Diseño y caracterización estructural del chasís de una silla de ruedas de propulsión manual para entornos rurales fabricada en aleaciones de magnesio

Autor: Chacón Cifuentes, Paula Andrea
Přispěvatelé: Echeverría Echeverría, Félix, Valencia Escobar, Andrés Hernando
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositorio UdeA
Universidad de Antioquia
instacron:Universidad de Antioquia
Popis: RESUMEN:Las aleaciones de magnesio se caracterizan por su buena relación resistencia-peso, una elevada absorción de vibraciones, buena conductividad térmica, alta estabilidad dimensional y facilidad de conformado. Sus aplicaciones más comunes se presentan en la industria aeronáutica y aeroespacial, el transporte terrestre, productos electrónicos y elementos deportivos, donde la reducción de peso es un factor importante. Este trabajo muestra el proceso de diseño y validación de una silla de ruedas dirigida a los contextos rurales, y fabricada en aleación de magnesio AZ31B con el fin de disminuir su peso, contribuyendo al mejoramiento de la calidad de vida de los usuarios. Para realizar este desarrollo, se definieron los requerimientos de diseño considerando estudios previos en el campo, los productos disponibles en el mercado, la participación directa de los usuarios y pruebas con modelos funcionales. Posteriormente se realizó un proceso de ideación, modelado digital, análisis estructural por elementos finitos, selección de componentes comerciales y diseño detallado del chasis, las interfaces y el sistema de propulsión manual por palancas. Para validar el diseño se construyó un prototipo en aluminio 6061T6, que fue sometido a pruebas con usuarios y a una serie de pruebas técnicas para identificar posibles mejoras en el diseño. Una vez aplicadas las mejoras, se construyó un prototipo en la aleación de magnesio AZ31B y se sometió a pruebas de usabilidad, realizando un estudio de medidas repetidas para analizar el efecto del cambio de material de la silla de ruedas sobre el índice de costo fisiológico y la distancia recorrida en un período de tiempo específico. También se realizaron pruebas de estabilidad, resistencia estática, resistencia al impacto, resistencia a la caída y resistencia a la fatiga, consignadas en la norma ISO7176, con el fin de validar el comportamiento estructural del chasis y la resistencia de la silla a las condiciones de servicio establecidas por la norma. El prototipo de magnesio alcanzó una reducción del peso total de entre el 25% y el 32% respecto al prototipo de aluminio y a otros modelos comerciales todoterreno. Se pudo validar que, con la silla de magnesio, los usuarios recorren una mayor distancia en el mismo tiempo, permitiéndoles ahorrar tiempo en sus desplazamientos. Durante el desarrollo de las pruebas técnicas no se presentó un deterioro visible de los componentes de la silla de ruedas, por lo que se consideró que el prototipo cumple con lo establecido en la norma ISO7176. ABSTRACT: Magnesium alloys are characterized by their good strength-to-weight ratio, high damping capacity, good thermal conductivity, high dimensional stability and ease of forming. Its most common applications are in the aeronautical, aerospace and automotive industry, electronic products and sports goods, where weight reduction is an important factor. This work shows the design process and validation of a wheelchair aimed at rural contexts and manufactured in magnesium alloy AZ31B in order to reduce its weight, contributing to the improvement of the quality of life of its users. To carry out this development, the design requirements were defined considering previous studies in the field, the products available in the market, the direct participation of the users and tests with functional models. Afterwards, a process of ideation, digital modeling, structural analysis by finite elements, selection of commercial components and detailed design of the chassis, interfaces and a manual lever propulsion system was carried out. To validate the design, a 6061T6 aluminum prototype was built, which was subjected to user tests and a series of technical tests to identify possible design improvements. Once the improvements were applied, an AZ31B magnesium alloy prototype was built. To validate the improvements in terms of efficiency, a study of repeated measures was carried out to analyze the effect of the change of wheelchair material on the physiological cost index and the distance traveled in a specific period of time. To validate the structural behavior and the strength of the wheelchair, stability, static strength, impact strength and fatigue tests described in the ISO7176 standard were also carried out. The magnesium prototype achieved a total weight reduction between 25% and 32% compared to the aluminum prototype and other all-terrain commercial models. It was possible to validate that, with the magnesium wheelchair, users travel a greater distance in the same amount of time, allowing them to save time on their journeys. During the development of the technical tests there was no visible deterioration of the components of the wheelchair, so it was considered that the prototype complies with the conditions stablished in the ISO7176 standard.
Databáze: OpenAIRE
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