Использование исследования движения Solidworks для анализа механизмов

SolidWorks Motion Study является одним из самых мощных и всеобъемлющих инструментов, доступных инженерам-механикам и дизайнерам для анализа динамического поведения механических систем. Этот интегрированный набор возможностей моделирования позволяет профессионалам прогнозировать, визуализировать и оптимизировать то, как сборки перемещаются и взаимодействуют в реальных условиях, что в конечном итоге приводит к улучшению дизайна, снижению затрат на прототипирование и более надежным продуктам.

Понимание того, как механизмы движутся, взаимодействуют и выполняют функции до физического прототипирования, имеет решающее значение для успешной разработки продукта, и SolidWorks Motion Study выступает в качестве незаменимого инструмента, предлагающего мощные возможности для анализа движения в сборках. Независимо от того, разрабатываете ли вы сложные промышленные машины, автомобильные компоненты, потребительские товары или роботизированные системы, освоение методов анализа движения может значительно улучшить ваш инженерный рабочий процесс и качество продукта.

Что такое исследование движения SolidWorks?

SolidWorks Motion Study представляет собой комплексный набор инструментов, встроенных непосредственно в среду SolidWorks, позволяющий инженерам и дизайнерам моделировать и анализировать кинематическое и динамическое поведение своих проектов. Эта мощная функциональность превращает статические модели САПР в динамические симуляции, которые могут выявить критические идеи о производительности механизма, взаимодействиях компонентов и потенциальных проблемах проектирования.

От простых анимаций, демонстрирующих функциональность, до сложных динамических анализов с участием сил, крутящих моментов и контактов, Motion Study предоставляет виртуальную тестовую площадку, которая экономит время, снижает затраты и повышает качество и надежность механических систем. Инструмент легко интегрируется со стандартным интерфейсом SolidWorks, делая его доступным для пользователей, уже знакомых с средой CAD.

SOLIDWORKS Motion позволяет использовать надежные модели, созданные в SOLIDWORKS, для моделирования и визуализации движения и производительности механизма, а использование SOLIDWORKS Motion на ранней стадии разработки продукта может предотвратить дорогостоящий редизайн из-за дефектов проектирования, обнаруженных на этапе физического тестирования, что способствует более экономичному, надежному и эффективному процессу проектирования продукта.

Понимание трех типов исследований движения

SolidWorks предлагает три различных типа исследований движения, каждый из которых предназначен для различных целей и уровней сложности. Понимание того, когда использовать каждый тип, имеет важное значение для эффективного рабочего процесса и точных результатов.

Анимационные исследования

Анимация — это тип исследования движения по умолчанию в SOLIDWORKS, предназначенный для визуального представления движения без учета физических сил или ограничений. Этот тип исследования идеален, когда вам нужно создавать визуализации качества презентации для маркетинговых материалов, презентаций клиентов или инструкций по сборке без вычислительных накладных расходов на моделирование на основе физики.

Если вы просто хотите создать приятные визуальные эффекты для презентации или маркетинга без учета эффектов массы и гравитации, то анимация для вас. Исследования анимации позволяют вам контролировать положения компонентов, углы камеры и визуальные свойства с течением времени с помощью методов анимации на кристалле. Вы можете вращать компоненты, изменять прозрачность, регулировать освещение и создавать плавные переходы между различными состояниями сборки.

Используйте анимацию, когда вам нужно показать основные пути движения операторам или заинтересованным сторонам, не фокусируясь на физике. Этот подход особенно полезен для демонстрации функциональности продукта, создания последовательностей сборки / разборки или создания маркетинговых видеороликов, где визуальная привлекательность имеет значение больше, чем инженерная точность.

Основные исследования движения

Для дополнительного уровня сложности, который учитывает эффекты массы, пружин, гравитации и физического обнаружения столкновений, тогда исследование Basic Motion больше подходит для ваших требований. Basic Motion представляет собой промежуточную точку между простой анимацией и полным анализом на основе физики.

Этот тип исследования рассматривает простые силы, такие как трение и гравитация, позволяя имитировать основные взаимодействия, такие как падение объекта или оценка простых движений, и вы обнаружите, что это наиболее продвинутая симуляция, доступная со стандартной лицензией SOLIDWORKS, однако она не вникает в подробные инженерные расчеты, такие как распределение силы во время механических взаимодействий или сложных систем инерции.

Basic Motion использует физику в стиле видеоигр (на базе Nvidia PhysX), которая может правдоподобно имитировать сложную 3D-физику, но не может использоваться для инженерных данных или решений.В фундаментальных исследованиях движения учитываются масса, инерция, взаимодействие компонентов и гравитация, а движение вычисляется, причем положение компонентов определяется физикой ситуации.

Оптимально для базового движения, когда требуется более детальный взгляд на взаимодействия, такие как простые столкновения, или вы хотите визуализировать влияние инерции на свободное движение. Этот тип исследования отлично подходит для предварительной проверки дизайна и понимания общего поведения движения без вычислительной интенсивности полного анализа движения.

Анализ движений Исследования

Анализ движения является верхним уровнем исследования движения и учитывает более широкий спектр физических взаимодействий, таких как ударные эффекты, демпфирование, сила, импульс и т. Д. Это самый сложный и вычислительно интенсивный вариант, обеспечивающий результаты моделирования инженерного уровня, подходящие для критических проектных решений.

Для сценариев, где вам нужно более глубокое понимание сил и движения в вашем дизайне, анализ движения - это ваш вариант, поскольку этот анализ использует дополнение SOLIDWORKS Motion для проведения полного моделирования движения, расчета различных физических компонентов, включая мощность лошадиных сил, крутящий момент и другие силы, предлагая точное представление динамического поведения вашего дизайна.

Анализ движения обеспечивает надежный инженерный решатель (используемый ADAMS) для динамики. Анализ движения относится к истинному анализу физического типа сборки с использованием кинематического решателя движения SOLIDWORKS, вычисляющего силы, скорости, ускорения, крутящий момент двигателя и т. Д.

Он доступен с SOLIDWORKS Premium и любым уровнем моделирования SOLIDWORKS и предоставляет доступ к гравитации, наборам контактов, нагрузкам, амортизаторам, пружинам и двигателям и позволяет нам анализировать эффекты движения. Выберите анализ движения для надежного моделирования, определяя точные механические требования, такие как размер двигателя и распределение силы.

Начало исследований движения

Начало исследования движения в SolidWorks требует понимания интерфейса и основного рабочего процесса.Процесс разработан для того, чтобы быть интуитивно понятным для пользователей, уже знакомых с сборками SolidWorks.

Доступ к интерфейсу Motion Study

Все исследования движения начинаются одинаково: вы открываете сборку, загружаете вложение движения, а затем видите вкладку «Модель» и вкладку «Исследование движения» в нижней части экрана, а нажатие на вкладку «Исследование движения» вызывает просмотр временной шкалы Motion Manager. Этот интерфейс на основе временной шкалы обеспечивает знакомую среду для пользователей, которые работали с программным обеспечением для анимации или редактирования видео.

Вы можете создать первое исследование движения для сборки, нажав вкладку «Исследование движения» справа от вкладки «Модель» в нижней части области графики. Менеджер движения отображает все компоненты сборки в иерархической структуре дерева вместе с временной линией, где вы можете определять события движения, применять силы и устанавливать параметры моделирования.

Выбор подходящего типа исследования

После вызова менеджера по исследованию движения вы готовы выбрать тип исследования, будь то анимация, базовое движение или анализ движения. Селектор типа исследования появляется в верхнем левом углу интерфейса Motion Manager, что позволяет вам переключаться между различными режимами анализа по мере необходимости.

Крайне важно постоянно проверять настройки исследования движения перед запуском симуляции, поскольку SOLIDWORKS по умолчанию возвращается к более простым типам исследования, когда анализ движения не активен во время запуска. Это важное соображение, которое может предотвратить путаницу при ожидании результатов на основе физики, но получая только кинематическую анимацию.

Понимание этих различных типов исследования движения поможет вам использовать весь потенциал SOLIDWORKS, согласуя ваши модели с целями дизайна, поскольку правильный выбор обеспечивает согласованность и надежность ваших результатов, служа краеугольным камнем для успешных результатов проекта.

Настройка исследования анализа движения

Создание эффективного анализа движения требует тщательной подготовки модели сборки и продуманного применения элементов моделирования. Качество ваших результатов в значительной степени зависит от надлежащих процедур настройки.

Подготовьте свою модель сборки

Перед запуском любого анализа движения ваша сборка должна быть правильно настроена с соответствующими партнерами и ограничениями.То, как вы строите свою сборку, значительно влияет на точность и стабильность моделирования движения.

Первый шаг для подготовки модели для анализа движения - это пройти сборку и исправить все компоненты, которые не двигаются, не переводят и не вращаются, вообще на протяжении всего анализа движения, поскольку считается, что фиксированный компонент имеет 0 DOF в отношении решателя движения, обеспечивая быстрый и простой способ уменьшить количество DOF в исследовании движения.

Добавление достаточного количества партнеров для полного определения положения компонента в пространстве не является тем же самым, что и фиксация, поскольку фиксированный компонент считается имеющим 0 DOF в решателе движения, тогда как «полностью определенный» компонент считается имеющим 6 DOF с DOF, удаленным товарищами. Это различие имеет решающее значение для производительности и точности решателя.

Когда мы начинаем добавлять пары между компонентами или между компонентом и эталонной геометрией, такой как плоскость или ось, мы начинаем удалять DOF, и если мы добавим более одного партнера к компоненту, и оба партнера удаляют один и тот же DOF из одного и того же компонента, мы в конечном итоге получаем избыточность, что не является проблемой для обычного моделирования сборки SOLIDWORKS, но это становится проблемой, когда эта сборка перемещается в исследование движения.

Упрощение сборок для анализа движения

Чтобы максимизировать ценность и точность вашего исследования движения SolidWorks, упростите сборку, удалив ненужные компоненты или функции, которые не влияют на движение, и подавите неподвижные части или используйте упрощенные представления, чтобы уменьшить вычислительные накладные расходы. Этот шаг оптимизации может значительно улучшить скорость моделирования, не жертвуя точностью.

Используйте подходящих партнеров, чтобы убедиться, что ваши партнеры по сборке точно отражают реальные ограничения, так как избыточные или конфликтующие партнеры могут привести к ошибкам решателя. Решитель движения чувствителен к чрезмерно ограниченным системам и может привести к неожиданным результатам или не сходится, если партнеры не правильно настроены.

Применение двигателей и актуаторов

Двигатели являются фундаментальными элементами в исследованиях движения, которые приводят в движение компоненты. SolidWorks предоставляет несколько типов двигателей для моделирования различных методов приведения в действие.

Роторные двигатели имитируют вращающиеся валы, шестерни и другие компоненты кругового движения. Можно определить поведение вращающихся двигателей с помощью постоянной скорости, постоянного ускорения или пользовательских профилей движения, определенных математическими выражениями. Линейные двигатели имитируют пневматические цилиндры, гидравлические приводы и другие системы линейного приведения в действие. Моторы Path mate позволяют компонентам следовать сложным трехмерным путям.

Используйте математические выражения или встроенные функции для определения сложных профилей движения для двигателей, различных сил или характеристик пружины, что обеспечивает огромную гибкость. Эта возможность позволяет моделировать реалистичные условия работы, включая рампы ускорения, профили переменной скорости и зависящие от положения силы.

Определение сил и нагрузок

Помимо двигателей, анализ движения позволяет применять различные силы и нагрузки для имитации реальных условий работы. Гравитация является одной из наиболее часто применяемых сил, воздействуя на все компоненты исходя из их массы и свойств материала. Можно указать величину и направление гравитации для имитации различных ориентаций или планетарных сред.

Внешние силы могут быть применены к конкретным компонентам или граням, представляющим ветровые нагрузки, магнитные силы или другие воздействия на окружающую среду.Приводы и амортизаторы моделируют упругие элементы и рассеивание энергии, критические для систем подвески, вибрационной изоляции и контролируемых приложений движения.

Конфигурирование контактных взаимодействий

Контакты являются вычислительно интенсивными, поэтому определяйте их только там, где это необходимо, и используйте соответствующий тип контакта (например, контакт по умолчанию SolidWorks для общих взаимодействий или конкретный 3D-контакт для точной передачи силы) и точно корректируйте свойства материала (трение, реституция).

При использовании контактных взаимодействий резко увеличивайте «рамки в секунду» в зависимости от относительной скорости контактирующих объектов, и либо увеличивайте слайдер 3D-разрешения контактов, либо включайте Precise Contact, поскольку эти два изменения могут решить большинство проблем контакта.

В зависимости от типа контакта, вы также можете сэкономить значительное количество времени на решение, определяя «контактные группы» вместо выбора всего в глобальном масштабе. Этот целевой подход фокусирует вычислительные ресурсы на взаимодействиях, которые наиболее важны для вашего анализа.

Установка свойств материала

Для анализа движения свойства материала (плотность, коэффициенты трения, реституция) имеют решающее значение для точных динамических результатов. Решитель использует эти свойства для расчета инерционных эффектов, контактных сил и рассеивания энергии. Убедитесь, что все движущиеся компоненты имеют соответствующие материалы, назначенные с точными значениями плотности.

Коэффициенты трения между контактирующими поверхностями существенно влияют на поведение движения, особенно в механизмах со скользящими контактами или взаимодействиями передач.Коэффициенты реституции контролируют, сколько энергии сохраняется во время столкновений, что важно для сценариев удара и отскока.

Моделирование движения Running Motion Simulations

Как только ваше исследование движения будет правильно настроено со всеми необходимыми элементами, вы будете готовы запустить моделирование и генерировать результаты.

Конфигурация параметров моделирования

Перед вычислением результатов необходимо указать продолжительность моделирования, частоту кадров и параметры решателя. Продолжительность моделирования определяет, как долго будет работать виртуальное движение, обычно задаваемое в секундах. Выберите продолжительность, достаточную для захвата полного цикла движения или события, которое вы анализируете.

Частота кадров контролирует, сколько точек данных вычисляется в секунду. Более высокие частоты кадров обеспечивают более плавную анимацию и более подробные результаты, но увеличивают время вычислений. Для симуляции с большим количеством контактов более высокие частоты кадров необходимы для точного обнаружения столкновений.

Настройки Solver управляют численными методами, используемыми для вычисления движения.Настройки по умолчанию хорошо работают для большинства приложений, но сложные механизмы могут потребовать корректировок типа интегратора, допуска ошибок или управления шагом времени.

Расчет двигательного исследования

Нажмите значок «Вычислить», который оживит сборку по мере вычисления движения.В ходе вычисления SolidWorks решает уравнения движения для всех компонентов, учитывая все приложенные силы, ограничения и контакты.

Нажмите Calculate, чтобы запустить исследование, и если вы установили анимацию для воспроизведения, пока исследование вычисляет, вы сможете визуально проверить, что шестерни работают так, как задумано, и когда когти встречаются, анимация замедлится, пока вычисляется их движение. Эта визуальная обратная связь помогает вам выявить очевидные проблемы на ранних этапах процесса моделирования.

Для сложных сборок со многими контактами или степенями свободы вычисление может занять значительное время.Мониторинг прогресса решателя и наблюдение за предупреждающими сообщениями, которые могут указывать на проблемы конфигурации или численные неустойчивости.

Анализ результатов исследования движения

Истинная ценность анализа движения заключается в извлечении значимых инженерных данных из результатов моделирования. SolidWorks предоставляет комплексные инструменты для визуализации и количественной оценки поведения механизма.

Просмотр результатов анимации

После завершения расчета можно воспроизвести анимацию движения, чтобы наблюдать поведение механизма. Используйте элементы управления временной линией, чтобы играть, останавливать или проходить через кадр движения за кадром. Настройте скорость воспроизведения, чтобы замедлить быстрые движения или ускорить медленные процессы для лучшей визуализации.

Анимация обеспечивает качественное понимание работы механизма, выявляя потенциальные проблемы интерференции, неожиданные шаблоны движения или недостатки дизайна, которые могут быть не очевидны из статических моделей.

Генерация сюжетов результатов

Нажмите на значок «результаты и сюжеты» в верхней части MotionManager, чтобы открыть новое окно с пометкой «Менеджер свойств результатов», где вы увидите несколько выпадающих ящиков меню, а в первом ящике меню (категория) выберите «Силы»; во втором ящике меню (подкатегория) выберите «Силы контакта»; а для третьего ящика меню (компонент результата) выберите «Мгновенность».

Результат графиков отображают количественные данные в виде графиков, показывающих, как различные параметры изменяются с течением времени.Общие типы графиков включают в себя графики смещения, показывающие положение компонента по сравнению со временем, графики скорости, показывающие скорость и направление движения, графики ускорения, показывающие, как быстро изменяется скорость, и силовые графики, показывающие величину и направление сил, действующих на компоненты.

На графиках крутящего момента показаны вращательные силы в двигателях и соединениях, необходимые для расчетов размеров двигателя и мощности. На графиках мощности указаны потребление энергии или скорости генерации. Эти графики предоставляют инженерные данные, необходимые для проверки конструкций, размеров компонентов и оптимизации производительности.

Проверка на помехи

Чтобы определить момент, когда компоненты встречаются, щелкните правой кнопкой мыши имя сборки в верхней части дерева Motion Study и выберите помехи Check, которые всплывут диалог Find Interference Over Time, и убедившись, что временная строка находится в конце анимации, выберите два когтя и нажмите кнопку Find Now, так как инструмент помех Find будет проходить через анимацию и сохранять любые кадры, в которых выбранные компоненты касаются или мешают, и щелкнув любой из полученных этапов времени переместит временную строку в эту точку.

Обнаружение помех имеет решающее значение для выявления проблем с клиренсом, проблем с столкновением или ограничений упаковки. Инструмент точно выделяет, когда и где компоненты мешают, позволяя регулировать геометрию, время или профили движения для устранения проблем.

Экспорт данных для дальнейшего анализа

Импорт данных о движении из внешних источников или экспорт результатов для дальнейшего анализа в таких инструментах, как Excel или MATLAB. Эта возможность позволяет продвинутую постобработку, статистический анализ или интеграцию с другими инженерными инструментами.

Вы можете экспортировать данные истории времени на любую величину результата, создавая CSV или текстовые файлы, содержащие числовые значения на каждом этапе времени.Эти данные могут использоваться для пользовательского построения графика, анализа частоты или сравнения с экспериментальными измерениями.

Расширенные возможности анализа движения

Помимо базового моделирования движения, SolidWorks Motion предлагает расширенные функции, которые расширяют возможности анализа и интегрируются с другими инструментами моделирования.

Перенос перемещений грузов на структурный анализ

Критическая функция позволяет экспортировать рассчитанные силы и крутящие моменты из исследования Motion Analysis непосредственно в исследование SolidWorks Simulation, которое позволяет выполнять статический или динамический анализ напряжения на отдельных компонентах под фактическими рабочими нагрузками, определяемыми исследованием движения.

Теперь вы можете применить результаты загрузки движения в структурном инженере для проверки результатов нагрузок движения на структурную целостность, так как вы можете экспортировать результаты нагрузок движения от 3D Motion Creator в решение структурного инженера, если у вас есть эта роль. Этот рабочий процесс создает мощную связь между кинематическим анализом и структурной валидацией.

Чтобы ввести это в симуляцию, нажмите кнопку «Настройка симуляций», и симуляция предложит вам назначить материал, в этом случае выбрав Plain Carbon Steel, и после применения материала активируется значок «Результаты симуляций расчета» и нажав на него, повторно воспроизводит исследование движения для сбора нагрузок.

Обнаружение столкновений Улучшения

Последние обновления включают функции обнаружения столкновений, которые идентифицируют столкновения раньше при проведении кинематических исследований в проигрывателе кинематики или диспетчере движений, с возможностью выбора настройки под названием «Стоп-симуляция на столкновении на основе ...», которая автоматически покажет столкновения, которые были обнаружены на основе выбранных вами зондов помех, остановив моделирование при обнаружении столкновений и выделив столкновения на вашей модели.

Эта возможность ускоряет процесс итерации дизайна, немедленно предупреждая вас о проблемах с помехами, а не требуя ручного контроля всей последовательности движения.

API и автоматизация

Для еще более глубокой настройки и автоматизации API SolidWorks распространяется на Motion Study, поскольку разработчики могут писать пользовательские программы (с использованием VBA, C# или VB.NET) для автоматизации настройки исследования движения, выполнения анализа, извлечения конкретных результатов и интеграции данных движения с другими приложениями.

Доступ к API позволяет пакетную обработку нескольких вариантов дизайна, автоматизированных циклов оптимизации или интеграцию с пользовательскими инструментами анализа. Это особенно ценно для компаний, выполняющих повторяющийся анализ движения или разрабатывающих специализированные рабочие процессы моделирования.

Лучшие практики для анализа движения

Успешный анализ движения требует не только понимания программных средств. Следование установленным передовым методам обеспечивает точные результаты и эффективные рабочие процессы.

Стратегии согласования сборок

Для анализа движения существуют целые методы спаривания, которые обычно считаются лучшей практикой, такой как спаривание между опорными точками, системами координат или другой абстрактной эталонной геометрией, которые обычно неприемлемы для точного извлечения силы в исследованиях движения, поскольку наиболее проверенный и верный способ спаривания сборки для движения заключается в подавлении любых штифтов, осей или крепежных элементов и просто следовать по пути нагрузки и спаривать лица каждого компонента вместе, где будет идти связанный крепеж или соединитель.

Это может означать создание новых конфигураций вашей сборки или, в некоторых случаях, создание второй сборки с нуля с учетом схемы спаривания Motion Analysis, хотя это требует дополнительных усилий, улучшенная точность и стабильность решателя оправдывают инвестиции для критического анализа.

Управление степенями свободы

Когда происходят увольнения, решатель движения SOLIDWORKS автоматически пытается устранить избыточные ограничения, но со сложными механизмами этот автоматический процесс иногда не работает хорошо, и мы в конечном итоге получаем неожиданное поведение, поскольку могут быть удалены важные ограничения, которые могут привести к разделению тел, блокировке решателя или неправильным силам реакции, поэтому для предотвращения увольнений мы должны создавать партнеров систематическим методом по частям с DOF в виду с самого начала.

Понимание степеней свободы имеет основополагающее значение для создания исследований устойчивого движения. Каждый неограниченный компонент имеет шесть степеней свободы: три трансляционных и три вращательных. Мате удаляют конкретные степени свободы, а цель состоит в том, чтобы удалить точно нужное число, чтобы представлять физическую систему без чрезмерного ограничения.

Стратегии контактной симуляции

Если вы планируете решать сложные проблемы контакта в Motion Analysis, настоятельно рекомендуется играть с множеством блоков или сфер и проводить собственные эксперименты с ползунами точности и настройками решателя, чтобы ознакомиться и найти компромисс между временем решения и точностью.

Контактное моделирование является одним из наиболее сложных аспектов анализа движения. Начните с упрощенных моделей, чтобы понять поведение решателя перед решением сложных производственных сборок. Постепенно увеличивайте разрешение контакта и настройки точности при мониторинге времени вычислений.

Статически неопределенные системы

Если вы знакомы с проблемами линейной статики, вы можете вспомнить случай «статически неопределенной» проблемы, такой как дверь, висеющая из двух петель, подверженная только собственному весу от гравитации, где мы интуитивно знаем, что каждый шарнир должен нести около половины веса, но этот тип определения опирается на упругую деформацию где-то в системе, и в совершенно жестком предположении (например, поведение по умолчанию в движении SOLIDWORKS) он неопределенный, и вы можете найти весь вес, переносимый верхним шарниром или дном, казалось бы, без рифмы или причины, но применение втулок с жесткостью, даже очень высокой жесткостью, позволит произойти некоторой деформации, которая должна быть достаточной для самоуравновешивания системы.

Это понимание имеет решающее значение для механизмов, где распределение нагрузки имеет значение. Добавление совместимых элементов, таких как втулки или гибкие разъемы, может решить неопределенность и обеспечить более реалистичное распределение силы.

Практические применения анализа движения

Анализ движения находит применение практически в каждой отрасли, которая разрабатывает механические системы. Понимание общих вариантов использования помогает определить возможности применения этих инструментов в вашей собственной работе.

Проектирование и проверка механизмов

Анализ движения обеспечивает «жесткую динамику тела» или «жесткую кинематику тела», определяя один из ключевых аспектов движения SOLIDWORKS: что все тела, участвующие в моделировании, рассматриваются как недеформируемые, и это предположение о жестком теле, как правило, подходит для широкого спектра физических и инженерных проблем, с общими приложениями, начиная от прогнозирования сил и диапазона движения для механизмов и связей, до размеров двигателей, пружин и амортизаторов для динамических систем или прогнозирования физики, которые требуют сложных 3D-контактных взаимодействий, таких как объекты, движущиеся через прыгуны или вдоль конвейеров.

Механизмы связи, камеры, зубчатые поезда и роботизированные руки - все это выигрывает от анализа движения. Вы можете проверить, что механизмы достигают желаемых профилей движения, определить проблемы связывания или помех и оптимизировать геометрию для плавной работы.

Размер двигателя и привода

В число применений входят расчет точных нагрузок для калибровки компонентов, оптимизация профилей кулачков, проектирование зубчатых составов, анализ вибрации, прогнозирование износа и обеспечение долговечности механизма. Анализ движения вычисляет крутящий момент и требования к мощности для двигателей в течение всего цикла движения, что позволяет правильно выбирать двигатель.

Путем моделирования реалистичных условий эксплуатации, включая ускорение, замедление и внешние нагрузки, можно определить требования к пиковому крутящему моменту и непрерывные потребности в мощности. Это предотвращает чрезмерный размер (расход средств и пространства) или недостаточный размер (вызывающий отказы производительности) двигателей и исполнительных механизмов.

Вибрация и динамический ответ

Хотя анализ движения предполагает существование жестких тел, он все еще может дать представление о динамических реакциях и тенденциях вибрации. На графиках ускорения обнаруживаются внезапные изменения, которые могут возбуждать вибрации. На графиках силы показана циклическая нагрузка, которая может вызвать усталость или проблемы с резонансом.

Для систем, где гибкость имеет важное значение, нагрузки движения могут быть перенесены в структурное моделирование для модального анализа или переходного динамического анализа, создавая всестороннее понимание как движения жесткого тела, так и эластичного отклика.

Конвейер и системы обработки материалов

Оборудование для обработки материалов включает в себя сложные взаимодействия между движущимися частями и транспортируемыми объектами. Анализ движения может имитировать части, движущиеся по конвейерам, через желоба или между механизмами передачи. Контактное моделирование фиксирует реалистичные взаимодействия, включая трение, подпрыгивание и помехи.

Эти модели помогают оптимизировать скорости конвейера, время передачи и геометрию, чтобы обеспечить надежный поток материала без повреждений или разливов.

Автомобили и аэрокосмические приложения

Подвесные системы, механизмы рулевого управления, шасси и поверхности управления требуют анализа движения во время разработки. Эти критически важные для безопасности системы должны надежно работать в различных условиях, что делает виртуальное тестирование необходимым.

Анализ движения проверяет кинематическое поведение, вычисляет нагрузки для конструкционного проектирования и проверяет клиренсы по всему диапазону движения, что снижает потребность в дорогих физических прототипах и ускоряет циклы разработки.

Оптимизация эффективности исследования движения

Сложные исследования движения могут потребовать значительного времени вычислений. Понимание методов оптимизации производительности помогает вам эффективно получать результаты.

Методы упрощения моделей

Удалить или подавить компоненты, не влияющие на поведение движения. Косметические особенности, небольшие крепежи и декоративные элементы редко влияют на динамику механизма, но добавляют вычислительные накладные расходы. Создают упрощенные конфигурации специально для анализа движения.

Заменить сложную геометрию деталей упрощенными представлениями, где это уместно, детальный корпус двигателя можно заменить простым блоком, если для анализа важны только его масса и точки крепления.

Стратегическое контактное определение

Контакты являются дорогостоящими в вычислительном отношении. Определять контакты только там, где компоненты фактически взаимодействуют во время движения. Используйте контактные группы, чтобы ограничить, какие компоненты проверяются на помехи, а не для обеспечения глобального обнаружения контактов.

Начните с более низких настроек разрешения контакта и увеличивайте только в том случае, если результаты показывают проникновение или нереалистичное поведение.Иногда приблизительного контакта достаточно для принятия проектных решений, экономя значительное время вычислений.

Оптимизация настроек Solver

Решитель движения предлагает различные настройки, которые уравновешивают точность и скорость. Для предварительных исследований используйте по умолчанию или расслабленные допуски для получения быстрых результатов. Для окончательной проверки, ужесточения допусков и повышения настроек точности.

Настройка типа интегратора на основе ваших проблемных характеристик. Жесткие системы с быстрыми изменениями могут извлечь выгоду из разных интеграторов, чем плавные, непрерывные движения. Экспериментируйте с настройками на упрощенных моделях, чтобы понять их эффекты.

Интеграция исследования движения в рабочий процесс проектирования

Максимальное значение от анализа движения происходит от интеграции его в течение всего процесса проектирования, а не от обработки его в качестве заключительного этапа проверки.

Ранняя проверка концепции

Используйте простую анимацию или базовые исследования движения на ранних этапах проектирования, чтобы убедиться, что концепции осуществимы. Даже без детальной геометрии вы можете создавать упрощенные модели для проверки кинематических принципов и выявления фундаментальных проблем.

Эта ранняя проверка не позволяет тратить время на детальный дизайн концепций, которые не будут работать, экономя значительные усилия по разработке.

Итеративный дизайн уточнение

После того, как первоначальное исследование настроено, легко выполнить дальнейшую итерацию или оптимизацию, используя возможности SOLIDWORKS Design Study, которые хорошо работают с SOLIDWORKS Motion.

Вы можете автоматически запускать несколько анализов движения с различными конфигурациями, сравнивая результаты для определения оптимальных конструкций. Этот систематический подход намного эффективнее ручного пробного и ошибочного.

Документация и связь

Анимации для исследования движения предоставляют мощные коммуникационные инструменты для обзоров дизайна, презентаций клиентов и планирования производства. Анимации четко демонстрируют, как работают механизмы, что делает сложное движение легким для понимания нетехническими заинтересованными сторонами.

Результатом являются графики и экспорт данных, проектные решения и обеспечение прослеживаемости для инженерных расчетов. Эта документация поддерживает обзоры проектов, соответствие нормативным требованиям и будущие модификации продуктов.

Общие вызовы и устранение неполадок

Даже опытные пользователи сталкиваются с проблемами при анализе движения. Понимание общих проблем и решений ускоряет устранение неполадок.

Проблемы конвергенции Solver

Если решатель не сходится или не производит сообщения об ошибках, сначала проверьте наличие избыточных партнеров или чрезмерно ограниченных компонентов. Просмотрите структуру сборки и устраните любые противоречивые ограничения. Убедитесь, что все движущиеся компоненты имеют соответствующие степени свободы.

Уменьшите сложность контакта, временно отключив контакты для изоляции проблемы. Если исследование проходит без контактов, постепенно повторно дайте им возможность определить, какой контакт вызывает проблемы.

Нереалистичные результаты

Если движение кажется нереалистичным или компоненты ведут себя неожиданно, проверьте, правильно ли назначены свойства материала. Отсутствующие или неправильные значения плотности вызывают нереалистичные инерционные эффекты. Проверьте, что двигатели и силы применяются к предполагаемым компонентам с правильными величинами и направлениями.

Проверка параметров контакта, включая коэффициенты трения и значения реституции. Неправильные свойства контакта могут привести к тому, что компоненты будут слишком сильно скользить или отскакивать нереалистично.

Проблемы с производительностью

Если моделирование выполняется слишком медленно, систематически упрощайте модель. Удалите ненужные компоненты, уменьшите сложность контакта и понизьте частоту кадров для предварительных исследований. Следите за тем, какие аспекты моделирования потребляют больше всего времени и сосредоточьте усилия по оптимизации.

Рассмотрим разбиение сложных сборок на подсборки, которые можно анализировать отдельно.Иногда анализ подсистем по отдельности эффективнее, чем имитация всей сборки.

Учебные ресурсы и дальнейшее развитие

Освоение анализа движения - это непрерывный процесс. Использование имеющихся учебных ресурсов ускоряет развитие навыков.

Встроенные учебники и примеры

Для каждого примера вы можете использовать модели сборки, найденные в учебных пособиях по программному обеспечению, и вы можете получить доступ к этим моделям самостоятельно через Resources >Tutorials. Эти учебные пособия обеспечивают практический опыт с различными типами и методами исследования движения.

Работа с официальными учебными пособиями позволяет получить фундаментальные навыки и продемонстрировать передовой опыт. Примерные файлы специально разработаны для иллюстрации ключевых концепций без сложности реальных производственных сборок.

Онлайн-сообщества и форумы

Сообщество пользователей SolidWorks активно и полезно. Онлайн-форумы, группы пользователей и сообщества социальных сетей предоставляют возможности задавать вопросы, делиться опытом и учиться на проблемах и решениях других пользователей.

Многие опытные пользователи делятся советами, трюками и примерами файлов, которые демонстрируют передовые методы.Участие в этих сообществах ускоряет обучение и держит вас в курсе новых возможностей и лучших практик.

Профессиональное обучение и сертификация

Формальные учебные курсы обеспечивают структурированные пути обучения от базового до продвинутого анализа движения. Реселлеры SolidWorks и партнеры по обучению предлагают курсы, адаптированные к различным уровням навыков и областям применения.

Сертификационные программы подтверждают ваши навыки и демонстрируют владение работодателями и клиентами. Сертификат Certified SolidWorks Expert (CSWE) включает в себя компоненты анализа движения и представляет собой самый высокий уровень владения SolidWorks.

Техническая документация

Система помощи SolidWorks и онлайн-документация предоставляют исчерпывающий справочный материал для всех функций исследования движения. Эти ресурсы подробно объясняют параметры, настройки и возможности.

Заметки о выпуске новых версий SolidWorks подчеркивают новые возможности анализа движения и улучшения.Оставаясь в курсе этих обновлений, вы получаете возможность воспользоваться последними функциями и улучшениями производительности.

Основные преимущества анализа движения

Понимание ценностного предложения анализа движения помогает оправдать инвестиции в обучение и применение этих инструментов.

Уменьшение физического прототипирования

Виртуальный анализ движения выявляет проблемы проектирования перед созданием физических прототипов. Это уменьшает количество требуемых итераций прототипов, экономя материальные затраты, время обработки и график разработки. Обнаруженные проблемы практически гораздо дешевле исправить, чем те, которые обнаружены при физическом тестировании.

Улучшение качества дизайна

Анализ движения позволяет исследовать альтернативы дизайна, которые могут быть невозможны для прототипа физически. Вы можете быстро оценить несколько концепций, сравнить производительность и выбрать лучшее решение. Это приводит к более оптимизированным проектам, которые лучше соответствуют требованиям производительности.

Усиление понимания

Визуализация движения и количественных сил обеспечивает глубокое понимание поведения механизма. Это понимание помогает инженерам принимать более эффективные дизайнерские решения, более эффективно устранять проблемы и четко сообщать о намерениях дизайна коллегам и клиентам.

Быстрее время выхода на рынок

Выявляя и решая проблемы на более ранних этапах проектирования, анализ движения ускоряет циклы разработки. Виртуальная валидация быстрее, чем физическое тестирование, а проблемы, обнаруженные на ранних этапах, не задерживают более поздних стадий разработки. Это конкурентное преимущество может иметь решающее значение на быстро движущихся рынках.

Заключение

SolidWorks Motion Study представляет собой мощную возможность, которая превращает статические модели САПР в динамические симуляции, обеспечивая критическое понимание поведения механизма, производительности и надежности. От простых анимаций для презентаций до сложных инженерных анализов для критических дизайнерских решений инструменты исследования движения предлагают возможности, подходящие для каждого этапа разработки продукта.

Успех с анализом движения требует понимания различных типов исследования и выбора соответствующего уровня сложности для каждого приложения. Правильная подготовка сборки, тщательное применение двигателей и сил и продуманное определение контакта создают основу для точных результатов. Следование лучшим практикам для стратегий спаривания, степеней управления свободой и настроек решателя обеспечивает стабильное моделирование и надежные данные.

Интеграция между анализом движения и структурным моделированием создает всеобъемлющую виртуальную среду тестирования, в которой кинематическое поведение и структурная целостность могут быть подтверждены. Этот подход к анализу обеспечивает уверенность в том, что проекты будут работать так, как задумано в реальных условиях эксплуатации.

Поскольку механические системы становятся все более сложными, а циклы разработки продолжают сжиматься, анализ виртуального движения становится не только полезным, но и важным.Способность прогнозировать поведение механизма, оптимизировать производительность и проверять конструкции перед тем, как приступить к физическим прототипам, обеспечивает конкурентные преимущества в стоимости, качестве и времени выхода на рынок.

Инвестирование времени в изучение методов анализа движения приносит дивиденды на протяжении всей вашей инженерной карьеры. Навыки применяются в различных отраслях и приложениях, от потребительских товаров до промышленного оборудования и аэрокосмических систем. Независимо от того, разрабатываете ли вы простую связь или сложную роботизированную систему, инструменты анализа движения помогают вам создавать лучшие продукты более эффективно.

Для инженеров и дизайнеров, приверженных совершенству в области механического дизайна, освоение SolidWorks Motion Study является важным шагом на пути к созданию инновационных, надежных и оптимизированных механических систем.Сочетание интуитивно понятного интерфейса, мощных возможностей моделирования и бесшовной интеграции с более широкой средой SolidWorks делает его незаменимым инструментом для современной разработки продукта.

Чтобы узнать больше о моделировании движения и дизайне механизма, посетите официальную страницу движения SolidWorks или изучите ресурсы на GoEngineer , ведущего партнера по решению SolidWorks, предлагающего обучение и поддержку.

Оригинальное название: Key Takeaways