Autodesk Inventor: Ensamblaje de partes

La mayoría de los sólidos están compuestos por la unión de varios elementos o partes. Las uniones que generan un ensamblaje se realizan a base de restricciones geométricas. En esta entrada se pretende mostrar qué tipo de restricciones existen para que partiendo de unos elementos específicos el sólido resultante quede ensamblado según su propósito y grados de libertad resultantes.

En la entrada anterior vimos las técnicas fundamentales para el diseño de partes, .ipt en Autodesk Inventor. Los ensamblajes de piezas se van a identificar por la extensión del archivo .iam. Para la siguiente explicación se va a partir de los siguientes elementos:

Se ha preferido utilizar elementos de uso típico en los robots, en nuestro caso debido a su coste y el resultado adecuado estamos haciendo bastante uso de componentes de la marca suministradora pololu:  ruedas , motor y soporte de agarre.  Por el glamour que entraña en un aficionado a los robots frente a las tuberías podéis descargar los .ipt que se utilizarán en la explicación aquí, os animo a que los reutilicéis para los estéis pensado usar componentes de esta marca y así os ahorráis empezar a mirar los planos o tomar medidas para volver a pasar por lo que el menda hizo en su día.

En realidad, no sólo se pueden generar ensamblajes partiendo de partes de sólidos. También se pueden incluir montajes de piezas en otros ya existentes, lo que lo hace muy potente.  Si nos fijamos el motor es un ensamblaje de tres partes (motor+reductora+eje acoplador). Un aspecto importante es que si incluimos alguna restricción que defina el movimiento, como puede ser la rotación libre del eje acoplador, esa propiedad no se hereda si el ensamblaje se incluye en otro, pasando a ser un componente hijo del mismo. Pero se conservaría si por el contrario otro ensamblaje se incluye siendo éste el padre.

Vamos a comenzar realizando el ensamblaje del motor que aunque se podría efectuar como un único sólido en sí mismo, lo haremos por partes para dotarlo de un grado de libertad del eje acoplador (puede ser útil si se utiliza posteriormente el módulo de simulación dinámica de Autodesk Inventor). El diseño de estas partes está simplificado, especialmente el del bloque reductora.  Siendo quisquillosos habría que haber realizado un tren de engranajes con la relación de transformación de la que dispongamos, rodamientos, tornillos, herrajes, escobillas,… Pero el diseño de acoplamientos mecánicos requiere cierto nivel que por el momento evidenciaremos (quien tenga interés que consulte el módulo “design accelerator”). Abriendo el programa de diseño y seleccionando la opción .iam estándar:

Nos encontramos con un espacio vacío y un panel con nuevas opciones, también se nos ha creado un árbol, con el nombre que guardamos el archivo, del que irán colgando los distintos elementos que añadamos en nuestro ensamblaje.

Vamos a comenzar añadiendo la parte del motor:

Vemos que podemos añadir tantas partes como deseemos ensamblar del elemento seleccionado haciendo click, en nuestro caso sólo añadiremos una con lo que pulsamos escape para detener la adición de elementos adicionales. Fijándonos en el árbol vemos que la parte añadida figura con un símbolo que se asemeja a una chincheta, lo que quiere decir es que el elemento está fijo a tierra. Es decir, cualquier operación de traslación o rotación no le afectará. Por defecto en los ensamblajes el primer elemento que se añade siempre presentará esta propiedad. Para modificarla basta con posarse sobre el icono, botón derecho y seleccionar o deseleccionar la opción. También si hacemos doble click sobre el elemento añadido pasamos al modo edición de la naturaleza del mismo (una parte o ensamblaje) por lo que si una vez realizado un ensamblaje deseamos modificar una parte basta con editarla directamente en vez de abrirla con una ventana nueva. También puede ser de ayuda dejar de visualizar un elemento que realmente existe, todo este tipo de opciones se manipulan a placer con el menú que se despliega al pulsar el botón derecho.

Otras funcionalidades que ofrece el modo ensamblaje dignas de mención son la creación de un nuevo componente. Esta opción es verdaderamente útil ya que nos permite desarrollar un ensamblaje sin conocer a priori una pieza determinada y diseñarla en función de la evolución que va cobrando la unión de las distintas partes. También se puede realizar la repetición de elementos añadidos que sigan un patrón común de forma que Inventor ya los copia por nosotros sin necesidad de añadirlos, las opciones tradicionales del trabajo con sketches y muchas otras que darían mucho para hablar.

Añadimos el resto de partes que constituyen el motor, caja de engranajes y rotor acoplador, igual que se procedió. Y nos fijamos en la opción de restricciones, “Place constraint”. Esta función será con la que podremos asociar cada una de las partes según necesitemos. Vemos que cuenta con tres pestañas: “assembly”, “motion” y “transitional”. La que normalmente utilizaremos es la primera, la segunda especifica el tipo de movimiento existente entre dos cuerpos (bien rotativo o traslacional)  que se emplea para el módulo dinámico; respecto a la última la verdad es que nunca la he empleado y desconozco su uso.

Momento de reflexión, dados los siguientes cuerpos ¿Cómo diantres los relacionaríamos geométricamente para que adopten la configuración final del motor? Llevamos toda la vida manipulando objetos 3D con lo que ensamblajes de geometrías sencillas no implican ningún problema. El motor lo uniríamos con el tren de engranajes de forma que los ejes sean coincidentes, tenga dos caras en contacto y otras dos (perpendiculares a las de contacto) alineadas.

Vemos que en el árbol de operaciones se determinan cada una de las restricciones, las mismas que afectan a dos elementos con lo que se cada operación se muestra en cada cuerpo implicado. Si se editasen o eliminasen estas operaciones tendrían efecto en ambos componentes.

Vamos a echar un vistazo más detallado a los posibles tipos de restricciones que existen. La seleccionada se denomina como “mate” y se emplea para poner en contacto dos superficies o para alinear las caras. En el apartado “Solution” se muestran las dos posibilidades. Puesto que siempre estaremos realizando transformaciones en las ligaduras entre dos cuerpos distintos habrá que seleccionar ambos elementos según precise la acción (“Selections”). También puede ser conveniente que las caras de dos objetos queden configuradas paralelas y separadas una distancia dada, el valor de esta distancia se incluye dentro del campo “offset” (recordatorio de la importancia del sistema de unidades seleccionado).

Otros tipos de restricciones que se ofrecen son el establecimiento de un ángulo entre ejes o superficies planas, tangencias o inserciones. Lo mejor para su comprensión es ponerlas en práctica. El eje con chaveta lo uniremos a la caja de engranajes de forma que compartan el mismo eje y que las dos caras resulten coincidentes. Únicamente con estas especificaciones geométricas el rotor queda libre para su movimiento. Por el contrario si deseásemos por ejemplo un ángulo de 45º de la superficie superior de la caja de rodamientos con la chaveta habría que añadirla como muestra la imagen.

Para consultar las diferentes restricciones aplicadas os invito a que exploréis más detenidamente los distintos elementos del archivo motor.iam. Supongamos que ya tenemos este archivo completo y lo queremos encapsular. Lo guardamos y abrimos otro ensamblaje al que incorporaremos el elemento motor.iam y el resto de componentes.

Recordemos que si añadimos un ensamblaje que tuviera un GDL lo perdemos si se incluye como un hijo, por tanto su comportamiento será análogo a una parte rígida. Pues no queda más que ponerse a aplicar relaciones. Una restricción muy conveniente que se usa mucho para disposiciones que implican un “embutición” es la que se muestra en la figura inferior, es la que usaríamos si tuviésemos que sellar una botella.  Con esa propiedad y además la de coincidencias de caras de la chaveta la rueda quedaría “sujeta” al motor.

La misma propiedad de coincidencia de bordes se aplica para unir el neumático a la llanta y finalmente la posición del acoplador del motor se restringe con una combinación de las anteriores. Lo mejor es que echéis un vistazo al árbol del archivo con el resultado final y si tenéis alguna pregunta no dudéis en formularla. La práctica hace al maestro.

Por lo demás espero que esta entrada os sirva para animaros y que apreciéis lo valioso de la misma para realizar diseños preliminares o si disponéis de medios para la fabricación que podáis explotar la simbiosis de ambos.

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2 Responses to “Autodesk Inventor: Ensamblaje de partes”

  1. hanibal says:

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  2. martin duran says:

    buen día, para preguntar cuales son los microcontroladores que utilizan e este proyecto la verdad me interesan para una competencia que se aproxima.

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