افزونه تحلیل حرکت (موشن استادی)، بالاترین سطح تحلیل حرکت مکانیزم در سالیدورک می باشد. این افزونه که تنها در SOLIDWORKS Premium موجود بوده و بخشی از سیمولیشن (شبیه ساز) سالیدورک می باشد به شما اجازه میدهد تا با افزودن مواردی چون گرانش، تماس بین قطعات، تعریف بار، ایجاد دمپرها و فنرها و همچنین تعریف موتورها به یک مکانیزم، اثرات حرکت را تجزیه و تحلیل کنید.
در این مقاله با تحلیل یک مکانیزم ساده (مکانیزم جک خودرو) به بررسی عملکرد این افزونه در سالیدورک می پردازیم.
فهرست مطالب
تحلیل حرکت مکانیزم در سالیدورک
هدف این مقاله ارائه یک دید کلی از افزونه تحلیل حرکت مکانیزم مبتنی بر زمان، یا همان موشن استادی در سالیدورک است. افزونه Motion که بخشی از سیمولیشن در سالیدورک می باشد میتواند مکانیزمهای متحرک را شبیهسازی کرده و خروجیهایی را به شما ارائه دهد. برخی از این خروجی ها عبارتند از:
- جابجایی قطعات متحرک مکانیزم
- نیروهای عکس العمل بین لینکهای مکانیزم
- شتاب قطعات
- گشتاور ورودی
قبل از شروع، چند فرض مهم وجود دارد که باید به یاد داشته باشید. اول اینکه تمامی قطعات مکانیزم شما می بایستی صلب باشند. دوم اینکه برای اینکه نتایج دقیق باشند، باید چگالی صحیح را به تمام قطعات اسمبلی اختصاص دهید و یا بعبارت دیگر وزن قطعات می بایستی با توجه به متریال مورد استفاده درست باشد. سوم اینکه قیدهای تعریف شده در اسمبلی می بایستی بدرستی انتخاب شوند تا درجه آزادی اسمبلی با درجه آزادی واقعی مکانیزم مطابقت داشته باشد.
هدف پروژه
هدف این تمرین این است که یک موتور را با سرعت ثابت قرار به ورودی اسمبلی جک خودرو اختصاص داده و با افزودن بار به خروجی جک از میزان گشتاور موتور در زوایای مختلف و همچنین میزان جابجایی با هر بار چرخش کامل ورودی، نمودار تهیه کنیم. شرایط مطالعه به شرح زیر است:
- موتور دور ثابت 100 دور بر دقیقه
- بار اعمال شده 10000 نیوتون
- مدت زمان 10 ثانیه
- اصطکاک نادیده گرفته شده است
افزودن موشن استادی به سالیدورک
ابتدا در محیط اسمبلی مجموعه مونتاژی جک خودرو را باز کنید. برای دانلود فایلهای مرتبط با این تمرین روی این لینک کلیک کنید.
برای شروع، ابتدا باید افزونه تحلیل حرکت مکانیزم را در SOLIDWORKS فعال کنید. برای اینکار به قسمت Add-ins رفته و از لیست SOLIDWORKS Motion را انتخاب کنید.
در پایین ناحیه گرافیکی زبانه Motion Study 1 بصورت پیشفرض وجود دارد. شما می توانید از آن استفاده کرده و یا با کلیک راست و انتخاب Create New Motion Study یک مورد جدید ایجاد کنید. روی Motion Study 1 کلیک کنید.
در نیمه پایین صفحه بخشی ظاهر میشود که مربوط به افزونه تحلیل حرکت مکانیزم (Motion Study) می باشد.
از لیست سمت چپ Motion Study را انتخاب کنید.
با نگاهی به نوار ابزار در بالا، ابزارهای مختلف برای حرکت اسمبلی را مشاهده میکنید. اینها شرایط دنیای واقعی را شبیه سازی می کنند و ابزارهایی مانند موتور، فنر، دمپر، گرانش در میان آنها وجود دارد.
ایجاد موتور (ورودی مکانیزم)
مکانیزم جک خودرو بگونه ای است گه حرکت دورانی که در ورودی ایجاد میشود را به یک حرکت خطی در خروجی تبدیل میکند. در این تمرین میخواهیم ببینیم میزان گشتاور ورودی مورد نیاز با توجه به بار تعریف شده چقدر می باشد. برای ورودی با توجه به حرکت دورانی آن می توانیم یک موتور را تعریف کنیم. روی ابزار Motor کلیک کنید.
در پنجره PropertyManager مشخصات موتور را مشاهده میکنید. نوع موتور را چرخشی (rotary) انتخاب کرده و سپس باید محور ورودی را انتخاب کنید. برای اینکار روی سطح استوانه ای ورودی مکانیزم مطابق شکل کلیک کنید. یک فلش ظاهر می شود که جهت چرخش را نشان میدهد.
در قسمت دوم PropertyManager موتور میتوانید مشخصات آنرا تعریف کنید. راه های مختلفی برای تعریف حرکت وجود دارد، مانند سرعت ثابت، مسافت یا نوسان. در این مثال از سرعت ثابت استفاده کنید و سرعت چرخش را 100 RPM قرار دهید.
روی ok کلیک کنید تا موتور اختصاص داده شده مانند شکل زیر به درخت طراحی Motion اضافه شود.
تعیین زمان انیمیشن
قبل از ادامه این تحلیل ابتدا یکبار این تحلیل را اجرا کنید تا از صحت عملکرد ورودی اختصاص داده شده به مکانیزم اطمینان حاصل کنید. ابتدا باید زمان انیمیشن را تعیین کرد. در نوار زمان (Time Line)، روی علامت لوزی شکل که برنگ مشکی می باشد کلیک کرده و آنرا تا زمان 10 ثانیه درگ کنید.
این علامت زمان کلی انیمیشن را تعیین میکند.
حال روی آیکون Calculate کلیک کنید.
سالیدورک با توجه به ورودی تعریف شده، حرکت مکانیزم را محاسبه کرده و همچنین انیمیشن حرکت آنرا نشان می دهد. حال که حرکت مکانیزم مطابق انتظار است در مرحله بعد بار را به خروجی آن اضافه می کنیم.
افزودن بار
در قسمت فوقانی جک خودرو می بایستی بار وارد شده را اضافه کنید. برای اینکار روی ابزار Force در نوار ابزار کلیک کنید.
در PropertyManager از قسمت اول Force را انتخاب کرده و در قسمت Direction روی لبه مطابق شکل کلیک کنید. جهت اعمال نیرو باید به سمت پایین باشد در غیر اینصورت توسط ابزار تغییر جهت که با یک فلش دو طرفه در PropertyManager قرار دارد جهت اعمال نیرو را تصحیح کنید.
در قسمت Force Function گزینه Constant را برای تعریف نیروی ثابت انتخاب کرده و مقدار نیروی وارده را 10000 نیوتن وارد کنید.
با کلیک روی ok همانطور که مشاهده میکنید Force به درخت طراحی بخش موشن افزوده میشود.
اجرا و تحلیل حرکت مکانیزم
حال که ورودی و خروجی مکانیزم تعریف شده است نوبت به تحلیل حرکت میرسد. برای اجرای یک تحلیل حرکت همواره بعد از ایجاد تغییرات می بایستی از دکمه Calculate استفاده کنید تا محاسبات حرکت توسط سالیدورک صورت پذیرد.
مطمئن شوید زمان تایم لاین روی زمان صفر قرار گرفته و سپس روی دکمه Calculate کلیک کنید. همانطور که می بینید حرکت مکانیزم بصورت انیمیشن به نمایش در آمده و در ضمن محاسبات حرکت نیز انجام میپذیرد.
افزایش دقت تحلیل
در پردازش حرکت یک مکانیزم، سالیدورک بر اساس یک عدد تعیین شده در هر ثانیه موقعیت لینکها را پردازش میکند. بصورت پیش فرض این عدد 25 بار در ثانیه می باشد. برای این مکانیزم می توانید این عدد را افزایش دهید تا حرکت آن در بازه های کوتاه تر تحلیل شده و دقت محاسبات بالاتر رود. برای اینکار ابزار Motion Study Properties را از نوار ابزار اجرا کنید.
در PropertyManager و در قسمت Frame Per Second عدد 100 را وارد کنید.
سپس با استفاه از دکمه Calculate یکبار دیگر حرکت را آنالیز کنید. همانطور که میبینید اینبار سرعت پردازش پایین آمده ولی دقت حرکت مکانیزم افزایش می یابد.
نمودار گشتاور بر حسب زمان
همانطور که قبلا نیز گفته شد یکی از دلایلی که شما از تحلیلگر حرکت در سالیدورکس استفاده میکنید به دست آوردن نمودارهای خروجی یک مکانیزم میباشد. شما میتوانید مواردی مانند گشتاور، جابجایی و یا نیروهای بین قطعات را توسط این نرمافزار به دست آورید.
در اینجا میخواهیم مقدار گشتاور ورودی بر حسب زمان را در این تحلیل حرکت به دست آوریم برای این کار روی آیکون Results and Plots کلیک کنید.
در PropertyManager و در قسمت Results به ترتیب مواردی را که در شکل زیر مشاهده میکنید انتخاب کرده و سپس از درخت طراحی موشن RotaryMotor را انتخاب کنید و روی ok کلیک کنید.
با کلیک روی ok نمودار گشتاور موتور بر حسب زمان بدست می آید.
نمودار جابجایی بر حسب دوران موتور
نمودارهای موشن می تواند بر اساس پارامتری غیر از زمان نیز ایجاد شوند. بعنوان مثال در این تمرین میخواهیم میزان جابجایی کفه نگهدارنده نسبت به هر بار چرخش ورودی در زمانهای مختلف را مشاهده کنیم.
یکبار دیگر روی Results and Plots کلیک کنید. از PropertyManager در قسمت Results موارد مطابق شکل زیر را انتخاب کرده و روی قطعه کفه جک کلیک کنید.
حال در قسمت Plot Results گزینه New Result را انتخاب کرده و از لیست پارامترهای مطابق شکل زیر را انتخاب کنید. سپس از درخت طراحی RotaryMotor را انتخاب کنید.
با کلیک روی ok نمودار جابجایی کفه نسبت به زاویه ورودی را مشاهده می کنید.
همچنین می توانید از نمودار خروجی اکسل بگیرید. برای اینکار روی نمودار راست کلیک کرده و از منو گزینه Export CSV را انتخاب کنید.
جمع بندی
از افزونه تحلیل گر موشن (Motion Analysis) می توانید برای شبیهسازی و تحلیل دقیق حرکت یک مکانیزم استفاده کنید. در شبیه سازی حرکت میتوانید اجزایی چون موتور، دمپر، فنر و بار را به مکانیزمی که در محیط اسمبلی ساخته اید اضافه کرده و خروجی های متنوعی دریافت کنید. شبیه سازی حرکت در سالیدورک اطلاعات کمی و کاملی در مورد سینماتیک از جمله موقعیت، سرعت، و شتاب و همچنین دینامیک از جمله نیروی عکس العمل بین قطعات، نیروهای اینرسی و توان مورد نیاز به شما ارائه میدهد.