1 AYUDA SOLIDWORKS MOTION

Transcripción

1 1 AYUDA SOLIDWORKS MOTION El movimiento de los componentes que forman parte del ensamblaje durante la simulación, estará determinado por varios factores como por ejemplo las uniones que conectan a las partes, el movimiento motor del que se dote al modelo, las propiedades físicas y mecánicas de los componentes, las fuerzas aplicadas tanto al conjunto como a las piezas por separado, y por supuesto, el tiempo. SolidWorks Motion permite regular todos estos parámetros y ver los efectos que estos cambios producen en cada instante sobre el conjunto. 1.1 Análisis de movimiento Se utiliza Análisis de movimiento para simular y analizar con precisión el movimiento de un ensamblaje a la vez que se incorporan los efectos de los Estudios de movimiento, esto es, motores, fuerzas, resortes, amortiguadores, contactos y fricción. Un estudio de Análisis de movimiento combina elementos de Estudio de movimiento con relaciones de posición en cálculos de movimiento. Esto quiere decir que las restricciones de movimiento, las propiedades de materiales, la masa y los contactos entre componentes se tienen en cuenta en los cálculos realizados por el solver cinemático de SolidWorks Motion. Para comenzar a simular los mecanismos con un Estudio de movimiento en SolidWorks Motion se debe seleccionar Análisis de movimiento en la lista desplegable de tipos de estudios de movimiento en el menú de SolidWorks Motion ó Motion Manager.

2 1.2 Introducción Un Estudio de movimiento es una simulación gráfica de movimiento para modelos de ensamblaje. Puede incorporar en un estudio de movimiento propiedades visuales, como iluminación y perspectiva de cámara. Los estudios de movimiento no modifican un modelo de ensamblaje ni sus propiedades sino que simulan y animan el movimiento prescrito para un modelo. Puede utilizar relaciones de posición de SolidWorks para restringir el movimiento de componentes en un ensamblaje al modelar movimiento. Figura 3. Interfaz SolidWorks Motion En un Estudio de movimiento, utilice el menú de SolidWorks Motion, la interfaz con escala de tiempo que incluye las siguientes herramientas de estudio de movimiento: Animación Se utiliza Animación para animar el movimiento de ensamblajes: - Agregue motores para conducir el movimiento de una o varias piezas de un ensamblaje.

3 - Prescriba las posiciones de los componentes del ensamblaje en varios momentos mediante la utilización de marcas. Animación utiliza interpolación para definir el movimiento de los componentes de un ensamblaje entre marcas. En este tipo de Estudio de movimiento no es posible el uso de fuerzas, resortes, contactos, etc. Su uso se limita a observar el movimiento de los componentes en el ensamblaje Movimiento básico Se utiliza Movimiento básico en ensamblajes para simular los efectos de motores, resortes, colisiones y gravedad. A la hora de calcular el movimiento, Movimiento básico tiene en cuenta la masa. El cálculo es relativamente rápido, por lo que puede utilizar este estudio de movimiento para crear animaciones tipo presentación mediante simulaciones basadas en leyes físicas. Figura 4. Análisis de movimiento Análisis de movimiento Análisis de movimiento se utiliza para simular y analizar de forma precisa en un ensamblaje los efectos de elementos de movimiento (incluyendo fuerzas, resortes, amortiguadores y fricción). Este tipo de movimiento utiliza solvers cinemáticos potentes, desde el punto de vista del cálculo, y tiene en cuenta propiedades materiales así como la masa e inercia. También puede utilizar Análisis de movimiento para trazar resultados de simulación para análisis adicionales.

4 Figura 5. Interfaz SolidWorks Motion La barra de herramientas del menú SolidWorks Motion también se puede utilizar para: - Cambiar puntos de vista. - Mostrar propiedades. - Crear animaciones con calidad de presentación que muestren el movimiento de un ensamblaje Cómo decidir qué tipo de estudio utilizar En general, lo más propicio es utilizar Animación para crear estudios de movimiento con calidad de presentación en las que no es necesario tener en cuenta la masa o la gravedad. Se utiliza Movimiento básico para crear simulaciones de movimiento con calidad de presentación en las que se tiene en cuenta la masa, las colisiones o la gravedad. Por último, Análisis de movimiento se utiliza para ejecutar simulaciones potentes, desde el punto de vista del cálculo, que tienen en cuenta la física del movimiento del ensamblaje. De las tres opciones, esta herramienta es la que más recursos utiliza durante el cálculo. Los resultados serán mejores cuanto mejor se entienda la física del movimiento deseado. Utilice Análisis de movimiento para ejecutar estudios de análisis de impacto para entender la respuesta de los componentes a distintos tipos de fuerzas.

5 1.3 Motor Un motor es un elemento presente en un estudio de movimiento que mueve componentes en un ensamblaje simulando los efectos que provocaría. En SolidWorks Motion hay dos tipos de motores en función del movimiento que se les quiera dar a los componentes: - Motor Rotatorio - Motor Lineal Es importante tener en cuenta que los motores mueven componentes en una dirección seleccionada, pero no son fuerzas. El movimiento originado por motores prevalece sobre el originado por otros elementos de simulación. Para seleccionar Motor y elegir los parámetros correspondientes, en el menú de SolidWorks Motion seleccionar mismo tipo al mismo componente.. No se debe agregar más de un motor del Figura 6. Motor

6 1.3.1 Motor Rotatorio Se utiliza para dotar al mecanismo de movimiento rotatorio. En el menú Motor se debe seleccionar Componente/Dirección de éste, así como el tipo de movimiento. Los tipos de Movimiento son: - Velocidad constante. La velocidad del motor es constante. Se escribe el valor de esta velocidad (en rpm). - Distancia. El motor funciona para una distancia establecida que el usuario determina y un tiempo también indicado. Se introducen los valores de Desplazamiento (en grados), Inicio (segundo de inicio) y Duración (en segundos). - Oscilante. Se introducen los valores de Amplitud y Frecuencia para el movimiento deseado. - Interpolado: o Se selecciona el Valor interpolado (Desplazamiento, Velocidad, Aceleración). o Se configuran valores para el tiempo y valor de la interpolación. o Tipo de interpolación (Akima o Cúbica) Motor Lineal Se utiliza para dotar al mecanismo de movimiento lineal. Este tipo de motor, equivale a un actuador, por lo que será muy útil para la simulación de mecanismos en los que hay actuadores hidráulicos, neumáticos o de otro tipo. En el menú Motor se debe seleccionar Componente/Dirección del Motor Lineal, así como el tipo de movimiento. Los tipos de Movimiento son: - Velocidad constante. La velocidad del motor es constante. Se escribe el valor de esta velocidad. - Distancia. El motor funciona para una distancia establecida que el usuario determina y un tiempo también indicado. Se introducen los valores de Desplazamiento (en mm.), Inicio (segundo de inicio) y Duración (en segundos). - Oscilante. Se introducen los valores de Amplitud y Frecuencia para el movimiento deseado. - Interpolado:

7 o Se selecciona el Valor interpolado (Desplazamiento, Velocidad, Aceleración). o Se configuran valores para el tiempo y valor de la interpolación. Tipo de interpolación (Akima o Cúbica). o También se puede cargar desde un archivo (.txt ó.csv) que contenga el tiempo de interpolación y los valores. - Expresión (sólo en Análisis de movimiento ). Se selecciona la variable para la cual se aplica la expresión de movimiento del motor (Desplazamiento, Velocidad, Aceleración), y se introduce una fórmula siempre y cuando sea compatible.

8 1.4 Resortes Un resorte es un elemento de simulación que mueve componentes alrededor de un ensamblaje aplicando una fuerza a un componente concreto. El desplazamiento originado por un motor prevalece sobre el originado por un resorte. Una constante de resorte más alta mueve un componente más rápidamente que uno con una constante más baja. Hay dos tipos de resorte: Resorte Lineal Este resorte es válido para Movimiento básico y Análisis de movimiento. Se especifica la posición del muelle entre dos componentes del mecanismo con una determinada distancia y a lo largo de una dirección. SolidWorks Motion calcula la fuerza del muelle basándose en la distancia entre las piezas. Aplica una fuerza al primer componente seleccionado y otra igual y contraria al segundo componente, según la fórmula matemática. - K (X - X o ) n + F o o K Coeficiente muelle traslacional o X Distancia entre los puntos seleccionados o X o Longitud de referencia del resorte o n Exponente del muelle o F o Especifica la fuerza de referencia en X o Resorte Torsional Este tipo de resorte es válido sólo en Análisis de movimiento. Representa fuerzas torsionales que actúan entre dos componentes. SolidWorks Motion calcula el momento generado basándose en el ángulo existente entre los ejes especificados de las piezas seleccionadas. El programa aplica un momento a la primera pieza seleccionada, y otro de reacción, igual y opuesto a la segunda pieza seleccionada según la fórmula matemática: - KT* (θ - θ o ) n + T o o KT Coeficiente muelle torsional o Θ Ángulo entre las partes definido por el usuario o θ o Ángulo de referencia del muelle torsional o T o Momento de referencia del resorte

9 1.4.3 Menú o n Exponente del muelle Figura 7. Resortes En el menú Resorte los Parámetros que se deben seleccionar son: - Dos operaciones para puntos extremos del resorte. - El Exponente de expresión de fuerza de resorte en función de las expresiones funcionales para resortes. - La Constante de resorte en función de las expresiones funcionales para resortes.

10 - La Longitud libre. El resorte no ejerce una fuerza con su longitud es igual a su longitud libre. Seleccione Actualizar a cambios del modelo para que la longitud libre se actualice dinámicamente a los cambios del modelo mientras el menú está abierto. En Amortiguador los parámetros a introducir son: - El Exponente de expresión de fuerza de amortiguador. - La Constante de amortiguamiento. Puede también visualizar los valores de: - Diámetro de la espiral. - Número de espirales. - Diámetro de alambre. El apartado Cara de Soporte de Cargas se utiliza únicamente con el fin de transferirlos a SolidWorks Simulation.

11 - c v n o c Coeficiente amortiguador traslacional 1.5 Amortiguadores Amortiguador Lineal Este tipo de amortiguador sólo es válido para Análisis de movimiento. Se especifica la posición del amortiguador entre dos componentes del modelo con una determinada distancia y a lo largo de una dirección. SolidWorks Motion calcula la fuerza del muelle en función de la velocidad relativa entre las ubicaciones en dos piezas. Aplica una fuerza al primer componente seleccionado y otra de reacción igual y contraria al segundo componente, según la siguiente fórmula. o v Velocidad relativa entre las partes o n Exponente del amortiguador Amortiguador Torsional Tan sólo es válido en Análisis de movimiento. Representa el momento torsional aplicado entre dos componentes con respecto a un eje específico. SolidWorks Motion calcula el momento generado en función de la velocidad angular entre dos piezas con respecto al eje especificado. El programa aplica un momento a la primera pieza seleccionada, y otro de reacción, igual y opuesto a la segunda pieza seleccionada según la fórmula matemática: n - ct ω z o ct Coeficiente amortiguador torsional o ω z Velocidad angular entre las partes Menú

12 Figura 8. Amortiguadores En el PropertyManager Amortiguador los Parámetros que se deben controlar son: - Dos operaciones para punto final del amortiguador. - El Exponente de expresión de fuerza del amortiguador en función de las expresiones funcionales para resortes. - La Constante de Amortiguamiento en función de las expresiones funcionales para amortiguadores.

13 1.6 Fuerzas Se utilizan fuerzas para animar el movimiento de piezas móviles en un ensamblaje y para simular la existencia de cargas externas en el modelo. En el menú de SolidWorks Motion se selecciona para mostrar el menú específico de Fuerza. Un estudio de Análisis de movimiento elimina las relaciones de posición redundantes durante el cálculo del movimiento imponiendo fuerza cero en las ubicaciones de relaciones de posición de las piezas afectadas. Para modelos con restricciones redundantes, SolidWorks Motion reemplaza automáticamente estas relaciones de posición con casquillos. Las fuerzas se calculan posteriormente en las ubicaciones de las relaciones de posición redundantes. Figura 9. Fuerza Existen dos tipos de fuerzas en SolidWorks Motion :

14 - Fuerza Lineal - Fuerza Torsional (Momento Torsor). En el menú Fuerzas, tras escoger entre los tipos de fuerza (lineal o torsional), el siguiente paso es diferenciar entre: - Fuerza de Sólo acción, esta fuerza es aplicada en un punto de un cuerpo rígido y las fuerzas de reacción no se calculan. - Fuerza de Acción y Reacción. Se aplica entre dos puntos, la fuerza se aplica al primer cuerpo, y una igual pero contraria se aplica al segundo cuerpo. Para Forzar posición y dirección de acción de la fuerza se selecciona una cara, arista o vértice y en caso de tratarse de una formación de acción y reacción, se hace lo mismo para Forzar posición de reacción. También se debe especificar el origen de la fuerza, que puede ser: - Origen del ensamblaje - Componente seleccionado Forzar Función Existen diferentes formas de introducir la fuerza en el modelo: - Constante. Un valor fijo (En Newtons) - Paso. Se da el valor de la fuerza (Valor inicial y Valor final) en dos instantes de tiempo diferentes (Tiempo de paso inicial y Tiempo de paso final). - Armónico. Debe configurarse Amplitud, Frecuencia, Promedio y Cambio de fase. - Expresión. Se introduce una fórmula utilizando funciones compatibles. - Interpolado. Se introducen valores de Tiempo y Fuerza, y se selecciona el tipo de interpolación (Akima o Cúbica). También se puede cargar desde un archivo (.txt ó.csv) que contenga el tiempo de interpolación y los valores de Tiempo y Fuerza.

15 1.7 Contactos Se definen Contactos en SolidWorks Motion para que los componentes dentro de un conjunto, al entrar en contacto durante la ejecución de un estudio de movimiento, reaccionen moviéndose unos respectos a otros debido a una fuerza aplicada con el fin de evitar que un cuerpo penetre dentro del otro. Esta fuerza solo actúa si los cuerpos chocan. Si por el contrario, los componentes no están agrupados en un conjunto y entran en contacto, se ignora el contacto entre ellos y los componentes se atraviesan. Para utilizar Contacto 3D en un estudio de movimiento, en el menú de SolidWorks Motion haga clic en. Esta herramienta sólo está disponible en Movimiento Básico y Análisis de movimiento. Figura 10. Contactar

16 Contactos creados proporciona el número de pares de contacto que se controlan. Cuanto mayor sea el número de pares de contactos incluidos, más tiempo demorará el cálculo del movimiento. Número de componentes en conjunto (n) Número de contactos creados (S(n-1)) Instancias , 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, , 1-3, 1-4, 1-5, 2-3, 2-4, 2-5, 3-4, Tabla Materiales Esta opción sólo es válida en Análisis de material. Se seleccionan materiales de la lista para un par de colisión. Las propiedades de material definidas para contactos 3D se aplican a caras en contacto durante la operación, reemplazando las propiedades de material asignadas a cada pieza. El orden de selección de los materiales no es importante; de este modo, es lo mismo seleccionar caucho-acero que acero-caucho. Para modificar las propiedades elásticas, procedentes de datos experimentales o simulados, si se conocen, se debe desactivar Especificar material, ya que de no hacerlo toma las propias de cada material por defecto. - Impacto - Rigidez Configura la rigidez para aproximar la del material en el límite de la interacción entre dos piezas en colisión.

17 Exponente Amortiguamiento máx. Penetración Configura el exponente en la fuerza exponencial supuesta en comparación con el modelo de desplazamiento. Configura el coeficiente de amortiguamiento máximo de la interacción en el límite. Configura la penetración límite en la que el solver de SolidWorks Motion aplica el valor de Amortiguamiento máximo. Tabla 2. - Coeficiente de restitución Por medio de este coeficiente, se configura el cociente de velocidades relativas de dos esferas elásticas antes y después del impacto Fricción Fricción es la fuerza de resistencia que se produce en juntas y entre piezas en contacto. Cuando las piezas entran en contacto, la fricción se calcula según los coeficientes de fricción estática y dinámica, así como la fuerza normal que actúa en la pieza. La fricción de relaciones de posición es más compleja porque el tamaño del área de contacto puede afectar la magnitud de la fricción. - Fricción de relaciones de posición: En la pestaña Análisis de movimiento del PropertyManager de SolidWorks Motion, Relación de posición se puede especificar la fricción de juntas. Esta fricción consiste en una fuerza de resistencia que se produce entre piezas y debe ser superada por ellas para moverse una con otra. La fuerza se desarrolla como producto del contacto entre las superficies y cargas que actúan en la conexión. El modelo de fricción de relaciones de posición de SolidWorks Motion utiliza una combinación de información sobre cotas y un coeficiente de fricción. Se puede introducir este coeficiente directamente o hacer que la herramienta lo calcule según su selección de materiales.

18 Figura 11. Fricción - Fricción de contacto: Se puede asignar fricción de contacto (producida entre sólidos en contacto) en Contactos 3D. Las velocidades y los coeficientes de fricción utilizados se asignan automáticamente según los materiales definidos para cada contacto. Es probable que no sean los parámetros más apropiados teniendo en cuenta la dinámica del modelo, por lo que estos coeficientes pueden configurarse manualmente.

19 1.8 Gravedad La gravedad tiene mucha importancia en las simulaciones, sobre todo en aquellos mecanismos cuyas piezas tienen un gran peso. En SolidWorks Motion la gravedad, al igual que el resto de las fuerzas consta de dos componentes, la dirección del vector gravitacional y la magnitud de la aceleración gravitacional. Estos parámetros se pueden modificar en el menú, especificando la dirección del vector según los valores de x, y, z. La magnitud por defecto es de 9,806 m/s 2. Figura 10. Gravedad

20 1.9 Análisis. Pasos a seguir Una vez que se ha creado un mecanismo y se le han aplicado las restricciones, motores, fuerzas, etc., éste ya está listo para ser simulado y a continuación ver cual es su comportamiento. Figura 13. Calcular Con este botón que vemos en la imagen superior, se comienza la simulación. Además se utiliza para borrar los resultados de una simulación ya realizada al realizar una nueva simulación. Para realizar simulaciones también es interesante fijarse en la barra de herramientas que vemos en la imagen inferior. Con esta barra pueden reproducirse simulaciones ya realizadas, con el objeto de no hacer al equipo simular el modelo cada vez que se quiera ver la simulación. A parte de la barra de reproducción que nos indica la cantidad simulada o reproducida, es interesante la pestaña de porcentaje en la que podemos elegir el porcentaje de velocidad a la que queremos que se reproduzca una simulación ya realizada.

21 Figura 14. Barra de herramientas simulación. A la hora de realizar una simulación en Análisis de movimiento hay una serie de opciones que deben ser consideradas para que el proceso de simulación sea lo más rápido posible: - Fotogramas por segundo. Este valor multiplicado por la longitud de la animación especifica el número total de fotogramas que se han capturado. Este valor no afecta a la velocidad de reproducción. - Animar durante simulación. La desactivación de esta opción acelera el tiempo de cálculo y evita que los gráficos muestren el movimiento durante el cálculo de la simulación. - Reemplazar relaciones de posición redundantes con casquillos. Esta opción convierte cada relación de posición en el ensamblaje en un casquillo. En la mayoría de casos, esto incrementa el tiempo necesario para llevar a cabo el cálculo. - Parámetros de casquillo. Después de seleccionar Reemplazar relaciones de posición redundantes con casquillos, haga clic en Parámetros de casquillo para cambiar la rigidez y el amortiguamiento para todos los casquillos que reemplazan relaciones de posición redundantes. - Resolución de contacto 3D. Normalmente SolidWorks Motion representa formas como polígonos de varios lados. Cuanto mayor es el número de lados, más se acerca SolidWorks Motion a la geometría real. Sin embargo, esto incrementa el tiempo necesario de cálculo al introducir Contacto 3D. - Utilizar contacto preciso. Seleccione esta opción para calcular el contacto mediante ecuaciones que representan sólidos. Desactive esta opción para calcular el contacto aproximado utilizando la geometría de polígonos de varios lados. Al seleccionar Utilizar contacto preciso, el contacto calculado es correcto desde el punto de vista analítico pero puede demorar más que una solución aproximada. - Precisión. Los valores más altos incrementan el tiempo necesario para llevar a cabo el cálculo.

22 Valores predeterminados de trazado. Configure definiciones para mostrar los trazados. Opciones avanzadas. Éstas son opciones adicionales para usuarios avanzados. Opciones generales. Al seleccionar la primera opción, se aplica la configuración como predeterminada para cada estudio de movimiento que cree. Seleccione la segunda opción para mostrar mensajes durante los cálculos de un estudio de Análisis de movimiento. Figura 16. Opciones de simulación

23 1.10 Resultados Una vez simulado un determinado modelo toca analizar los resultados obtenidos. Normalmente en una simulación pueden extraerse multitud de resultados, aunque lo lógico es tener unos objetivos concretos antes de iniciar la simulación y analizar sólo los resultados que nos permitan conocer si esos objetivos iniciales se han cumplido o no tras la simulación. Figura 17. Resultados Lo primero que hay que saber es el resultado que deseamos obtener. Se debe seleccionar una categoría, una subcategoría y opcionalmente puede tener que seleccionarse un componente o una dirección que defina el resultado (Ver Tabla 3).

24 Categorías Subcategorías - Ruta de trazo. - Posición XYZ. - Desplazamiento lineal. - Velocidad lineal. Desplazamiento/Velocidad/Aceleración - Aceleración lineal. - Desplazamiento angular. - Velocidad angular. - Aceleración angular. - Ángulo de presión. - Fuerza aplicada. - Torsión aplicada. - Fuerza de reacción. Fuerzas - Momento de reacción. - Fuerza de fricción. - Momento de fricción. - Momento traslacional. - Momento angular. - Energía cinética traslacional. - Energía cinética angular. Momento/Energía/Electricidad - Total de energía cinética. - Posible Delta de energía. - Consumo de energía. - Generador de movimiento rotatorio. - Ángulos de Euler. - Paso/Oscilación/Rotación. Otras cantidades - Parámetros de Rodríguez. - Ángulos de Bryant. - Ángulos de proyección. Tabla 3.

25 También es posible crear un resultado nuevo que no esté entre los predefinidos que se muestran en la tabla superior. Para crear un nuevo trazado, debe seleccionarse Resultado frente a: Nuevo resultado. Figura 18. Nuevo resultado. Esta herramienta puede ser útil para conocer resultados muy concretos a los que no se puede acceder de forma predeterminada.