) la fuerza generada en la biela

� La biela tiene proporcionar (exportar) la fuerza generada en la biela al pistón
Este conjunto de funciones y subfunciones se refleja en la Figura 4-15.
Además de las funciones y las subfunciones, la biela tiene un conjunto de restricciones asociadas que también tienen que ser consideradas antes de iniciar al aplicación de la metodología. Algunas de las restricciones derivan del conjunto del motor al cual pertenece la biela, y otras son específicas de la misma.
Durante mucho tiempo, las demandas para incrementar la potencia, la calidad, disminuir el peso, el consumo de combustible y el coste en los vehículos de automóvil han aumentando (Paek et al., 1997). Con lo cual, la biela se ha visto también afectada en algunas de sus propiedades:
- El peso reducido de la biela disminuye la masa en movimiento que afecta a las vibraciones del motor (Chernenkoff et al., 1995; Paek et al., 1997). Además, las bielas ligeras permiten diseñar cigüeñales más ligeros que también intervienen en la vibraciones del motor (Paek et al., 1997). En general, un peso ligero mejora las propiedades ruido, vibración y dureza (Noise, Vibration and Hardeness, NVH) del motor (Chernenkoff et al., 1995; Paek et al., 1997; Froes et al., 2004).
- El peso ligero de la biela también incide en la mejora del comportamiento del motor favoreciendo la reducción del consumo de combustible (Chernenkoff et al., 1995; Paek et al., 1997; Froes et al., 2004).
- El coste de la biela tiene que contribuir a la disminución de coste del motor. Lo cual afecta al material y al proceso de fabricación de dicho componente. Citando a (Chernenkoff et al., 1995): “la biela tiene que tener la máxima resistencia con la mínima masa y al mínimo coste”
- La variación de la masa que puede tener la biela después de ser procesada puede afectar a las vibraciones del motor. Pues los contrapesos están calculados y equilibrados bajo unas consideraciones dadas, y mucha variación de masa afecta en la respuesta del motor (Chernenkoff et al., 1995).
- La tolerancia de la longitud entre los centros de unión del pistón y del cigüeñal es una de las características más importantes del diseño de la biela (Howarth, 1966). Según (Howarth, 1966), se considera razonable una tolerancia del 0,03% de la longitud. Aunque analizando diferentes fabricantes de este componente se define que la biela tiene que conectar el pistón con el cigüeñal con una precisión final en la conexión de +/- 0.1mm (ARROW precision, 3w; Corus, 3w; Oliver Racing Parts, 3w)
- La biela es un elemento del sistema mecánico del motor que tiene que ser desmontable de los dos componentes que une, el pistón y el cigüeñal.
- La biela debe superar los 10e6 ciclos de funcionamiento.
- La geometría y dimensiones de los elementos colindantes tienen que ser consideradas en el diseño de la biela. Así como también el volumen de espacio disponible en el pistón y en el cigüeñal.
- Para el correcto funcionamiento del sistema mecánico del motor, los elementos tienen que estar lubricados y el sistema refrigerado para evitar su gripado o agarrotamiento.
La formalización de estas restricciones se expone en la Tabla 4-3. Los valores de la tabla son aproximaciones representativas para la biela de MCIA para vehículos de automóvil. Cuando el valor está representado por el símbolo *, significa que no se disponen de valores para dicha restricciones; aunque deberían añadirse para el diseño de este componente.
Considerando las funciones de la biela, las subfunciones de la misma y sus restricciones asociadas, ya se puede iniciar la aplicación de la metodología propuesta en esta tesis.
Los resultados de la aplicación de la metodología se han presentado siguiendo la misma de la metodología expuesta en la Figura 3-2 del apartado 3.4. Inicialmente se presentan los resultados correspondientes con la Fase I y posteriormente los de la Fase II.
Dominio funcional
Etapa I: Definir y formalizar los requerimientos funcionales (FRs)
Los requerimientos funcionales (FRs) se tienen que definir para cada una de las funciones y subfunciones de la jerarquía funcional mostrada en la anterior Figura 4-15. En primer lugar hay que definir los FRs que corresponden a las funciones de primer nivel de dicha jerarquía, y posteriormente los correspondientes al segundo nivel.
Considerando la relación entre los requerimientos funcionales de diferentes jerarquías propuesta por (Suh, 2001), las restricciones de los requerimientos de primer nivel se heredan hacia los niveles posteriores; en este caso, el segundo nivel.
No obstante, hay que puntualizar que en este trabajo se han desarrollado los requerimientos funcionales que corresponden a las dos primeras funciones, F1 y F2 (Figura 4-15), y a sus correspondientes subfunciones. Las razones que justifican esta decisión son las siguientes:
- Según Giacosa (Giacosa, 1988), cuando se analiza la biela de un motor monocilindrico se puede considerar que la fuerza resultante del pistón, en las diferentes fases del ciclo del motor, es la fuerza que se transmite sobre el sistema biela-cigüeñal para generar el par motor (Ver apartado 4.2.2). Por consiguiente, se asume que no es un error tan grande el hecho de no considerar el empuje del cigüeñal al pistón (F3 de la Figura 4-15) en el diseño preliminar de este componente.
- La biela es un elemento de diseño bastante complejo (Shenoy, 2004), de modo que simplificar el caso ha ayudado a exponer mejor la aplicación de la metodología.
- El uso de estas funciones ha proporcionado suficiente información para demostrar la aplicación de la metodología. Pues como ya se ha comentado en el apartado 4.3.1 un único requerimiento funcional lleva asociado una amplia cantidad de información en los demás dominios de diseño, en el dominio físico y en el dominio de proceso.
La definición de los requerimientos funcionales (FRs) se ha realizado según la estructura de un requerimiento funcional (FR) expuesta en la etapa I del Capítulo 3. Por lo tanto se ha determinado la función y los calificadores de cada uno de ellos. La formalización de los FRs se ha basado en la matriz de formalización y representación, también expuesta en esa misma sección, para representar toda la información asociada a cada uno de ellos.
a. Definición de los requerimientos funcionales (FRs) de primer nivel.
La definición de los requerimientos funcionales de primer nivel (FR1 y FR2) se corresponde con las funciones F1 y F2, respectivamente, de la jerarquía funcional de la Figura 4-15.
Definición del primer requerimiento funcional (FR1)
Este requerimiento se ha definido para la función “conectar el pistón con el cigüeñal” (F1 de la Figura 4-15). La acción corresponde al verbo en activo: conectar. El objeto corresponde con el flujo de material: sólidos (el pistón y el cigüeñal)
Los calificadores asociados a esta función se definen con las restricciones de la Tabla 4-4.
Tipo de restricciones Descripción de la restricción
Entrada Número de elementos a unir
Ubicación espacial de los elementos a unir.
Dinámica de los elementos a unir
Salida Dinámica relativa entre las uniones de los elementos
Desgaste
Entorno Temperatura
Agentes químicos
Las restricciones de entrada que limitan esta función son: el número de elementos a unir, su correspondiente ubicación espacial y su dinámica asociada.
- Número de elementos a unir
La biela tienen que unir tres elementos principales: el pistón, el