Cálculo de torques en SOLIDWORKS Simulation

Cálculo de torques en SOLIDWORKS Simulation

 

¿Cuántas veces no hemos escuchado la palabra torque? Es una palabra que hemos escuchado y usado en nuestro día a día. Cuando nos piden definir qué es el torque, siempre hacemos referencia a su conocida fórmula T=fd (Torque = fuerza por distancia). Y sabemos que su efecto es producir un giro sobre el cuerpo que lo recibe.

Las herramientas de Simulación permiten predecir cómo se comportarán nuestros modelos ante ciertas cargas (un torque por ejemplo) y responder muchas preguntas: ¿Cuánto se ha desplazado mi pieza?, ¿Qué esfuerzos se desarrollan?, ¿Resistirá esas cargas? Pero también podemos obtener un cálculo de las fuerzas de reacción, es decir, conocer el torque.

Nunca está demás un repaso a los conceptos fundamentales, por lo que vamos a trabajar sobre un caso bastante sencillo, pero que nos ayudará a comprender el cálculo de torque en SOLIDWORKS Simulation.

Consideremos la siguiente llave:

 

 

Simularemos el caso en que se tiene una tuerca circular aprisionada y se pretende aflojar mediante la aplicación de una carga de 150N. Para ello, el canal circular lo pondremos como totalmente fijo (simulando una tuerca bien apretada), mientras que del otro lado se aplicará una carga de 150 N como se muestra:

 

 

Los resultados del estudio arrojan los esfuerzos y desplazamiento que se generan en la llave:

 

 

Un vistazo rápido a los esfuerzos revela que no habrá deformaciones permanentes, pero eso no es objeto de este tema… volvamos al cálculo de torques.

La herramienta de “Fuerzas resultantes” permite hacer el cálculo de las fuerzas de reacción, entre ellas, de manera indirecta el torque. El cálculo de las fuerzas de reacción revela lo siguiente:

 

¡En efecto! Se esperaba una fuerza de reacción de misma magnitud, pero en sentido contrario. Más despacio: La fuerza que se aplica es de 150 N en dirección -Z, por lo que la reacción se obtiene de 150 N, pero en dirección de +Z. Hasta aquí todo perfecto, pero ¿Y el torque?

Pues es muy sencillo, lo calculamos con la conocida fórmula T=Fd. La distancia la obtenemos de realizar la medición desde el punto de aplicación, al centro del punto de la sujeción:

Ese es el valor de torque que se ejerce en la llave… sencillo, ¿no crees? Pero y a todo esto… ¿no se supone que lo obtendríamos de la simulación?

Pues bien, para ello tendremos que medir las fuerzas de reacción pero no usando un sistema cartesiano (como lo hicimos anteriormente) sino en un sistema de coordenadas cilíndricas. Observa que en coordenadas cilíndricas hay una convención: la componente X hace referencia al componente radial, la componente Y al circunferencial (giro) y la Z al axial.

 

Como podrás haber imaginado, necesitamos la componente Y, que hace referencia al giro. En el caso de las reacciones y usando un sistema coordenado cilíndrico, la componente Y es la resistencia al giro. Para cambiar al sistema de coordenadas cilíndrico solo es necesario señalar una referencia, en este caso se señaló el eje central. Observa en el recuadro rojo de la esquina inferior que aparece el símbolo de coordenadas cilíndricas.

 

 

Si observas la componente Y, la fuerza de reacción es de -2,609.4 N (el símbolo negativo hace referencia a que las reacciones se presentan en sentido antihorario, lo cual es lógico, ya que la fuerza aplicada intenta hacer rotar la llave en sentido horario (+))

Te preguntaras qué tienen que ver esos -2,609.4 N con los 37,756.5 Nmm calculados anteriormente. En efecto, esa fuerza de reacción es calculada en el eje, por lo que calcularemos la carga a la distancia del hueco, mediante el torque:

 

¡Ahora sí los resultados son similares! La pequeña variación no quiere decir que SOLIDWORKS Simulation sea inexacto, todo lo contrario. Se debe a que en el primer cálculo consideramos la aplicación de la carga como puntual, cuando en realidad es aplicada en un área distribuida. Como observamos hay una congruencia entre los resultados obtenidos mediante cálculo teórico y los de simulación. Siempre deberás tener una referencia de qué resultados se esperan de un análisis de simulación.

¡Has aprendido a calcular torques en SOLIDWOKS Simulation usando sistemas de coordenadas cilíndricas! Ahora podrás hacerlo en piezas y situaciones de cargas más complejas, en donde un cálculo manual no sería nada sencillo.