Risultati accurati grazie ai vincoli primitivi in Motion

I vincoli o accoppiamenti primitivi meritano un doveroso approfondimento, in quanto nel contesto di SolidWorks MOTION spesso fanno la differenza.

Vengono definiti primitivi in quanto al massimo possono bloccare 3 gradi di libertà (Gdl). Questo sta a significare che un uso sapiente di questi accoppiamenti consente di vincolare correttamente il nostro meccanismo senza introdurre vincoli sovrabbondanti, che inevitabilmente portano ad avere ridondanze di accoppiamento. L’unica tipologia di accoppiamento che non si riesce a replicare con i vincoli primitivi è quello vite.

I vincoli primitivi si definiscono mediante tre tipologie di accoppiamento: coincidente, parallelo e perpendicolare. Inoltre, quando si ricorre a questa tipologia di vincoli, spesso viene utilizzata la geometria di riferimento SolidWorks.

Di seguito, in forma tabellare, i vincoli primitivi più utilizzati e riconosciuti in MOTION.

Per dimostrati l'efficacia dei vincoli primitivi in MOTION, ti propongo un esercizio in cui ti guido passo-passo alla soluzione.

N.B. se vuoi ricevere il modello CAD, richiedilo nei commenti!

Collegamento con perno

Il caso studio riguarda il collegamento di una leva su una coppia di staffe a T, mediante un perno o un bullone. Inoltre, la leva non è centrata rispetto alle staffe.

Questa situazione è abbastanza frequente nella progettazione di macchine in cui la leva è libera di ruotare e trasmette delle forze alle estremità delle staffe a cui è collegata.

In questo esercizio l’obiettivo consiste nell’estrarre le componenti di forza di reazione dalle due estremità fisse, per poi esportare questi valori verso Simulation. In virtù di quest’ultimo aspetto, considerando che il trasferimento delle forze è automatico, bisogna accertarsi che esistano due valori distinti e che siano realistici.

Si tenterà di raggiungere l’obiettivo mediante l’impiego di vincoli primitivi.

1) Apri il file d’assieme Giunzione con perno.sldasm

Il modello è costituito da tre parti, dove le Staffe sono fisse, collegate tra loro con un doppio accoppiamento di concentrico. Sarebbe bastato un solo concentrico a livello di posizionamento CAD ma, dovendo ottenere le forze di reazione su ciascuna staffa, sono necessari entrambi. Inoltre, l’accoppiamento di distanza garantisce la posizione della leva a 50 mm dal lato sinistro.

Gradi di libertà e forze di reazione

In questo caso si vuole tener conto del solo contributo di inerzia, motivo per cui non verranno applicate forze esterne.

2) Seleziona Inserisci > Nuovo studio del movimento.

3) Come tipologia di studio seleziona Analisi del movimento. Occorre subito verificare se ci sono ridondanze e come verranno trattate da MOTION.

4) Applica la Gravità nella direzione +Y.

Fatto ciò, viene lanciato il calcolo della soluzione, cosi da poter estrarre i gradi di libertà rilevati da MOTION.

5) Esegui il calcolo.

Si nota che l’assieme resta integro e la leva cade verso il basso sotto l’azione della gravità.

6) Estrai e prendi visione dei Gradi di libertà, (clic destro sulla voce Accoppia presente nell'albero di MOTION).

Il modello presenta ben 5 ridondanze e MOTION ne rimuove 6 al fine di lasciare libera la rotazione della leva attorno all’asse X. Considerando che non viene rimossa alcuna traslazione rispetto alle direzioni radiali all’asse di rotazione (Y e Z), il modello dovrebbe essere idoneo nel restituire in maniera distinta le componenti di forza di reazione su ciascun lato.

Motivo per cui viene creato il grafico della forza di reazione in modulo rispetto l’accoppiamento Concentrico1.

7) Crea il grafico della forza di reazione in modulo rispetto l’accoppiamento Concentrico1, facendo clic destro su quest'ultimo.

Quando compare l’avviso della presenza di vincoli ridondanti, seleziona NO.

8) Crea il grafico della forza di reazione in modulo rispetto l’accoppiamento Concentrico2, facendo clic destro su quest’ultimo.

Ancora una volta, quando compare l’avviso della presenza di vincoli ridondanti, seleziona NO.

9) Confronta i risultati ottenuti.

Appare evidente come l’azione della leva non venga scaricata su entrambe le staffe a cui è collegata, nonostante dalla lettura dei vincoli rimossi in MOTION questo caso-studio non avrebbe dovuto presentare alcun problema.

Questo è un caso particolare, la cui soluzione richiede l’uso dei vincoli primitivi.

Assegnazione dei vincoli primitivi

In questo caso studio è possibile azzerare le ridondanze mediante l’applicazione di vincoli primitivi. Anzitutto verranno sospesi gli accoppiamenti nel MotionManager, eliminati i risultati, creata la geometria di riferimento sulle parti e in ultimo definiti i vincoli.

10) Copia lo studio facendo clic destro sulla scheda, così da poter confrontare i risultati al bisogno.

11) Sospendi gli accoppiamenti Concentrico1 e Concentrico2 ed elimina i risultati presenti.

12) Apri la parte Staffa a T.sldprt

13) Crea un punto come geometria di riferimento, selezionando la faccia cilindrica e opzione al centro della faccia.

14) Salva e chiudi la parte.

15) Apri la parte Leva.sldprt

16) Crea un asse come geometria di riferimento, selezionando la faccia cilindrica e opzione faccia cilindrica.

17) Salva e chiudi la parte.

18) Torna nel nuovo studio di movimento e applica un vincolo primitivo di tipo Coincidente punto-asse (–2 Gdl), tra la staffa di sinistra e la leva.

Dopo aver applicato il vincolo, la leva sarà libera di ruotare nelle tre direzioni rispetto al punto.

19) Applica un ulteriore vincolo primitivo di tipo Coincidente punto-asse (–2 Gdl), tra la staffa di destra e la leva.

Con l’aggiunta di questo vincolo alla leva è permessa la sola rotazione rispetto all’asse X.

20) Riesegui l’analisi del movimento, cosi da prendere visione dei gradi di libertà rilevati da MOTION con i vincoli primitivi.

Restano due sole ridondanze dovute alla presenza dell’accoppiamento di distanza, che volendo possono essere rimosse con un vincolo di distanza tra due punti.

21) Definisci un nuovo accoppiamento di Distanza tra l’origine della leva e il punto presente nella staffa di destra, lasciando il valore fornito di default.

Anche se compare una sovradefinizione degli accoppiamenti, questo non è un problema in quanto il passaggio successivo sarà sospendere il primo accoppiamento di distanza. Il fatto di non averlo sospeso prima ci consente di definire automaticamente la quota di distanza.

22) Sospendi l’accoppiamento Distanza1.

23) Riesegui l’analisi del movimento.

Tornando nello studio del movimento potrebbe essere necessario un Ricostruisci (CTRL+Q) per eliminare eventuali avvisi di problematiche.

Con questo nuovo accoppiamento abbiamo azzerato le ridondanze. Inoltre, come si evince dalla descrizione, sono accoppiamenti “locali”, ovvero presenti nel solo contesto del MotionManager. Infatti, tornando nella scheda modello dell’assieme, essi non sono presenti.

24) Crea il grafico della forza di reazione in modulo rispetto l’accoppiamento Coincidente3 e Coincidente4.

Grazie all’uso degli accoppiamenti primitivi, otteniamo i corretti valori delle forze di reazione in modulo per ciascun vincolo; pertanto a questo punto è possibile esportarli verso Simulation in quanto abbiamo verificato la bontà dei dati che esportiamo.

Giustamente i valori di forza non sono simmetrici, in quanto, se ricordi, la componente Leva non è centrata rispetto alle staffe.

Mi fermo qui, ma se vuoi approfondire le metodiche e gli strumenti che abbiamo a disposizione per gestire le ridondanze, ti consiglio di valutare l'acquisto del mio libro su SolidWorks Motion ⬇️

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