I progettisti di macchinari ed impianti industriali hanno spesso a che fare con componenti meccanici in movimento. Progettare una movimentazione complessa o capire come dimensionare i componenti soggetti a movimentazione non è mai facile, perché bisogna tenere in considerazione non solo le interferenze e le eventuali collisioni, ma anche tutte le forze in gioco durante il movimento.
Le classiche domande di chi progetta cinematismi, come ad esempio, “Che potenza deve avere il motore per realizzare quel movimento?”, o “Come posso ottenere quella determinata traiettoria?”, o “Come variano le forze durante il movimento?”, etc… possono ottenere una risposta rapida utilizzando un software di simulazione cinematica o cinetodinamica.
Questo tipo di analisi consente di determinare il comportamento cinematico e/o dinamico di un assieme di parti in movimento relativo. In pratica, è l’insieme di metodologie e procedure matematiche che permettono la descrizione delle caratteristiche del moto di un qualsivoglia sistema meccanico e che consentono di ottenere come risultato la determinazione delle posizioni, delle velocità e delle accelerazioni di tutti i componenti del sistema in ogni istante del movimento.
Cosa ti permette di fare un software per l’analisi del movimento?
I software di simulazione comprendono spesso al loro interno anche funzioni di analisi del movimento che consentono di verificare il funzionamento e il movimento di un prodotto durante l’intero ciclo operativo.
È possibile visualizzare un gruppo meccanico che si muove in condizioni realistiche e misurare l’andamento delle forze, delle inerzie e di molti altri parametri in gioco durante la movimentazione. In più, è possibile utilizzare i risultati ottenuti dagli studi per dimensionare correttamente i motori necessari ed ottimizzare il meccanismo per garantire le prestazioni, la qualità e la sicurezza ottimali del prodotto prima di realizzare qualsiasi prototipo fisico.
Si tratta quindi di simulazioni grafiche del movimento dei modelli di assieme, in grado di incorporare eventualmente anche le proprietà visive come l’illuminazione e la posizione o la prospettiva di una videocamera. Gli studi del movimento non cambiano il modello di un assieme o le sue proprietà: animano e simulano il movimento prescritto dall’utente attraverso la definizione degli opportuni accoppiamenti tra i componenti (vanno definiti i gradi di libertà del movimento in modo corretto) e delle rispettive leggi di moto.
Studio del movimento con il Motion Manager di SolidWorks
Dal pannello “Studio del movimento” situato nella zona inferiore dell’area grafica di SolidWorks (vedi figura), è possibile usare il Motion Manager, un’interfaccia basata su sequenza temporale che comprende tre diversi strumenti per eseguire la movimentazione di un gruppo:
- Animazione: funzionalità di base presente già da SolidWorks Standard, che permette di animare uno o più movimenti di un assieme utilizzando motori, punti chiave prestabiliti ed eventuali punti di vista. Si tratta solo di una visualizzazione di componenti in movimento da cui è possibile eventualmente esportare un video.
- Movimento base: funzionalità di base presente già da SolidWorks Standard, può essere usata per approssimare gli effetti di motori, molle, contatti e gravità sui componenti in movimento, tenendo in considerazione le rispettive masse. Lo studio del Movimento base è relativamente veloce, quindi può essere usato per creare animazioni da presentazione più realistiche della semplice Animazione.
- Analisi del movimento: funzionalità disponibile solo attivando l’add-in SolidWorks Motion, presente da SolidWorks Premium o con l’aggiunta di SolidWorks Simulation. Consente di effettuare la simulazione precisa e l’analisi degli effetti degli elementi del movimento utilizzando solutori cinematici efficaci da un punto di vista computazionale che tengono in considerazione nei calcoli anche le proprietà del materiale (massa) e le inerzie.
Analisi del movimento con SolidWorks Motion
L’analisi del movimento permette di risolvere problemi cinematici e/o dinamici dei corpi rigidi utilizzando un approccio basato principalmente sul tempo, ma esiste la possibilità di estendere le funzionalità di SolidWorks Motion per effettuare analisi basate su eventi, approccio tipico delle movimentazioni più complesse.
SolidWorks Motion fornisce al progettista possibilità di analisi che vanno oltre il movimento di trascinamento libero disponibile in un tradizionale ambiente CAD 3D. Si tratta di un vero e proprio calcolo fisico delle forze e dei movimenti di un assieme sottoposto a carichi ambientali (forze esterne) e/o a carichi interni (motori, molle e smorzatori). Lo strumento di simulazione di SolidWorks Motion consente di calcolare l’effetto prodotto da:
- Forze
- Molle
- Smorzatori
- Gravità
- Contatto tra i componenti
- Bronzine
Una volta calcolato il movimento dell’assieme, è possibile eseguire in modo semplice anche una eventuale analisi strutturale dei componenti sottoposti a carichi indotti dai movimenti (accelerazioni, forze di giunzione, reazioni vincolari, etc…), tramite un approccio integrato che consente di creare automaticamente studi di simulazione strutturale all’interno di SolidWorks Simulation.
Nuovi strumenti di analisi del movimento: 3D Motion Creator
Tra gli strumenti per effettuare analisi del movimento della suite SolidWorks, è doveroso citare anche xMotion Desing, software basato interamente su browser web del ruolo 3D Motion Creator integrato nell’ecosistema di progettazione olistico della piattaforma 3DEXPERIENCE.
3D Motion Creator è uno dei tanti Ruoli della suite SIMULIA e a livello di funzionalità si scosta poco da SolidWorks Motion, ma la piena compatibilità con i modelli SolidWorks e degli altri CAD concorrenti ne fanno uno strumento più versatile in ambienti di progettazione multicad. In più, il fatto che si tratti di una applicazione web, porta con sé anche altri vantaggi, come ad esempio che non serve installare nulla, che non serve una workstation professionale per farlo funzionare e che ci si può appoggiare al cloud computing per eseguire anche le analisi più complesse in tempi relativamente rapidi rispetto alle più tradizionali soluzioni desktop.
Conclusioni
Tutti i software di analisi introducono numerosi vantaggi nel processo di progettazione perché permettono di realizzare analisi su prototipi virtuali tipicamente in formato 3D. Tra i software di simulazione, esistono anche soluzioni per studiare i movimenti dei meccanismi, come SolidWorks Motion o 3D Motion Creator, anticipando e risolvendo fastidiosi problemi di interferenze, collisioni, dimensionamento o malfunzionamenti che si verificherebbero invece in fase di test di un prototipo fisico, costringendo i progettisti a correre ai ripari con revisioni a volte molto onerose in termini di tempo e costo.
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