cada sección debe ser comparado con la resistencia última del material (Sy), considerando el coeficiente de seguridad (n) asignado a este componente (Shigley y Mischke, 1998): nSy 1= σ (4-5) - Análisis estático de la fuerza de pandeo Para el análisis estático de pandeo se ha considerado que la fuerza máxima de compresión a la que puede estar sometida la biela no puede superar la fuerza crítica de pandeo propuesta por Euler (Shigley y Mischke, 1998) 2 2 )(KL EI Pcr π= (4-6) Para calcular la fuerza límite de pandeo (Pcr) es necesario definir la inercia (I) de las secciones más críticas, de la parte de la biela que se está analizando, y el módulo elástico (E) del material. La longitud (L) y las condiciones de arrostramiento (K) están condicionadas por las restricciones de la biela. Esta fuerza límite debe ser comparada con la máxima fuerza externa de compresión a la que está sometida la biela, considerando el coeficiente de seguridad asignado a este componente. - Análisis estático de cortante. Para el análisis estático de cortante se ha considerado la ecuación de los esfuerzos de cortante puro (Shigley y Mischke, 1998) y tecor S A F 5.0max tan = = τ τ (4-7) Se toma el estado de carga máxima al cula está sometida la estructura física para definir el área (A) de las secciones más críticas y calcular el esfuerzo (τ) al que está sometidas. Posteriormente, el esfuerzo de cada sección (τ) debe ser comparado con la resistencia última del material a cortante (τmax), considerando el coeficiente de seguridad asignado a este componente. - Análisis dinámico de esfuerzo de fatiga Para el análisis dinámico a fatiga, desde el punto de vista analítico, se ha considerado el uso de la ecuación de Goodman modificada (Afzal y Fatemi, 2003; Shenoy, 2004). nSutSe ma 1=+ σσ (4-8) Los esfuerzos alternos (σa) y constantes (σm) se pueden obtener de los análisis estáticos mostrados anteriormente. Por lo tanto, desde el punto de vista de los parámetros de diseño, mayoritariamente se pueden considerar los mismos que en el análisis de tracción-compresión y cortante. En el análisis de fatiga también hay que considerar que la resistencia a fatiga de la pieza (Se) está influenciada por: la resistencia a la fatiga del material (Se’) y varios parámetros de diseño (Shigley y Mischke, 1998). Entre ellos destacar: el acabado superficial (Ka), el tamaño de la sección (Kb), el tipo de carga (Kc), el factor de temperatura (Kd) y los defectos de la pieza (Ke). KeKdKcKbKaSeSe ****'*= (4-9) Esto significa que definir el acabado superficial de la pieza, las dimensiones de la sección y la presencia de defectos en la pieza final son parámetros de diseño importantes en el análisis a fatiga Tras realizar el análisis correspondiente para cada una de las estructuras físicas, el resumen de los DPs que se tendrían que definir en cada caso se exponen en la Tabla 4-19, Tabla 4-20 y Tabla 4-21. La Figura 4-21 indica, desde un punto de vista general, las secciones que se consideran relevantes en la fase inicial de diseño de la biela. Cuerpo de la biela Análisis para obtener el DP Parámetro de diseño Especificación Dimensiones de la sección - S3 - Espesor mínimo (e3) - Ancho máximo (a3) - Alto máximo (b3) Numérico Tipo de sección en - S3 Selección Tipo material (composición química) Selección Análisis estático de tracción/compresión Análisis estático de pandeo Análisis de fatiga Resistencia tracción Numérico Rugosidad Numérico Límite a fatiga del material Numérico Análisis de fatiga Defectos pieza Selección Tabla 4-19: DPs del cuerpo de la biela para satisfacer el FR22 Pie de la biela Análisis para obtener el DP Parámetro de diseño Especificación Análisis estático de esfuerzo cortante Análisis de fatiga Dimensiones de la sección – S1 - Espesor mínimo (e1) - Alto máximo (b1) Numérico Dimensiones de la sección – S2 - Espesor mínimo (e2) - Alto máximo (d2) Análisis estático de tracción/compresión Análisis de fatiga - Alto máximo (b2) Numérico Tipo material Selección Análisis estático de tracción/compresión Análisis estático de esfuerzo cortante Análisis de fatiga Resistencia tracción Numérico Rugosidad Numérico Límite a fatiga del material Numérico Análisis de fatiga Defectos pieza Selección Tabla 4-20: DPs del pie de la biela para satisfacer el FR21 Cabeza de la biela Análisis para obtener el DP Parámetro de diseño Especificación Análisis estático de esfuerzo cortante Análisis de fatiga Dimensiones de la sección – S4 - Espesor mínimo (e4) - Ancho máximo (d4) - Alto máximo (b4) Numérico Dimensiones de la sección – S5 - Espesor mínimo (e5) Análisis estático de tracción/compresión Análisis de fatiga - Alto máximo (b5) Numérico Tipo material Selección Análisis estático de tracción/compresión Análisis estático de esfuerzo cortante Análisis de fatiga Resistencia tracción Numérico Rugosidad Numérico Límite a fatiga del material Numérico Análisis de fatiga Defectos pieza Selección Tabla 4-21: DPs de la cabeza de la biela para satisfacer el FR22 c. Parámetros de diseño (DPs) asociados a las restricciones de diseño. Como se ha visto en la formalización de los requerimientos funcionales, la mayoría de ellos tienen asociadas las restricciones de diseño de: la masa y el coste de este componente. El cumplimiento de estas restricciones se tendrá que tener en cuenta en la toma de decisiones de la mayoría de los DPs que se tienen que definir para satisfacer los FRs expuestos con anterioridad. Pues la masa se depende de la combinación de la geometría y el material, y el coste está asociado con aspectos geométricos, del material y también con aspectos de fabricación. En relación con la restricción de diseño de la longitud de la biela, es importante en este componente considerar la tolerancia asociada a dicha longitud. Este parámetro de diseño satisface directamente al requerimiento funcional FR1 de la biela. Etapa III: Definir y formalizar los parámetros de diseño (DPs) Considerando los parámetros de diseño (DPs) que se han identificado en la etapa II, en esta sección se presenta la formalización de los DPs del pie de la biela que satisfacen el FR11 y algunos de los DPs del cuerpo de la biela que satisfacen el FR22, concretamente aquellos más relacionados con la resistencia a fatiga del cuerpo de la biela. Los valores de los DPs corresponden con una biela de un MCIA para vehículos de automóvil de la empresa automovilística FIAT. El plano detallado de este componente se ha incluido en el Anexo III. Requerimiento funcional FR11 Estructura física Pie de la biela Parámetro de diseño (DPs) Propiedad de producto Característica de diseño Especificación Tipo selección Valor Agujero pasante Descripción Este DP se ha obtenido del - Grados de libertad unión y tipo de unión Tabla 4-22: Formalización de la característica de diseño Requerimiento funcional FR11 Estructura física Pie de la biela Parámetro de diseño (DPs) Propiedad de producto Dimensiones de la característica de diseño Especificación Tipo numérico Valor φ26 Unidades mm Tolerancia +/- 0.008 Descripción Este DP se ha obtenido del - Bulón del pistón y del cojinete de fricción. Tabla 4-23: Formalización de