Modelamiento computacional en condiciones de hiperelasticidad para el diseño de una transmisión armónica de uso y condiciones generales

Abstract

Este proyecto de tesis presenta un estudio enfocado a la determinación de la influencia de parámetros geométricos relevantes en una transmisión flexondulatoria, orientada a aplicaciones generales de la industria. Se analiza el comportamiento cinemático, los esfuerzos y los mecanismos de falla a través de la aplicación del método de los elementos finitos. Se abordan diversos enfoques de modelamiento, según una metodología de desarrollo que favorece el refinado de modelos analítico-numéricos. Para tal efecto, se parte inicialmente de una simplificación donde se analiza un modelo carente de dentado que funciona gracias a la incidencia de la fricción. Luego se implementa un modelo paramétrico dentado que es utilizado para la ejecución de un diseño experimental factorial completo, simulado o virtual, que tiene el propósito de determinar la influencia de los factores geométricos considerados en el desempeño de la transmisión. Por último, con los resultados de este diseño experimental se encuentra el modelo que presenta mayor robustez, y el mismo se implementa y simula empleando un modelo en 3D hiperelástico, utilizando el modelo de hiperelasticidad de Blatz-Ko. Como resultado del presente trabajo se obtiene un análisis sobre la influencia que poseen los factores geométricos fundamentales en la vida a fatiga, picadura y error cinemático de transmisión. Se encuentra que la mejor solución de diseño es aquella que posee un módulo de 0,1 mm; un factor de corrección dental de +0,5 y un ángulo de presión de 20 grados. / Abstract. This work presents a determination oriented study regarding the influence of relevant geometric parameters of a harmonic drive aimed at industry general applications. Kinematic behavior, effort and failure mechanisms are analyzed through the application of the finite element method. Various modeling approaches are tackled, according to a development methodology that benefits the fine-tuning of analytical and numerical models. To this end, we initially part from a simplification of the system is initially used where a gearless model is analyzed while working due to friction incidence. Then, a parametric strain waive gear model is used to execute a full factorial experimental design, simulated or virtual, intended to determine the influence of geometric factors considered in the transmission performance. Finally, using the results of this experimental design, the most robust model is determined, implemented and simulated by means of a static 3D hyperelastic model, using the Blatz-Ko hyperelasticity model. As a result of this paper, an analysis on the influence the fundamental geometric factors have on fatigue-life, cracks and transmission kinematic error is obtained. It is then possible to establish that the best design solution is the one with a module of 0,1 mm; a gear correction factor of +0,5 and 20 degrees pressure angle