 12

4.2 ESPECIFICACIONES ....................................................................................................................... 14

4.3 FUNCIONAMENTO.......................................................................................................................... 14

4.4 LAS PARTES CONSTITUYENTES DEL MECANISMO ........................................................................ 16

5. RESULTADOS ............................................................................................................................... 18

5.1.1 Conjuntos Totales y Plano de Situación (00) ..................................................................... 19

5.1.2 Fichas de los conjuntos ...................................................................................................... 19

5.1.3 Conjunto Buje (01) ............................................................................................................. 19

5.1.4 Conjunto Eix roda (02)....................................................................................................... 22

5.1.5 conjunto Eix secundari (03) ............................................................................................... 24

5.1.6 Conjunto Eix primari (04) .................................................................................................. 27

5.1.7 Conjunto Selector (05) ....................................................................................................... 29

5.1.8 Conjunto Carter (06).......................................................................................................... 30

6. CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 31

7. HERRAMIENTAS Y METODOLOGÍAS................................................................................... 32


Memoria

7.1 LAS HERRAMIENTAS DE DISEÑO.................................................................................................... 32

8. IMAGENES DE LA MÁQUINA .................................................................................................. 34

8.1 IMAGENES CAD 3D...................................................................................................................... 34

8.2 IMAGENES REALES ....................................................................................................................... 36

9. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 39


Memoria

1. SOBRE ESTE PROYECTO

1.1 FINALIDAD

Este proyecto consiste en el diseño mecánico y prototipage de un cambio de velocidades adaptable a una silla de ruedas estándar para facilitar a los usuarios el acceso a vías inclinadas.

Para tal propósito se aplicaran técnicas de diseño 3D para así agilizar y facilitar todo el proceso.

1.2 PROPÓSITO

El propósito del proyecto es reducir los esfuerzos que tienen que realizar los usuarios de las sillas de ruedas para acceder a las subidas, rampas, accesos pendientes. Actualmente todos estos desplazamientos requieren gran esfuerzo muscular.

La maquina en cuestión se acoplará a la estructura principal de la silla pudiendo adaptarse a los diferentes tipos de sillas de ruedas estándar del mercado.

Una vez diseñado se procederá a fabricar un primer prototipo que será analizado y probado con el objetivo de fabricar dos prototipos finales para ser montados en una silla de ruedas existente en el mercado.

1.3 CONTENIDO

La memoria contiene toda la documentación necesaria para la fabricación del

comentado cambio de velocidades, un análisis de mercado, un análisis y justificación de

las decisiones tomadas sobre el diseño definitivo, los cálculos necesarios que han

llevado a este, todos los planos de detalle y en general toda la documentación generada

que puede resultar útil para posteriores diseños.


Memoria

1.4 OBJETO

Diseñar y construir un cambio de velocidades para una silla de ruedas estándar. Actualmente las personas con minusvalías físicas que necesitan una silla de ruedas se encuentran con una primera elección importante: silla de ruedas automática o silla de ruedas impulsada por el esfuerzo muscular.

Las primeras son sillas de ruedas impulsadas mediante motores eléctricos que disponen de gran autonomía. Las ventajas que comportan son obvias, comodidad, potencia para superar los terrenos más irregulares, posibilidad de superar subidas con fuerte pendiente. Son mas utilizadas sobretodo por gente que tiene limitaciones físicas más grandes o aquellas que debido a su avanzada edad les resulta más difícil realizar tal esfuerzo. El principal inconveniente de estos productos es su elevado precio de adquisición que tienen en el mercado.

Las sillas normales de impulsión muscular son accionadas mediante el esfuerzo que se transmite directamente de los brazos del usuario a las ruedas motrices. Son productos mucho mas extendidos debido a que son más económicas.

Las posibilidades que tienen estas sillas de salvar subidas pronunciadas depende directamente del estado físico de la persona. Por este motivo un acceso con pendiente pronunciada suele ser un problema a superar para la mayoría de los usuarios.

Anteriormente ha habido intentos de dotar a las sillas de ruedas de pequeños cambios de velocidades para facilitar su uso, pero las soluciones que se daban no acababan de convencer a los fabricantes ya que eran poco prácticas, o de difícil construcción, o disparaba el precio de venta.

Por este motivo el objetivo de este proyecto es solucionar este problema proyectando un producto económico, compacto y totalmente adaptable para facilitar el uso de las sillas de ruedas.


Memoria

2. INTRODUCCIÓN

2.1 EL PRODUCTO

La maquina en cuestión tendrá que ser capaz de ser instalada en el mayor número de sillas de ruedas estándar posible. Eso supone que tiene que ser una maquina compacta de dimensiones reducidas y con un peso limitado. Su concepción tiene que permitir el desmontaje rápido de la silla, por lo tanto tendrá que ser un sistema que permita extraer las ruedas y plegar la silla, en el caso de sillas plegables. Se hará el diseño teniendo en cuenta que las sillas de ruedas pueden variar tanto de dimensiones como de tipo de estructura, punto importante para llegar a un producto de aire universal.

En la fase de prototipage no se tendrá en cuenta el factor peso. Este punto será tratado mas adelante en un futuro proyecto de fabricación donde se rediseñará otro prototipo destinado a su producción seriada.

Un parámetro de diseño que se tendrá en cuenta será la utilización siempre que sea posible, de material normalizado. Esto se hará con el propósito de reducir los costes de fabricación y reducir los tiempos de máquina.

2.2 ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO

2.2.1 Planteamiento


Memoria

La idea de este proyecto tiene origen a raíz de una necesidad clara que se había observado a lo largo de estos últimos años. El propósito era producir algún tipo de mecanismo adaptable a cualquier tipo de silla de ruedas estándar para que diera a su

usuario una pequeña

reducción para facilitar el acceso a las

rampas especiales

para los deficientes

físicos. Estos accesos

auxiliares para minusválidos

suelen tener muchas

limitaciones de espacio, por lo que acaban siendo rampas con una inclinación muy elevada que requieren de gran esfuerzo físico para superarlas.

2.2.2 Límites del proyecto

Las responsabilidades o limites del proyecto, tanto físicas como de proceso, de diseño, instalación, así como la gestión y coordinación son las siguientes:

� El inicio y la finalización del proyecto es físicamente la concepción, el diseño y el prototipage de todo el mecanismo.

� Se incluye la gestión, coordinación y control sobre la ejecución del proyecto.

� En el proyecto se incluyen todo el diseño de los sistemas mecánicos, la selección de materiales y los elementos comerciales que se incorporen.

� La construcción, la instalación y la puesta a punto.

El Departamento de Ingeniería Mecánica de la E.T.S.E.I.B. de la U.P.C. ha realizado la

fabricación de las piezas.


Memoria

3. ESTUDIO DE LOS PRODUCTOS DEL MERCADO

3.1 EL MERCADO ACTUAL

Resultado de un primer estudio de mercado observamos rápidamente de que no hay

ningún producto parecido ni dentro ni fuera del estado Español.

Si miramos los archivos de patentes podemos ver que ha habido intentos de sacar

mecanismos que realicen la misma

función, pero la mayoría de los casos no

daban soluciones factibles. En todos los

casos se tratan de sillas de ruedas

construidas en su totalidad con el objetivo

de que incorporasen el cambio de

velocidades. Eso supone que el usuario debe

cambiar de silla para poder tener esta

reducción.

En la fotografía que vemos a la izquierda

podemos ver un mecanismo patentado en

Estados Unidos que vendría a buscar los mismos objetivos que el presente proyecto.


Memoria

Aunque el mecanismo no llegó a encontrar la universalidad en el montaje. En el resto de

los casos eran poco más que construcciones caseras sin viabilidad constructiva ni

económica.

Aquí podemos observar otra patente de Estados Unidos en la que también se intenta

encontrar una solución válida. En este caso podemos ver como el mecanismo no se

puede desmontar, limitando así las prestaciones del producto.

En general y resumiendo, han habido varios intentos de sacar una solución pero no han

tenido aceptación, ya sea por coste, comodidad o prestaciones.

3.2 USUARIOS POTENCIALES

Este sistema de reducción tiene la ventaja de responder a una necesidad real. No es un

proyecto con el objetivo de mejorar un producto o hacer competencia en el mercado,

sino que innova en el sentido de que no existe nada parecido en el mercado.

Sabemos, por parte de los usuarios, que el problema de los accesos pendientes es una

realidad, y superar estos

accesos son en muchos casos

un trabajo dificultoso.

La substitución de las escalas

por rampas inclinadas da

lugar a pendientes, a veces,

con una inclinación que

supera lo accesible.

Si hablamos de potenciales

compradores, podemos

hablar de toda la comunidad de usuarios de sillas de ruedas manuales. Sus

características y su precio de mercado hará que sea una verdadera innovación accesible

a todos.

También, hasta ahora, hemos hablado de usuarios

de sillas de ruedas en general sin hacer ninguna

distinción. En realidad se debería de distinguir

Fig. 2: Silla para hemiplégicos


Memoria

diferentes casos según la edad o el grado de minusvalía. Según la edad podemos ver que

este producto está indicado para todos los casos excepto en el caso de que la persona,

debido a que por su edad avanzada, no pueda realizar tal esfuerzo físico. En realidad la

edad avanzada no es una contraindicación ya que la gente mayor que quizás se plantea

adquirir una silla de ruedas motorizada por su imposibilidad de seguir realizando este

ejercicio físico diario, podría seguir con su silla manual gracias a este producto.

En otro caso, hablando de los grados de minusvalía, se puede

hacer una mención especial a la gente hemipléjica que son

aquellas que por la razón que sea solo pueden usar uno de los

dos brazos. En estos casos existen sillas especialmente

adaptadas para estas minusvalías. Ésta sería, seguramente, el

campo de aplicación más amplio ya que debido a sus

limitaciones físicas, una reducción para ayudar a circular, sería

prácticamente incorporada de serie. Estas sillas especiales funcionan con un sistema

ideado para que el usuario pueda realizar la impulsión y la dirección con una de las dos

manos. En la foto de la derecha podemos ver una de estas sillas adaptadas. Podemos

observar como la rueda de la derecha tiene un doble volante que hace la función de

impulsar y de direccionar.

En estos tipos de sillas solo sería necesario un cambio en la rueda que lleva el doble

volante.

3.3 CONCLUSIONES DEL ESTUDIO

Como resultado del estudio realizado se extrae que no ha habido ningún intento serio de

sacar al mercado un producto de características parecidas. Las empresas punteras en

sillas de ruedas han enfocado su innovación hacia la ligereza y la utilización de nuevos

materiales. Podemos destacar que la empresa puntera a nivel Europeo en sillas de ruedas

avanzadas, MEYRA, no ha realizado ningún tipo de producto en este sentido, aunque es

la distribuidora número 1 en sillas de aluminio.

A nivel español únicamente hay un fabricante de sillas de aleaciones ligeras. Éste se

encuentra en Cataluña y hace productos adaptados a medida con una fabricación

prácticamente artesana. Referente a sillas de ruedas de acero hay un buen nivel de

fabricación propia, aunque en la mayoría de los casos son medianas empresas sin

capacidad de investigación.


Memoria

Existen otro tipo de empresas que se dedica a material deportivo adaptado que tienen

productos similares, pero adaptados para ser accionados con pedales de mano.

Con todo este panorama industrial podemos ver que:

- A nivel estatal, la industria no tiene capacidad competitiva a la hora de

innovar.

- A nivel Europeo las empresas punteras han dedicado los esfuerzos para

innovar en otras trayectorias.

3.4 LAS FUENTES DEL ESTUDIO

Este pequeño estudio de mercado se ha basado principalmente en las siguientes fuentes

de información:

� Visitas a diversas empresas fabricantes de este tipo de productos, que por cuestiones

de confidencialidad no han querido que apareciesen sus nombres en la presente

memoria.

� Catálogos facilitados por los fabricantes.

� Búsquedas en Internet, concretamente en los buscadores más habituales como el

Yahoo.com y.es, altalavista.com, olé.es y las bases de datos de patentes americanas

de IBM Patents.com.

� Usuarios de sillas de ruedas, que con una larga experiencia en el uso de diferentes

productos adaptados a sus minusvalías pueden aportar información de primera

mano.


Memoria

4. EL PRODUCTO

El objetivo de este apartado es el de explicar como y porque se ha diseñado el mecanismo. Partiendo de las especificaciones marcadas por las necesidades observadas en la sociedad, se decide diseñar y construir un mecanismo adaptable a una silla de ruedas y que sea capaz de proporcionar una reducción a su usuario.

En este mismo punto de la memoria se mostraran todas las partes constituyentes del mecanismo y se hará un análisis detallado de sus funciones principales así como el funcionamiento general.

4.1 EL PUNTO DE PARTIDA

En el momento en que se decidió arrancar este proyecto desde la U.P.C., no había nada semejante en el mercado.

El diseño completo del proyecto consta de dos fases principales; la fase de detalle y la de prototipage. Con tal de decidir cuales son las mejore soluciones constructivas del mecanismo se sigue un proceso de construcción de ideas por el esquema general de los mecanismos implicados en el diseño y, posteriormente se analizan en detalle para dar cuerpo y continuidad a todo el proceso.

Se puede decir que el transcurso de proyecto sigue un esquema como el mostrado en la figura 1. Se parte siempre de una necesidad.


Memoria

Tal y como se muestra en la figura siempre se parte de una necesidad del usuario; este, juntamente con los técnicos correspondientes, marcan unes especificaciones que se tendrán de cumplir en el producto (en este caso una reducción ). Los técnicos, a partir de unas funciones principales establecidas normalmente en una fase de especificaciones, trabajan intentando aplicar unas soluciones técnicas que cumplan estas funciones. El siguiente paso es aplicar un procedimiento de diseño para llegar a un mayor grado de detalle. Se establece un orden de aplicación y se evalúan las posibles alternativas para llegar a un resultado.

Para reducir el coste total del mecanismo y facilitar las labores de diseño, se ha intentado utilizar elementos estándar, así como intervalos de tolerancia grandes para los elementos de poco compromiso.

Fig. 1: Esquema de la metodología

utilizada en el transcurso del proyecto. Soluciones

Técnicas

Especificaciones

Evaluación

Puesta a punto

Prototipaje

RESULTADO Diseño del

detalle

Esquema

general TECNICOS

USUARIOS Necesidades SISTEMA


Memoria

4.2 ESPECIFICACIONES

Después de varias reuniones establecidas entre los técnicos del centro, se acordó una serie de especificaciones que tenia que cumplir el máquina. A continuación se presentan los puntos más importantes que se tienen que cumplir:

► Mecanismo compacto.

► Permita el plegamiento de la silla.

► Permita el desmontaje rápido de las ruedas.

► Ha de proporcionar una reducción de ½ o parecida.

4.3 FUNCIONAMENTO

Antes de explicar en

detalle las partes que

componen el mecanismo,

nos pararemos a explicar

cual es el funcionamiento

propio del mecanismo.

En primer lugar nos

fijaremos en que el

mecanismo está dividido

en 6 subconjuntos

diferenciados, con

funciones diferentes. Estos

subconjuntos son el

selector, el buje, eje

secundario, eje primario,

eje rueda, cárter.

Mas adelante se explicará

mas detalladamente en que

se compone cada

subconjunto.

Básicamente el


Memoria

movimiento se introduce por el volante que va unido al buje interior mediante unos

radios. El buje interior transmite este movimiento al eje primario mediante un dentado

frontal. El movimiento pasa al eje secundario por una relación de engranamiento. En el

eje secundario hay unos engranajes que giran locos.

Es el selector el que transmite la potencia uno de los dos engranajes dependiendo

de la relación de velocidades deseada. El movimiento vuelve al cubo de salida que es

coaxial al eje primario, y de este mediante un dentado frontal al buje exterior que está

conectado a la rueda motriz por unos radios.

En este esquema se puede ver mas claramente cuales son los diferentes pasos que sigue

el mecanismo y los dos caminos que puede seguir el movimiento según la velocidad

seleccionada. Para facilitar la comprensión solo aparecen las piezas involucradas en

cada caso.

En el dibujo podemos ver como el movimiento se transmite des de la pieza “cilindro de

entrada” (001/02 01 02) hasta “eje ranurado” (001/02 03 04) a trabes del

engranamiento 1 (001/02 03 01, 001/02 04 02).


Memoria

Una vez tenemos el movimiento en el eje ranurado entra en función el selector dando

potencia al engranaje 4 (001/02 03 02), relación 1/1, o al engranaje 5 (001/02 03 03),

relación ½. En los esquemas marcados como salida 1/1 y salida ½ podemos ver los

diferentes casos según la opción deseada.

4.4 LAS PARTES CONSTITUYENTES DEL MECANISMO

El mecanismo ha estado dividido en seis subconjuntos. Esta distinción se ha hecho según el tipo de función que realiza cada uno. También se ha utilizado esta misma distinción a la hora de diseñarlos, es decir, se ha tratado cada uno por separado para mantener un orden en las piezas a prototipar.

El primer conjunto a comentar es el buje, que engloba toda la parte del mecanismo que queda acoplado a la rueda . Incorpora también el pasamanos que impulsa todo el mecanismo.

Este conjunto de la izquierda es un pasador de extracción rápida que hace la función de fijar la rueda a todo el mecanismo. Se tiene que decir que este mismo sistema ya se fabrica de manera comercial pero no en las medidas que necesitamos pera este mecanismo.

A la derecha se ve el selector de velocidades que es el encargado de mover la pieza 001/02 03 05 para suministrar el movimiento a una marcha o otra.

Aquí podemos observar el eje secundario. En este conjunto tiene lugar la selección de la velocidad con la que se quiere trabajar.

Fig. 1: Boja

Fig. 2: Eix roda

Fig. 3: Selector


Memoria

A la izquierda vemos el dibujo CAD del eje primario. Está alojado en el cuerpo principal y su concepción está hecha para poder aprovechar el máximo número de elementos estándar posibles.

Fig. 4: Eix secundari

Fig. 5: Eix primari


Memoria

XX XX XX XX ---- YY YY YY YY

Nºde conjunto XX Nº de pieza YY del conjunto XX

5. RESULTADOS

En este apartado de la memoria se pretende analizar detalladamente cada uno de los subconjuntos que componen la máquina. Al mismo tiempo que se irá haciendo una descripción de los mecanismos y elementos implicados se intentará justificar las decisiones hechas en el diseño de los mismos.

A lo largo de la descripción se irá haciendo referencia a los planos que se incluyen en el correspondiente anexo. Es por eso que se ha asignado un número a cada conjunto, y un segundo número a cada elemento que lo compone. Cada plano de conjunto incluye una leyenda done se muestran todos los elementos que lo componen con el número de piezas y la referencia al correspondiente plano si es el caso. El grupo identificado como 00-XX corresponde a los planos de conjunto generales de toda la maquina.

Así, el sistema utilizado para identificar los planos se puede resumir tal y como se muestra en el siguiente esquema:

Cada plano, aparte de tener el número correlativo correspondiente al total de planos, tiene un número de conjunto al cual pertenece (XX) y otro número (YY) que identifica el número de pieza dentro de los seis conjuntos anteriormente citados.

En el anexo de planos hay un listado de piezas donde se detallan cada uno de los conjuntos, con las piezas a construir y los elementos estándar de compra que se tienen que adquirir para el montaje de la máquina. Para cada elemento de compra se detalla el fabricante y la referencia del producto en cuestión. Por lo que hace a los elementos de fabricación propia se detalla: Formato, escala y referencia de plano, denominación, cantidad de piezas, material con el que se ha de construir y el tratamiento térmico o termoquímico si es el caso.


Memoria

5.1.1 Conjuntos Totales y Plano de Situación (00)

En el plano 00-00 se muestra un conjunto global del mecanismo que incluye una vista tridimensional de la misma correspondiente al modelo CAD. Este plano no aporta mucha información técnica, pero es muy útil para tener una idea general de la máquina así como por ejemplo comprender el funcionamiento general de la misma.

5.1.2 Fichas de los conjuntos

A continuación se hará una muestra de las fichas de los diferentes conjuntos del

mecanismo. En estas fichas queda especificado las piezas que componen el mecanismo,

la función, el montaje y diversa información relativa al conjunto.

En algunos casos se incorpora la ficha de alguna pieza perteneciente al conjunto, esto es

para explicar algún detalle que se considera de importancia.

5.1.3 Conjunto Buje (01)

Se trata de la parte interna de la rueda donde van montados los radios, la llanta y el neumático. Su dimensión respecto a un buje estándar es un poco superior aunque que eso no afecta el montaje de la rueda ya que la distancia entre los radios siguen siendo la original. La similitud de todo este subconjunto con el buje original hace que no se tengan que variar las piezas originales de la rueda, utilizando así el mismo sistema que venga de serie con la silla.

Su montaje en la rueda se hace siguiendo los mismos procedimientos, tal y como si fuera una rueda normal con su buje original.

Su diseño es totalmente cerrado para evitar la entrada de polvo y humedad, ya que su ámbito de funcionamiento es mayoritariamente en exteriores.


Memoria

NOMBRE: BOJA DISEÑO PROPIO

Nombre del subconjunto: Boja

Referencia: 001/02 01 00

Material: Varis

Tratamiento superficial: --

Tornillería asociada:--

Material estándar asociado: 001/02 01

06, 001/02 01 07, 001/02 01 08

Subconjunto / piezas incluidos: 001/02

01 01, 001/02 01 02, 001/02 01 03,

001/02 01 04, 001/02 01 05

Análisis funcional:

Este subconjunto es el que transmite la entrada de potencia, desde el pasamanos, y a la vez la salida de

potencia hacia la rueda.

Fabricación / Montaje:

Su montaje tiene que ser meticuloso vigilando que no se produzca ninguna desalineación de los ejes de

giro. Tiene que ser montado a presión, pero en el caso de no estar seguro de las tolerancias de los ajustes,

se recomienda utilizar una maza de nylon en vez de una prensa.


Memoria

5.1.3.1 Cubo radios

Esta pieza tiene como función principal trasmitir la potencia a la rueda. Está relacionada

con los radios (no especificados en el diseño de detalle) que son unes barritas de acero

de ∅ 2mm, que unen el buje con la llanta exterior.

Su concepción es muy parecida a los bujes utilizados en bicicletas y motocicletas de

esta manera se consigue que el montaje del mecanismo a la rueda se haga por los

métodos ya utilizados en la industria del sector.

El tratamiento superficial que lleva este elemento, además de dar una protección contra

la corrosión, es decorativo.

Podemos observar en esta pieza el sistema de engranamiento frontal que se ha utilizado

en este mecanismo. Este mismo sistema es utilizado en los cambios de velocidades de

los automóviles y motocicletas.

Esta es mayoritariamente una pieza de torno, aunque el dentado frontal y los agujeros de

los radios se han hecho en el centro de mecanizado.

Este tipo de engranamiento tiene una pequeña

inclinación en los flancos de cada diente de

manera que cuando los dientes están en contacto, y

transmiten par, el sistema tiende a engancharse al

diente contrario, impidiendo así que desengrane.

En la figura 2 se puede observar la inclinación de

3 grados.


Memoria

5.1.4 Conjunto Eix roda (02)

Este mecanismo hace la función de pasador de extracción rápida, esto quiere decir que

nos permite extraer la rueda de una manera sencilla sin necesidad de utilizar ninguna

herramienta. Simplemente se tiene que presionar el pulsador (001/02 02 02) y tirar

hacia fuera de la rueda. Este sistema es el que se utiliza actualmente en las sillas de

ruedas plegables.

NOMBRE: EIX RODA DISEÑO PROPIO

Nombre del subconjunto:

Eix roda


Material: --


Tornillería asociada: 001/02

02 04, 001/02 02 07, 001/02

02 08, 001/02 02 09

Material estándar asociado:

001/02 02 05

Subconjuntos / piezas

incluidas: 001/02 02 01,

001/02 02 02, 001/02 02


Este conjunto sirve para dar una fijación a la rueda con la característica de ofrecer un desmontaje rápido.


Observar el recalcado que tienen los agujeros donde van alojadas las esferas.


Memoria

5.1.4.1 Tetó

Este elemento fabricado en acero hace de pista guía a las esferas que traban el pasador.

NOMBRE: TETÓ DISEÑO PROPIO

Nombre del subconjunto: Eix

roda


Material: ST-52

Tratamiento superficial: -

Tornillería asociada: 001/02 02

08, 001/02 02 04


Subconjuntos / piezas incluidas:

001/02 02 01, 001/02 02 02,

001/02 02 05, 001/02 02 06,

001/02 02 07, 001/02 02 09


Su función es la de hacer de pista de deslizamiento a las bolas que hacen de tope en el extremo del eje.


Es importante que la guía este según plano ya que, en caso contrario las esferas no actuarían tal y como

deben hacer.

Lss esferas resbalan sobre la superficie siguiendo el

trazado de la pieza. Por este motivo su geometría ha

sido estudiada para que las esferas actúen en un

momento concreto del recorrido.

La pieza tiene mecanizada dos planos paralelos para

facilitar la manipulación en el montaje.


Memoria

5.1.5 conjunto Eix secundari (03)

Este conjunto es donde tiene lugar la selección de la velocidad. Contiene los engranajes

3, 4 y 5 que forman en si mismos el tren superior. Su montaje es el más complicado de

todo el mecanismo ya que la suma de errores en las tolerancias de les diferentes piezas

pueden hacer que la distancia total del mecanismo esté fuera de la distancia entre

alojamientos del carter.

NOMBRE: EIX SECUNDARI DISEÑO PROPIO

Nombre del subconjunto: Eix secundari

Referencia:001/02 03 00

Material: --


Tornillería asociada:


10, 001/02 03 11

Subconjuntos / piezas incluidas:001/02

03 01, 001/02 03 02, 001/02 03 03,

001/02 03 04, 001/02 03 05, 001/02 03

06, 001/02 03 07, 001/02 03 08, 001/02

03 09, 001/02 03 10, 001/02 03 11


El eje secundario es donde se realiza el cambio de la relación de transmisión; su disposición es paralela al eje

primario.


Se tiene que vigilar las diferentes tolerancias existentes en el eje para que todos los juegos existentes entre

este y los engranajes sean los correctos.

Para este montaje es necesario una prensa para poder encajar los engranajes; el resto se puede realizar con

maza de nylon. .


Memoria

5.1.5.1 Engranaje 3

Este engranaje es el que se utiliza para transmitir el movimiento del eje principal al eje

estriado. Es un engranaje cilíndrico de dientes rectos hecho con un acero UNI 7847.

Este elemento se ha fabricado en base a un

engranaje estándar con les características que

se pueden ver en la fig. 1.

Mecanizamos a partir de este material estándar

ya que, hacer a pieza y llevarla a dentar a un

taller especializado seria mucho más costoso.

El material de compra nos llega en un acer

UNI 7847 sin ningún tratamiento superficial,

de manera que sometemos la pieza acabada a

un sulfinizado para darle dureza superficial y

evitar así un desgaste prematuro.

Los taladros que contiene en su cara plana són

para reducir el peso de este.


Memoria

NOMBRE: ENGRANAJE 3 DISEÑO PROPIO


secundari


Material: UNI 7847

Tratamiento superficial: sulfinizado

Tornillería asociada:



001/02 03 02, 001/02 03 03, 001/02 03

04, 001/02 03 05, 001/02 03 06, 001/02

03 07, 001/02 03 08, 001/02 03 09,

001/02 03 10, 001/02 03 11


Este engranaje es el responsable de dar potencia al árbol secundario.


Es solidario al eje 001/02 03 04 con un ajuste con apriete.


Memoria

5.1.6 Conjunto Eix primari (04)

Este seria el cuerpo principal del mecanismo. Su diseño está hecho con el propósito de

poder utilizar el máximo numero de elementos estándar posible. Contiene los

engranajes 1, 2, 6 que forman el tren inferior.

NOMBRE: EIX PRIMARI DISEÑO PROPIO


primari


Material: --


Tornillería asociada:-


001/02 04 10, 001/02 04 11,

001/02 04 12, 001/02 04 13, ½

04 14

Subconjuntos / piezas

incluidas: 001/02 04 01, 001/02

04 02, 001/02 04 03, 001/02 04

04, 001/02 04 05, 001/02 04 06,

001/02 04 07 ̧001/02 04 08¸

001/02 04 09 ̧001/02 04 10,

001/02 04 11 ̧001/02 04 12, ½

04 13, 001/02 04 14


Su función es la de transmitir el movimiento, de una manera coaxial, del buje hasta el

eje secundario y después de vuelta hasta el buje..


En el transcurso de todo el montaje se tiene que vigilar que se mantenga la concentricidad de todo el

conjunto.


Memoria

A la derecha podemos ver el croquis

inicial comparado con la solució

constructiva adoptada. Se puede observar

como se pasa de una única pieza a

varias. Aunque eso por si solo parece un

incremento del coste en realidad ha

supuesto una reducción substancial ya

que la complejidad de la primera pieza

impedia la utilización de engranajes

estándar y obligaba a llevarlas a dentar a un taller especializado. Aunque el primer

caso presentaba problemas en el dentado ya que la fresa utilitzada para mecanizar

dientes de este módulo interfería en el otro engranaje dejando solo la posibilidad de

modificar el diseño.

A la izquierda podemos ver otro caso en

el que se modificó el diseño para que se

pudieran aprovechar los engranajes ya

fabricados. Aquí, la solución constructiva

resultaba más senzilla.


Memoria

5.1.7 Conjunto Selector (05)

Este conjunto nos servirá para seleccionar la velocitat deseada en cada momento. Va

montado sobre el eje secundario y relacionado en su extremo con la pieza 001/02 03

05.

En el extremo del eje selector tenemos la palanca con la que maniobramos des del

exterior. Hay dos versiones de palanca, la que accionamos directamente con la mano

(palanca mano 001/02 05 08 ), o la que podem accionar con un cable de acero ( palanca

cable 001/02 05 07). Estas dos versiones responden a las dos posibilidades

contempladas en el accionamiento de la máquina.

NOMBRE: SELECTOR DISEÑO PROPIO

Nombre del subconjunto: Selector


Material:


Tornillería asociada: 001/02 05 04


06, 001/02 05 03


001/02 05 00, 001/02 05 01, 001/02 05

02, 001/02 05 03, 001/02 05 04, 001/02

05 05, 001/02 05 06, 001/02 05 07,

001/02 05 08, 001/02 05 09


El conjunto sirve para seleccionar la velocidad. Se activa desde el exterior directamente por el usuario.

Fabricación / Montaje:.

Tener en cuenta los sobregruesos del bicromatado a la hora de hacer el ajuste del eje.


Memoria

5.1.8 Conjunto Carter (06)

El Carter es la estructura principal que aloja en su interior todo el mecanismo. También

hace de unión entre el mecanismo y la silla de ruedas.

Aunque en este prototipo no se tiene en cuenta el factor peso se escogió aluminio para

fabricar este elemento por la gran diferencia de peso y la facilidad para ser

mecanizado que presentaba frente al acero.

NOMBRE: CARTER DISEÑO PROPIO

Nombre del subconjunto: Estructura fixa


Material: AL-3221


Tornillería asociada: 001/02 06 08,

001/02 06 09, 001/02 06 10, 001/02 06 11,

001/02 06 12


13

Subconjuntos / piezas incluidas: 001/02

06 01, 001/02 06 02, 001/02 06 03, 001/02

06 04, 001/02 06 05, 001/02 06 06, 001/02

06 07, 001/02 06 08, 001/02 06 09, 001/02

06 10, 001/02 06 11, 001/02 06 12 001/02

06 13, 001/02 06 14


Su función es la de alojar a todo el mecanismo en su interior y de dar rigidez a todo el conjunto.


Los agujeros referentes a los pasadores de alineación se tienen que mecanizar una vez esté todo el

mecanismo ajustado.


Memoria

6. CONCLUSIONES

Se ha conseguido un cambio de velocidades compacto que facilita al usuario el acceder

a pendientes pronunciadas o largas realizando mucho menos esfuerzo del que se

requiere en una silla usual.

Como se ha podido observar en el transcurso de esta memoria se ha podido llegar al

objetivo de conseguir un mecanismo compacto con posibilidad de ser adaptado en

cualquier silla de ruedas de tipo estándar. En el caso de sillas de ruedas especiales, se

tendría que estudiar el modelo, ya que el echo de que no sea estándar no imposibilita el

montaje del mecanismo.

Se ha podido comprobar que el esfuerzo a realizar por parte del usuario es la mitad del

que se tenia que realizar para acceder por las rampas de gran pendiente.

Esto hecho hace que el transcurso de la vida cuotidiana de un minusválido resulte

menos cansada y por lo tanto mejora la calidad de vida.

En lo que al mecanismo se refiere, no se ha podido invertir mucho tiempo en la

ergonomía del producto, aspecto a mejorar. También cabe decir que el factor peso es un

punto decisivo para futuros diseños.

Los resultados han sido satisfactorios para el equipo que ha desarrollado este proyecto.


Memoria

Fig. 1: Solid Works

7. HERRAMIENTAS Y METODOLOGÍAS

7.1 LAS HERRAMIENTAS DE DISEÑO

La totalidad del diseño mecánico de la máquina ha estado realizado mediante herramientas CAD de diseño asistido por ordenador. Se ha trabajado con un gran abanico de programas en función de las necesidades del momento. Concretamente, y por lo que hace a software de CAD, se ha trabajado mayoritariamente con SOLID

WOKS 2001 de DESSAULT SYSTEMES. Este Software permite trabajar sobretodo con sólidos de una forma muy rápida y intuitiva. Como principal característica se tiene que destacar que es 100% paramétrico y que por lo tanto las modificaciones sobre el modelo 3D son muy rápidas. Se tiene que destacar que trabaja bajo plataforma NT y que es realmente muy estable si se tiene en cuenta que se trata de un entorno “Windows”.

Por otro lado y para faenas rápidas y sin mucha complejidad, se ha utilizado AUTOCAD V.14. Este es seguramente el Software más conocido y utilizado de todos. Es muy bueno por lo que se refiere a trabajos en dos dimensiones y no es muy aconsejable por lo que refiere al 3D. Obviamente ni los requerimientos de máquina ni el coste de una licencia de Autocad no se puede ni comparar a una de SolidWorks.


Memoria

Fig. 2: Autocad

En general las herramientas CAD en 3D son realmente útiles en el momento que entran en juego un gran nombre de piezas con posibilidad de interferencias entre ellas. Se tiene que decir también que ayudan mucho a la comprensión del mecanismo y a las técnicas de diseño.

Con herramientas 3D se pueden crear simulaciones cinemáticas y dinámicas que casi dan lugar a un prototipo virtual.

También, por eso, no es bueno abusar de su uso ya que su coste es mucho mas elevado que un programa de 2D, que para trabajos sencillos es mas que suficiente.

Otro problema de abusar de las herramientas de trabajo en 3D es la perdida de comprensión de planos en dos dimensiones. Al acostumbrarse a ver las piezas en 3D muchas veces cuesta asimilar conjuntos y vistas complicadas en 2 dimensiones, ya quye la máquina las genera automáticamente.

El software de Ofimática utilizado durante la transcurso del proyecto ha sido el “MicroSoft Office” 2.000.


Memoria

8. IMAGENES DE LA MÁQUINA

8.1 IMAGENES CAD 3D

Fig. 1: imatge cad


Memoria

Fig. 2: imatge cad con transparències


Memoria

8.2 IMAGENES REALES

Fig. 1: eix primari

Fig. 2: eix secundari


Memoria

Fig. 3: tren d’engranatges

Fig. 4: boja


Memoria

Fig. 5: conjunto sin tapa


Memoria

9. BIBLIOGRAFIA

• Nicolás Larburu Arrizabalaga - "Prontuario de máquinas" – Ed. Paraninfo – 1993.

• A. Chevalier – “Dibujo Industrial” – Ed. Muntaner – 1995. • G. Niemann - "Elementos de máquinas. Proyecto y cálculo de uniones, cojinetes

y árboles" (Volumen I) – Ed. Labor S.A. – 1987. • Carles Riba y Romeva - "Selecció de materials I" – UPC – 1995. • Carles Riba y Romeva - "Selecció de materials II" – UPC – 1995. • Carles Riba y Romeva - "Disseny de Màquines I. Mecanismes" – UPC – 1994. • J. Gavaldà, Gil, Barcena - "Guía práctica del proyectista mecánico" – Dep.

Màquines ETSEIB – 1995. • Ll. Jimenez, Ll. Marques, S. Martí, J. Olivé - "Diccionari del taller Mecànic" –

Col·lecció Cultura, Tècnica, Societat – 1993.

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