1 AYUDA SOLIDWORKS MOTIONEl 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”. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón 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: 1.2.1 Animación Se utiliza “Animación” para animar el movimiento de ensamblajes: Agregue motores para conducir el movimiento de una o varias piezas de un ensamblaje. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón A la hora de calcular el movimiento. Su uso se limita a observar el movimiento de los componentes en el ensamblaje. resortes. En este tipo de “Estudio de movimiento” no es posible el uso de fuerzas. “Animación” utiliza interpolación para definir el movimiento de los componentes de un ensamblaje entre marcas. También puede utilizar “Análisis de movimiento” para trazar resultados de simulación para análisis adicionales.- Prescriba las posiciones de los componentes del ensamblaje en varios momentos mediante la utilización de marcas. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . El cálculo es relativamente rápido. desde el punto de vista del cálculo. “Movimiento básico” tiene en cuenta la masa.3 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. Este tipo de movimiento utiliza solvers cinemáticos potentes. resortes. colisiones y gravedad.2. etc. 1. resortes.2 Movimiento básico Se utiliza “Movimiento básico” en ensamblajes para simular los efectos de motores. “Análisis de movimiento” 1. contactos. Figura 4. por lo que puede utilizar este estudio de movimiento para crear animaciones tipo presentación mediante simulaciones basadas en leyes físicas.2. amortiguadores y fricción). y tiene en cuenta propiedades materiales así como la masa e inercia. Utilice “Análisis de movimiento” para ejecutar estudios de análisis de impacto para entender la respuesta de los componentes a distintos tipos de fuerzas.2. De las tres opciones. Interfaz “SolidWorks Motion” La barra de herramientas del menú “SolidWorks Motion” también se puede utilizar para: Cambiar puntos de vista. Se utiliza “Movimiento básico” para crear simulaciones de movimiento con calidad de presentación en las que se tiene en cuenta la masa. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . Crear animaciones con calidad de presentación que muestren el movimiento de un ensamblaje. 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. desde el punto de vista del cálculo.4 Cómo decidir qué tipo de estudio utilizar En general. Mostrar propiedades. Por último. las colisiones o la gravedad. esta herramienta es la que más recursos utiliza durante el cálculo.Figura 5. Los resultados serán mejores cuanto mejor se entienda la física del movimiento deseado. “Análisis de movimiento” se utiliza para ejecutar simulaciones potentes. que tienen en cuenta la física del movimiento del ensamblaje. 1. en el menú de “SolidWorks Motion” seleccionar mismo tipo al mismo componente. pero no son fuerzas. El movimiento originado por motores prevalece sobre el originado por otros elementos de simulación. .1. Para seleccionar “Motor” y elegir los parámetros correspondientes.3 Motor Un motor es un elemento presente en un estudio de movimiento que mueve componentes en un ensamblaje simulando los efectos que provocaría. Motor Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . 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. No se debe agregar más de un motor del Figura 6. ). Los tipos de “Movimiento” son: Velocidad constante. Velocidad. o Se configuran valores para el tiempo y valor de la interpolación. Interpolado: o Se selecciona el Valor interpolado (Desplazamiento. Interpolado: Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . Inicio (segundo de inicio) y Duración (en segundos). por lo que será muy útil para la simulación de mecanismos en los que hay actuadores hidráulicos. El motor funciona para una distancia establecida que el usuario determina y un tiempo también indicado. equivale a un actuador. Se escribe el valor de esta velocidad (en rpm). Se escribe el valor de esta velocidad. así como el tipo de movimiento. Distancia. Este tipo de motor. La velocidad del motor es constante. Los tipos de “Movimiento” son: Velocidad constante.3. Oscilante. La velocidad del motor es constante. Oscilante. El motor funciona para una distancia establecida que el usuario determina y un tiempo también indicado.3. En el menú “Motor” se debe seleccionar “Componente/Dirección” del “Motor Lineal”. En el menú “Motor” se debe seleccionar “Componente/Dirección” de éste. 1. Se introducen los valores de Amplitud y Frecuencia para el movimiento deseado. Inicio (segundo de inicio) y Duración (en segundos). Aceleración). Se introducen los valores de Desplazamiento (en mm.1 Motor Rotatorio Se utiliza para dotar al mecanismo de movimiento rotatorio. así como el tipo de movimiento.2 Motor Lineal Se utiliza para dotar al mecanismo de movimiento lineal. Se introducen los valores de Amplitud y Frecuencia para el movimiento deseado. o Tipo de interpolación (Akima o Cúbica). neumáticos o de otro tipo.1. Distancia. Se introducen los valores de Desplazamiento (en grados). Tipo de interpolación (Akima o Cúbica). Velocidad.o Se selecciona el Valor interpolado (Desplazamiento. Expresión (sólo en “Análisis de movimiento”). Aceleración). Aceleración).csv) que contenga el tiempo de interpolación y los valores.txt ó . o Se configuran valores para el tiempo y valor de la interpolación. Se selecciona la variable para la cual se aplica la expresión de movimiento del motor (Desplazamiento. Velocidad. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . o También se puede cargar desde un archivo (. y se introduce una fórmula siempre y cuando sea compatible. El programa aplica un momento a la primera pieza seleccionada. “SolidWorks Motion” calcula la fuerza del muelle basándose en la distancia entre las piezas. igual y opuesto a la segunda pieza seleccionada según la fórmula matemática: KT* (θ . El desplazamiento originado por un motor prevalece sobre el originado por un resorte. Representa fuerzas torsionales que actúan entre dos componentes.2 Resorte Torsional Este tipo de resorte es válido sólo en “Análisis de movimiento”.θo)n + To o KT – Coeficiente muelle torsional o Θ – Ángulo entre las partes definido por el usuario o θo – Ángulo de referencia del muelle torsional o To – Momento de referencia del resorte Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón .1. Una constante de resorte más alta mueve un componente más rápidamente que uno con una constante más baja. Se especifica la posición del muelle entre dos componentes del mecanismo con una determinada distancia y a lo largo de una dirección.4.4.4 Resortes Un resorte es un elemento de simulación que mueve componentes alrededor de un ensamblaje aplicando una fuerza a un componente concreto. “SolidWorks Motion” calcula el momento generado basándose en el ángulo existente entre los ejes especificados de las piezas seleccionadas.1 Resorte Lineal Este resorte es válido para “Movimiento básico” y “Análisis de movimiento. Aplica una fuerza al primer componente seleccionado y otra igual y contraria al segundo componente. K· (X . y otro de reacción. Hay dos tipos de resorte: 1. según la fórmula matemática.Xo)n + Fo o K – Coeficiente muelle traslacional o X – Distancia entre los puntos seleccionados o Xo – Longitud de referencia del resorte o n – Exponente del muelle o Fo – Especifica la fuerza de referencia en Xo 1. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . 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.4.3 Menú Figura 7.o n – Exponente del muelle 1. Resortes En el menú “Resorte” los “Parámetros” que se deben seleccionar son: Dos operaciones para puntos extremos del resorte. La “Constante de amortiguamiento”. Diámetro de alambre. El apartado “Cara de Soporte de Cargas” se utiliza únicamente con el fin de transferirlos a “SolidWorks Simulation”. Número de espirales.- La “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. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . En “Amortiguador” los parámetros a introducir son: El “Exponente” de expresión de fuerza de amortiguador. El resorte no ejerce una fuerza con su longitud es igual a su longitud libre. Puede también visualizar los valores de: Diámetro de la espiral. igual y opuesto a la segunda pieza seleccionada según la fórmula matemática: ct·ωzn o ct – Coeficiente amortiguador torsional o ωz – Velocidad angular entre las partes 1.5. Aplica una fuerza al primer componente seleccionado y otra de reacción igual y contraria al segundo componente. “SolidWorks Motion” calcula la fuerza del muelle en función de la velocidad relativa entre las ubicaciones en dos piezas. y otro de reacción.5.2 Amortiguador Torsional Tan sólo es válido en “Análisis de movimiento”. c·v n o c – Coeficiente amortiguador traslacional o v – Velocidad relativa entre las partes o n – Exponente del amortiguador 1.3 Menú Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . según la siguiente fórmula. Representa el momento torsional aplicado entre dos componentes con respecto a un eje específico. El programa aplica un momento a la primera pieza seleccionada.5.1 Amortiguador Lineal Este tipo de amortiguador sólo es válido para “Análisis de movimiento. “SolidWorks Motion” calcula el momento generado en función de la velocidad angular entre dos piezas con respecto al eje especificado.1.5 Amortiguadores 1. Se especifica la posición del amortiguador entre dos componentes del modelo con una determinada distancia y a lo largo de una dirección. 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. Amortiguadores En el “PropertyManager Amortiguador” los “Parámetros” que se deben controlar son: Dos operaciones para punto final del amortiguador. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón .Figura 8. Las fuerzas se calculan posteriormente en las ubicaciones de las relaciones de posición redundantes. 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.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 específico de “Fuerza”.1. para mostrar el menú Figura 9. Fuerza Existen dos tipos de fuerzas en “SolidWorks Motion”: Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . “SolidWorks Motion” reemplaza automáticamente estas relaciones de posición con casquillos. Para modelos con restricciones redundantes. se hace lo mismo para “Forzar posición de reacción”. Se aplica entre dos puntos.1 Forzar Función Existen diferentes formas de introducir la fuerza en el modelo: Constante. arista o vértice y en caso de tratarse de una formación de acción y reacción. Se introduce una fórmula utilizando funciones compatibles. Para “Forzar posición y dirección de acción” de la fuerza se selecciona una cara. Fuerza de “Acción y Reacción”.csv) que contenga el tiempo de interpolación y los valores de Tiempo y Fuerza. el siguiente paso es diferenciar entre: Fuerza de “Sólo acción”. Promedio y Cambio de fase. Debe configurarse Amplitud.txt ó . 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). tras escoger entre los tipos de fuerza (lineal o torsional). Frecuencia. esta fuerza es aplicada en un punto de un cuerpo rígido y las fuerzas de reacción no se calculan. Se introducen valores de Tiempo y Fuerza. y una igual pero contraria se aplica al segundo cuerpo. y se selecciona el tipo de interpolación (Akima o Cúbica). Un valor fijo (En Newtons) Paso. Interpolado.6. Armónico. También se puede cargar desde un archivo (. que puede ser: Origen del ensamblaje Componente seleccionado 1. Expresión. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . También se debe especificar el origen de la fuerza. En el menú “Fuerzas”. la fuerza se aplica al primer cuerpo.- Fuerza Lineal Fuerza Torsional (Momento Torsor). Si por el contrario. Figura 10. los componentes no están agrupados en un conjunto y entran en contacto. Esta herramienta sólo está disponible en “Movimiento Básico” y “Análisis de movimiento”. al entrar en contacto durante la ejecución de un estudio de movimiento.1. se ignora el contacto entre ellos y los componentes se atraviesan. Contactar Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . en el menú de “SolidWorks Motion” haga clic en . Esta fuerza solo actúa si los cuerpos chocan. Para utilizar “Contacto 3D” en un estudio de movimiento.7 Contactos Se definen Contactos en “SolidWorks Motion” para que los componentes dentro de un conjunto. reaccionen moviéndose unos respectos a otros debido a una fuerza aplicada con el fin de evitar que un cuerpo penetre dentro del otro. 2-3. 3-5. 3-4 1-2. 1-4. 2-4. 2-3. ya que de no hacerlo toma las propias de cada material por defecto. Para modificar las propiedades elásticas. Las propiedades de material definidas para contactos 3D se aplican a caras en contacto durante la operación. 1-5.Contactos creados proporciona el número de pares de contacto que se controlan. Cuanto mayor sea el número de pares de contactos incluidos.1 Materiales Esta opción sólo es válida en “Análisis de material”. reemplazando las propiedades de material asignadas a cada pieza. más tiempo demorará el cálculo del movimiento. 1. de este modo. 2-4. 3-4. 1-3. Se seleccionan materiales de la lista para un par de colisión. 2-5. es lo mismo seleccionar caucho-acero que acero-caucho. El orden de selección de los materiales no es importante. procedentes de datos experimentales o simulados. 1-4. Número de componentes en conjunto (n) 2 3 4 5 Número de contactos creados (S(n-1)) 1 3 6 10 1 Instancias 2 1-2 2-3 1-3 1-2.7. - Impacto Rigidez Configura la rigidez para aproximar la del material en el límite de la interacción entre dos piezas en colisión. 1-3. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . si se conocen. 4-5 Tabla 1. se debe desactivar “Especificar material”. la fricción se calcula según los coeficientes de fricción estática y dinámica. se configura el cociente de velocidades relativas de dos esferas elásticas antes y después del impacto. La fricción de relaciones de posición es más compleja porque el tamaño del área de contacto puede afectar la magnitud de la fricción. así como la fuerza normal que actúa en la pieza. Se puede introducir este coeficiente directamente o hacer que la herramienta lo calcule según su selección de materiales. Configura la penetración límite en la que el solver de SolidWorks Motion aplica el valor de Amortiguamiento máximo. “Relación de posición” se puede especificar la fricción de juntas. La fuerza se desarrolla como producto del contacto entre las superficies y cargas que actúan en la conexión. Fricción de relaciones de posición: En la pestaña “Análisis de movimiento” del PropertyManager de “SolidWorks Motion”. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón .7. Cuando las piezas entran en contacto. - Coeficiente de restitución Por medio de este coeficiente. Tabla 2. 1. Esta fricción consiste en una fuerza de resistencia que se produce entre piezas y debe ser superada por ellas para moverse una con otra. Penetración Configura el exponente en la fuerza exponencial supuesta en comparación con el modelo de desplazamiento. El modelo de fricción de relaciones de posición de “SolidWorks Motion” utiliza una combinación de información sobre cotas y un coeficiente de fricción. Configura el coeficiente de amortiguamiento máximo de la interacción en el límite.2 Fricción Fricción es la fuerza de resistencia que se produce en juntas y entre piezas en contacto.Exponente Amortiguamiento máx. 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. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . por lo que estos coeficientes pueden configurarse manualmente. Es probable que no sean los parámetros más apropiados teniendo en cuenta la dinámica del modelo.Figura 11. z.806 m/s2. sobre todo en aquellos mecanismos cuyas piezas tienen un gran peso. especificando la dirección del vector según los valores de x. y. Estos parámetros se pueden modificar en el menú.8 Gravedad La gravedad tiene mucha importancia en las simulaciones. Figura 10. la dirección del vector gravitacional y la magnitud de la aceleración gravitacional. La magnitud por defecto es de 9. Gravedad Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . al igual que el resto de las fuerzas consta de dos componentes.1. En “SolidWorks Motion” la gravedad. 9 Análisis. 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. Figura 13. éste ya está listo para ser simulado y a continuación ver cual es su comportamiento. fuerzas. con el objeto de no hacer al equipo simular el modelo cada vez que se quiera ver 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..1. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . se comienza la simulación. Calcular Con este botón que vemos en la imagen superior. A parte de la barra de reproducción que nos indica la cantidad simulada o reproducida. motores. Pasos a seguir Una vez que se ha creado un mecanismo y se le han aplicado las restricciones. etc. Con esta barra pueden reproducirse simulaciones ya realizadas. Este valor no afecta a la velocidad de reproducción. Esta opción convierte cada relación de posición en el ensamblaje en un casquillo. esto incrementa el tiempo necesario de cálculo al introducir Contacto 3D. Este valor multiplicado por la longitud de la animación especifica el número total de fotogramas que se han capturado. Cuanto mayor es el número de lados. haga clic en “Parámetros de casquillo” para cambiar la rigidez y el amortiguamiento para todos los casquillos que reemplazan relaciones de posición redundantes. Los valores más altos incrementan el tiempo necesario para llevar a cabo el cálculo. Resolución de contacto 3D. Precisión. En la mayoría de casos. Al seleccionar “Utilizar contacto preciso”. Barra de herramientas simulación. Después de seleccionar “Reemplazar relaciones de posición redundantes con casquillos”.Figura 14. Seleccione esta opción para calcular el contacto mediante ecuaciones que representan sólidos. 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. Utilizar contacto preciso. Reemplazar relaciones de posición redundantes con casquillos. Sin embargo. Desactive esta opción para calcular el contacto aproximado utilizando la geometría de polígonos de varios lados. Parámetros de casquillo. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . más se acerca SolidWorks Motion a la geometría real. Normalmente “SolidWorks Motion” representa formas como polígonos de varios lados. 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. el contacto calculado es correcto desde el punto de vista analítico pero puede demorar más que una solución aproximada. esto incrementa el tiempo necesario para llevar a cabo el cálculo. Valores predeterminados de trazado. Éstas son opciones adicionales para usuarios avanzados. Opciones avanzadas. Opciones de simulación Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . Al seleccionar la primera opción. se aplica la configuración como predeterminada para cada estudio de movimiento que cree. Opciones generales. Seleccione la segunda opción para mostrar mensajes durante los cálculos de un estudio de Análisis de movimiento. Figura 16. Configure definiciones para mostrar los trazados. Resultados Lo primero que hay que saber es el resultado que deseamos obtener. una subcategoría y opcionalmente puede tener que seleccionarse un componente o una dirección que defina el resultado (Ver Tabla 3).1. Se debe seleccionar una categoría.10 Resultados Una vez simulado un determinado modelo toca analizar los resultados obtenidos. Normalmente en una simulación pueden extraerse multitud de resultados. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . Figura 17. 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. Total de energía cinética. Desplazamiento lineal. Ángulos de proyección. Aceleración lineal. Momento angular. Fuerza de fricción. Posición XYZ. Velocidad angular. de movimiento Otras cantidades Tabla 3. Fuerza de reacción. Ángulos de Euler. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón . Energía cinética traslacional. Momento de fricción. Ángulo de presión. Parámetros de Rodríguez. Energía cinética angular.Categorías Subcategorías Desplazamiento/Velocidad/Aceleración Fuerzas Momento/Energía/Electricidad - Ruta de trazo. Torsión aplicada. Desplazamiento angular. Consumo de energía. Posible Delta de energía. Velocidad lineal. Paso/Oscilación/Rotación. Ángulos de Bryant. Aceleración angular. Momento traslacional. Fuerza aplicada. Momento de reacción. Generador rotatorio. Nuevo resultado. Esta herramienta puede ser útil para conocer resultados muy concretos a los que no se puede acceder de forma predeterminada. debe seleccionarse “Resultado frente a: Nuevo resultado”. Para crear un nuevo trazado. Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón .También es posible crear un resultado nuevo que no esté entre los predefinidos que se muestran en la tabla superior. Figura 18.