基础教程：升降架装配体

本练习将分析一个升降架装配体，它的自重靠四条臂（arm）支撑。练习中还将介绍另外一个夹具——铰链。

本练习将应用以下技术：

● 接头

● 销钉接头

1.项目描述 如图5-59所示，一载重1800N的剪刀升降架（lift）承受一外部水压柱筒作用，该水压柱筒与基座（base）上的滑块（slider）相连。

假设载荷均匀地分布于两个滚筒之上，而同时又均匀地传递到剪刀架的各臂上。在这种情况下，每臂所受载荷均为450N。

我们需要的是找出剪刀臂在collapsed位置时架子各部分的位移和应力，而并不关心销钉处的接触应力。

图5-59 剪刀升降架模型

操作步骤

步骤1 打开装配体

打开文件夹“SolidWorks Simulation\Lesson05\Exercises\Lift Assembly”下的装配体模型“lift”。并熟悉该装配体的collapsed与extended的配置。目的就是分析collapsed配置下的装配体。

步骤2 激活配置collapsed

载重、水压柱筒、连接销以及其他很多细节都没有建立相应的模型，因而SolidWorks的剪刀架“lift”装配体只是在一定程度上对剪刀架的理想化描述。简化模型如图5-60所示。

步骤3 设定SolidWorks Simulation选项

设定全局【系统单位】为【公制（I）（MKS）】，【长度】单位为【毫米】，【应力】单位为【Pa】（N/m²）。

步骤4 创建算例

创建一名为“collapsed-without base”的【静应力分析】算例。

步骤5 指定材料属性

指定所有零部件的材料为【Plain Carbon Steel】。

步骤6 查看装配体的所有配合

可以观察到装配体中仅有两个面是接触的，如图5-61所示。

图5-60 简化模型

图5-61 干涉检查结果

提示

因为我们对base部件的变形和应力不感兴趣，所以压缩该部件以简化网格。然而，必须正确地表示接触条件及对应的摩擦力。这可以通过【虚拟壁】接触条件来实现。

步骤7 压缩零件base

步骤8 更新所有零部件

因为base部件是在算例collapsed-without base定义之后压缩的，所以不得不更新算例的零部件，如图5-62所示。

图5-62 更新所有零部件

右键单击算例collapsed-without base并选择【更新所有零部件】。

提示

当然，用户可以使用【不包括在分析中】命令，而无需在SolidWorks中压缩零件。

步骤9 定义虚拟壁

如图5-63所示，选择slider底面作为【组1】，选择基准面base plane作为【组2】。

指定【摩擦系数】为0.1。在【壁类型】中选择【柔性】。在【轴向刚度】中，输入【1.6537e13】（N/m）/m²。在【正切刚度】中，输入【6.2216e12】（N/m）/m²。

单击【确定】以保存设置。

图5-63 定义虚拟壁

2.铰链约束 支撑架和基座之间的连接只能定义为铰链。【铰链】约束会限制径向和轴向的位移，这可以在圆柱坐标系下对柱面进行定义。可以定义【在圆柱面上】类型的约束来取代该约束，将约束径向和轴向的位移分量。

步骤10 定义铰链约束

右键单击【夹具】文件夹并选择【固定铰链】。选择最初连接base的两个圆柱面，然后单击【确定】，结果如图5-64所示。

提示

使用【铰链】约束，假定基座的刚度非常大且无变形。如果实在要考虑基座的弹性行为，则在分析中也必须包含。

步骤11 定义销钉接头(www.xing528.com)

在4个arm之间定义两个刚性【销钉】接头，在arm和slider之间定义两个刚性【销钉】接头。在所有销钉中，允许连接零部件之间相对旋转，但相对平移是被约束的，如图5-65所示。

图5-64 定义铰链接头

图5-65 定义销钉接头

步骤12 对slider的圆柱面定义约束

为了模拟由水压柱筒提供的支撑，选择连接slider的圆柱面并约束全局坐标X方向平移（朝活塞杆方向），如图5-66所示。

图5-66 对Slider的圆柱面定义约束

提示

用【使用参考几何体】约束类型定义边界条件。

提示

不管怎样，在对整个圆柱面施加约束时，忽略处于柱面销与连接片之间的真实应力分布。由于并不想知道连接片中的接触应力，这种简化模型是可取的。

整个模型已经完全被限制了，尽管装配体的其他部件都没有相互接触。

步骤13 对连接件（link）施加450N的力

在4个link零部件自由端的圆柱上各施加450N的力。因此均布在4个位置上的总重为1800N，如图5-67所示。

图5-67 施加作用力

3.轴承载荷 在整个圆柱面孔面上施加载荷是一种可取的简化模拟，这是因为本例并不打算分析支架臂与滚筒销之间产生的接触应力。注意到对于不要求接触应力的分析，还有另外一种更为精确的方法来对圆柱孔面进行加载，称为【轴承载荷】。轴承载荷定义：该载荷施加于部分圆柱面（要求分割表面）上，它的变化以余弦函数来模拟接触压力分布。

步骤14 划分网格

使用默认设置以【高】品质的单元划分模型网格，如图5-68所示。

步骤15 运行分析

步骤16 图解显示von Mises应力和合位移

可以发现模型还没有屈服，且合位移相当小（图解显示的变形形状是经比例放大之后的结果），如图5-69所示。

图5-68 网格划分后的结果

图5-69 应力及位移分布

步骤17 列举slider拖孔的反作用力

slider约束圆柱面X方向（水压圆筒的方向）的反作用力为6347.4N，如图5-70所示。

步骤18 列举接触和摩擦力

列举slider底面的接触和摩擦力，如图5-71所示。

图5-70 合力结果

图5-71 列举接触及摩擦力

【法向力】（Y分量）为900N，刚好为总载荷的一半（另一半由两个铰链约束来承担）。【摩擦力】（X分量）为55N。

提示

摩擦力是否正确？用户是否能够验证为何摩擦力的大小为55N？

步骤19 分析slider的变形

以高倍放大比例图解显示slider的变形形状。可以隐藏SolidWorks中所有其余的零部件，以更清楚地观察变形形状。

在【变形形状】对话框中不要选择【显示颜色】选项。

可以看到slider的中间部分和base发生了分离，在两端只有面积非常小的接触，如图5-72所示。

同时需要注意的是，精确的接触应力需要高精度的网格。

步骤20 保存并关闭文件

图5-72 变形结果