Solid Works Cosmos Works加约束的便捷方法

2015-05-07曹阳刘广东

机械工程师 2015年5期

曹阳，刘广东

（黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150040）

0 引言

在没有开发设计软件前力学分析都需要实验和计算，现在通过软件就可以在设计过程中把可能出现的问题都找到，并尽量避免，提高效率，降低成本。

力学中有一个准则叫圣维南原理，也就是一个物体受力以后，分析什么影响它的应力分布和约束。如装卡形式可以把试棒夹住，也可以打孔用销钉固定，或者加工螺纹而用螺纹固定。无论怎样的装卡形式只对装卡附近应力分布有影响，对远离它的区域应力没有影响，这就是圣维南原理的意图。

1 基本操作和加便捷条件时注意事项

举例说明，如图1所示这个简单的4个零件构成的装配体（是健身器上的一个踏板，脚作用给踏板一个力使之旋转，由于空转起不到太大的健身作用，于是在轮子上套了皮带，皮带带动阻尼轮起到阻尼作用。

已知脚踏杆上有一个800 N的力水平向前，现计算踏板何处受力比较大，何处变形比较大。

加载和就是脚踏杆上受了800 N的力，选中并加力，这个力是已知的，水平方向的。要加水平方向的力可以加一个参考，参考面x方向800 N，水平向前（图2）。这样加力并不符合实际情况，因为一个脚踏杆，用脚踩上施加力时，实际上根本无法使脚把这个圆柱面完全包住并施加上力，即使是一个轴套也只能一面收到压力另一面分离开不受力。脚只能接触到很小的一个区域，仅在这个区域上垂直于这个面给压力，其他区域全是自由的。所以现在加力的方法是：选择整个圆柱面，加这个方向上的力，那么实际上就相当于把圆柱面上的各个点都加了一个水平方向的力，而且这个力沿着这个面均匀分布。但实际情况不可能如此，通过分析可简化这里可以这样操作。这并不是因为此软件无法按照实际情况进行设计，只需编辑这个零件在圆柱体顶面进入草图状态。画出一个区域后，插入→曲线→分割线，这是为了把这个圆柱面分成两个区域。划分之后选择一个区域加载和，这样就符合工况了（图3）。而之前并没有这样操作是因为步骤繁琐，而且没有必要。

图1 踏板

图2 受力分析

由于是研究皮带轮受阻力矩对其造成的变形，所以只需考虑这个力和这个阻尼轮之间扭矩造成的变形。可是所加约束并不符合工况，因为皮带轮包角不是360°，常见的有220°包角，和200°的包角，却不可能全部包住。所以这样不符合实际。正常皮带轮，皮带缠绕有多大的包角，应该把这个圆柱面分成两部分，一部分是有皮带的，一部分是自由的。有皮带的地方加上约束，没有的地方不加。同样像刚才一样把圆柱面用分割线分割成两部分，一部分加约束，一部分不加完全可以做到，但是也不必这样做。

图3 零件工况

如上所述完全加约束虽然不符合实际但也可行的原因是：首先研究对一个分析来说危险的区域的位置，应该是应力最大的地方，也就是如图4所示红色的区域。也正是由于危险的位置所以之前加载和加边界条件可以不按实际情况。依据圣维南原理可知根部是比较危险的，因此在加力的时候，力是按照实际情况加载到某一个区域，还是没有按照实际情况直接加在整个面上对根部区域影响微乎其微。所以为了简便，之后又同样把皮带轮整体全部约束住。