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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”.

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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.

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- 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.

1.2.2 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”

1.2.3 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, 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.

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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.

1.2.4 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.

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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 . No se debe agregar más de un motor del

mismo tipo al mismo componente.

Figura 6. Motor

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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).

1.3.2 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:

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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.

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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:

1.4.1 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 - 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

1.4.2 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 - 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

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o n – Exponente del muelle

1.4.3 Menú

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.

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- 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”.

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1.5 Amortiguadores

1.5.1 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.

- c·v n

o c – Coeficiente amortiguador traslacional

o v – Velocidad relativa entre las partes

o n – Exponente del amortiguador

1.5.2 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:

- ct·ωzn

o ct – Coeficiente amortiguador torsional

o ωz – Velocidad angular entre las partes

1.5.3 Menú

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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.

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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”:

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- 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

1.6.1 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.

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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

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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)

2 3 4 5

Número de contactos creados (S(n-1))

1 3 6 10

Instancias

1

-

2

1-2

2-3

1-3

1-2, 1-3,

1-4, 2-3,

2-4, 3-4

1-2, 1-3, 1-4,

1-5, 2-3, 2-4,

2-5, 3-4, 3-5.

4-5

Tabla 1.

1.7.1 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.

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Exponente Configura el exponente en la fuerza exponencial supuesta en

comparación con el modelo de desplazamiento.

Amortiguamiento

máx.

Configura el coeficiente de amortiguamiento máximo de la

interacción en el límite.

Penetración 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.

1.7.2 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.

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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.

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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/s2.

Figura 10. Gravedad

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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.

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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.

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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

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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).

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Tabla 3.

Categorías

Subcategorías

Desplazamiento/Velocidad/Aceleración

- Ruta de trazo.

- Posición XYZ.

- Desplazamiento lineal.

- Velocidad lineal.

- Aceleración lineal.

- Desplazamiento angular.

- Velocidad angular.

- Aceleración angular.

- Ángulo de presión.

Fuerzas

- Fuerza aplicada.

- Torsión aplicada.

- Fuerza de reacción.

- Momento de reacción.

- Fuerza de fricción.

- Momento de fricción.

Momento/Energía/Electricidad

- Momento traslacional.

- Momento angular.

- Energía cinética traslacional.

- Energía cinética angular.

- Total de energía cinética.

- Posible Delta de energía.

- Consumo de energía.

- Generador de movimiento

rotatorio.

Otras cantidades

- Ángulos de Euler.

- Paso/Oscilación/Rotación.

- Parámetros de Rodríguez.

- Ángulos de Bryant.

- Ángulos de proyección.

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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.