Solid Works Cosmos Works加約束的便捷方法

曹陽(yáng)， 劉廣東

（黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院，哈爾濱 150040）

0 引言

在沒(méi)有開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)軟件前力學(xué)分析都需要實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，現(xiàn)在通過(guò)軟件就可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中把可能出現(xiàn)的問(wèn)題都找到，并盡量避免，提高效率，降低成本。

力學(xué)中有一個(gè)準(zhǔn)則叫圣維南原理，也就是一個(gè)物體受力以后，分析什么影響它的應(yīng)力分布和約束。如裝卡形式可以把試棒夾住，也可以打孔用銷(xiāo)釘固定，或者加工螺紋而用螺紋固定。無(wú)論怎樣的裝卡形式只對(duì)裝卡附近應(yīng)力分布有影響，對(duì)遠(yuǎn)離它的區(qū)域應(yīng)力沒(méi)有影響，這就是圣維南原理的意圖。

1 基本操作和加便捷條件時(shí)注意事項(xiàng)

舉例說(shuō)明，如圖1所示這個(gè)簡(jiǎn)單的4個(gè)零件構(gòu)成的裝配體（是健身器上的一個(gè)踏板，腳作用給踏板一個(gè)力使之旋轉(zhuǎn)，由于空轉(zhuǎn)起不到太大的健身作用，于是在輪子上套了皮帶，皮帶帶動(dòng)阻尼輪起到阻尼作用。

已知腳踏桿上有一個(gè)800 N的力水平向前，現(xiàn)計(jì)算踏板何處受力比較大，何處變形比較大。

加載和就是腳踏桿上受了800 N的力，選中并加力，這個(gè)力是已知的，水平方向的。要加水平方向的力可以加一個(gè)參考，參考面x方向800 N，水平向前（圖2）。這樣加力并不符合實(shí)際情況，因?yàn)橐粋€(gè)腳踏桿，用腳踩上施加力時(shí)，實(shí)際上根本無(wú)法使腳把這個(gè)圓柱面完全包住并施加上力，即使是一個(gè)軸套也只能一面收到壓力另一面分離開(kāi)不受力。腳只能接觸到很小的一個(gè)區(qū)域，僅在這個(gè)區(qū)域上垂直于這個(gè)面給壓力，其他區(qū)域全是自由的。所以現(xiàn)在加力的方法是：選擇整個(gè)圓柱面，加這個(gè)方向上的力，那么實(shí)際上就相當(dāng)于把圓柱面上的各個(gè)點(diǎn)都加了一個(gè)水平方向的力，而且這個(gè)力沿著這個(gè)面均勻分布。但實(shí)際情況不可能如此，通過(guò)分析可簡(jiǎn)化這里可以這樣操作。這并不是因?yàn)榇塑浖o(wú)法按照實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，只需編輯這個(gè)零件在圓柱體頂面進(jìn)入草圖狀態(tài)。畫(huà)出一個(gè)區(qū)域后，插入→曲線→分割線，這是為了把這個(gè)圓柱面分成兩個(gè)區(qū)域。劃分之后選擇一個(gè)區(qū)域加載和，這樣就符合工況了（圖3）。而之前并沒(méi)有這樣操作是因?yàn)椴襟E繁瑣，而且沒(méi)有必要。

圖1 踏板

圖2 受力分析

由于是研究皮帶輪受阻力矩對(duì)其造成的變形，所以只需考慮這個(gè)力和這個(gè)阻尼輪之間扭矩造成的變形。可是所加約束并不符合工況，因?yàn)槠л啺遣皇?60°，常見(jiàn)的有220°包角，和200°的包角，卻不可能全部包住。所以這樣不符合實(shí)際。正常皮帶輪，皮帶纏繞有多大的包角，應(yīng)該把這個(gè)圓柱面分成兩部分，一部分是有皮帶的，一部分是自由的。有皮帶的地方加上約束，沒(méi)有的地方不加。同樣像剛才一樣把圓柱面用分割線分割成兩部分，一部分加約束，一部分不加完全可以做到，但是也不必這樣做。

圖3 零件工況

如上所述完全加約束雖然不符合實(shí)際但也可行的原因是：首先研究對(duì)一個(gè)分析來(lái)說(shuō)危險(xiǎn)的區(qū)域的位置，應(yīng)該是應(yīng)力最大的地方，也就是如圖4所示紅色的區(qū)域。也正是由于危險(xiǎn)的位置所以之前加載和加邊界條件可以不按實(shí)際情況。依據(jù)圣維南原理可知根部是比較危險(xiǎn)的，因此在加力的時(shí)候，力是按照實(shí)際情況加載到某一個(gè)區(qū)域，還是沒(méi)有按照實(shí)際情況直接加在整個(gè)面上對(duì)根部區(qū)域影響微乎其微。所以為了簡(jiǎn)便，之后又同樣把皮帶輪整體全部約束住。

圖4

2結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這個(gè)例子分析裝配體，處理如何給各零件加約束，如何符合工況地加約束和通過(guò)圣維南原理簡(jiǎn)便地加約束，在計(jì)算結(jié)果相差很小的同時(shí)大大地減少了操作的工作量。

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