Disseny i construcció d'un mecanisme simulador del moviment oscil·latori

Abstract

Els mecanismes formats per masses, molles i esmorteïdors són parts molt importants per garantir l’estabilitat, tracció i la seguretat de gran part dels vehicles amb els quals ens movem pràcticament cada dia. Imaginar una oscil·lació no és una tasca molt complexa, però sí que és una mica més complex saber com evoluciona aquesta oscil·lació en canviar el valor de la massa a la qual està sotmès, la constant de la molla, la constant d’esmorteïment i la posició inicial a la qual s’inicia aquest moviment oscil·latori. És per això, que hi ha implementats softwares que permeten fer aquest tipus de simulacions, però per entendre bé els resultats obtinguts amb aquests programes és important veure físicament com evolucionen aquestes oscil·lacions. Per aquest motiu, s’ha desenvolupat aquest treball que consta del disseny, la programació i la fabricació d’un mecanisme que permeti veure i entendre el moviment oscil·latori en el qual l’usuari escull la massa que es pretén simular, la posició inicial del sistema, la constant de la molla i la constant d’esmorteïment. El procés comença amb els fonaments de l’obtenció d’un model matemàtic per poder controlar en cada instant de temps la posició a la qual es troba el sistema en funció dels paràmetres desitjats per l’usuari. Se segueix amb la realització d’un model mecatrònic, que consisteix a fer el disseny complet del prototip, tenint en compte tant les parts mecàniques com les parts electròniques. És durant aquest procés de disseny que es realitza, paral·lelament, la cerca i selecció dels components electrònics necessaris. Una vegada conegut el disseny del mecanisme, s’inicia el procés de construcció i de programació, conjuntament amb la comprovació del funcionament del sistema.

The mechanisms made up of masses, springs and shock absorbers are very important parts to ensure the stability, traction and safety of many vehicles with we move with almost every day. Imagining an oscillation is not a very complex task, but it is little more complex to know how this oscillation evolves by changing the value of the mass, the spring constant, the damping constant and the initial position where this oscillating motion begins. It is for that reason that software has been implemented to carry out these types of simulations, but in order to fully understand the results obtained with these programs, it is important to physically see how these oscillations evolve. That is why this project has been developed which consists in designing, programming and manufacturing a mechanism that allows to see and understand the movement that follows these types of mechanisms where the user chooses the mass to be simulated, the initial position of the system, the spring constant and the damping constant. The process begins with the basics of obtaining a mathematical model to be able to control at each instant the position of the system according to the parameters desired by the user. It is followed by the realization of a mechatronic model, which consists of making the complete design of the prototype, considering the mechanical parts and the electronic parts. It is during this design process that the search and selection of the necessary electronic devices is carried out in parallel. Once the design of the mechanism is known, the construction and programming process will be carried out together with the verification of the operation of the system.