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SolidWorks2014：扭矩限制器受力分析实例精讲

时间：2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】：常见的扭矩限制器形式有摩擦式扭矩限制器和滚珠式扭矩限制器，本实例讲述反应较为灵敏的滚珠式扭矩限制器的设计和有限元分析方法。滚珠式扭矩限制器，在消除过载后，需要手动或使用其他外力使限制器复位。在分析完成后，本实例的重点是对有限元分析结果的参看，将通过观看动画和设置图表选项等方式，观测零部件的受力状况。

SolidWorks2014：扭矩限制器受力分析实例精讲

扭矩限制器又称安全离合器（或安全联轴器），常用于安装在动力输出轴与负载的机器轴之间，当负载机器出现过载故障时（扭矩超过设定值），扭矩限制器会自动分离，从而可有效保护驱动机械（如内燃机、电动机等）以及负载。

常见的扭矩限制器形式有摩擦式扭矩限制器和滚珠式扭矩限制器，本实例讲述反应较为灵敏的滚珠式扭矩限制器的设计和有限元分析方法。

滚珠式扭矩限制器，如图10-46所示，内置滚珠机构，通过碟形弹簧的压缩量调节过载扭矩，可在过载瞬间使主被动传动机械脱离。滚珠式扭矩限制器，在消除过载后，需要手动或使用其他外力使限制器复位。

【制作分析】

本实例的结构有些复杂，为了能够快速准确地计算出需要的数值，在进行有限元分析前，将首先对模型进行理想化处理，然后设置模型材料、添加夹具、力等元素，然后进行分析，得到分析结果，如图10-47所示。在分析完成后，本实例的重点是对有限元分析结果的参看，将通过观看动画和设置图表选项等方式，观测零部件的受力状况。

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图10-46 滚珠式扭矩限制器装配图和剖视图

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图10-47 对滚珠式扭矩限制器的分析操作流程

【制作步骤】

978-7-111-46494-5-Chapter10-90.jpg打开本书提供的素材文件“简化装配模型.SLDASM”，如图10-48所示，启用Simulation插件，单击“Simulation”工具栏中的“新算例”按钮978-7-111-46494-5-Chapter10-91.jpg，创建一新的“静态”有限元算例。

978-7-111-46494-5-Chapter10-92.jpg右键单击“算例”树中的“零件”项，在弹出的快捷菜单中选择“应用材料到所有”菜单项，打开“材料”对话框，为所有零部件选用“锻制不锈钢”材料（SolidWorks材料库中未提供钢珠常用的轴承钢材料，此处权且选用此材料），如图10-49所示。

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图10-48 添加新算例操作

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图10-49 设置材料效果

978-7-111-46494-5-Chapter10-95.jpg右键单击“算例”树中“连结”项978-7-111-46494-5-Chapter10-96.jpg下的“全局接触”项，选择“编辑定义”快捷菜单项，打开“零部件相触”属性管理器，设置接触类型为“无穿透”，如图10-50所示。

978-7-111-46494-5-Chapter10-97.jpg右键单击“算例”树中“夹具”项978-7-111-46494-5-Chapter10-98.jpg，在弹出的快捷菜单中选择“轴承夹具”菜单项，打开“夹具”属性管理器，然后选择“连接法兰”的内表面为轴承连接面，并取消“允许自我对齐”按钮978-7-111-46494-5-Chapter10-99.jpg的选中状态，添加轴承夹具，如图10-51所示。

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图10-50 设置零部件的接触关系

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图10-51 添加轴承夹具操作

978-7-111-46494-5-Chapter10-102.jpg右键单击“算例”树中“夹具”项978-7-111-46494-5-Chapter10-103.jpg，在弹出的快捷菜单中选择“弹性支撑”菜单项，打开“接头”属性管理器，然后选择“简化钢珠”的上表面为弹性支撑的压载面，并设置“弹性支撑”法向系数为10N/s，用于模拟蝶形弹簧，如图10-52所示。

978-7-111-46494-5-Chapter10-104.jpg右键单击“算例”树中“夹具”项978-7-111-46494-5-Chapter10-105.jpg，在弹出的快捷菜单中选择“固定几何体”菜单项，选择“珠套”的上表面固定面，将“珠套”固定，如图10-53所示

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图10-52 设置“弹性支撑”操作

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图10-53 设置固定夹具操作(www.xing528.com)

978-7-111-46494-5-Chapter10-108.jpg右键单击“算例”树中“外部载荷”项978-7-111-46494-5-Chapter10-109.jpg，在弹出的快捷菜单中选择“扭矩”菜单项，选择模型外表面力矩的面（内表面为方向参照面），添加一扭矩，如图10-54所示。

978-7-111-46494-5-Chapter10-110.jpg右键单击“算例”树中的“网格”项978-7-111-46494-5-Chapter10-111.jpg，在弹出的快捷菜单中选择“生成网格”菜单项，使用默认值划分网格，如图10-55所示。

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图10-54 添加扭矩操作

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图10-55 划分网格操作

978-7-111-46494-5-Chapter10-114.jpg右键单击“算例”树中的“算例1”项978-7-111-46494-5-Chapter10-115.jpg，选择“运行”按钮，进行仿真分析，效果如图10-56左图所示（右图为此时的算例树效果）。

978-7-111-46494-5-Chapter10-116.jpg右键单击“算例”树中“结果”项下的“位移1”项，在弹出的快捷菜单中选择“显示”菜单项，显示位移效果，然后再右击“位移1”项，在弹出的快捷菜单中选择“动画”菜单项，以动画形式显示位移效果，如图10-57所示。

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图10-56 模型受力分析结果和算例树

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图10-57 动画展示操作和位移动画效果

978-7-111-46494-5-Chapter10-119.jpg右键单击“算例”树中“结果”项下的“应力1”项，选择“显示”菜单项，显示应力效果，然后再右击“应力1”项，在弹出的快捷菜单中选择“截面剪裁”菜单项，选择上视基准面，并平移18，参看截面受力效果，如图10-58所示。

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图10-58 设置“截面剪裁”操作和操作效果

978-7-111-46494-5-Chapter10-121.jpg在图10-58左图所示的“截面”属性管理器中单击“剪裁 开/关”按钮978-7-111-46494-5-Chapter10-122.jpg，关闭截面剪裁效果，然后右键单击“应力1”项，在弹出的快捷菜单中选择“ISO剪裁”菜单项，设置剪裁等值为“1750000”，查看剪裁效果，如图10-59所示。

978-7-111-46494-5-Chapter10-123.jpg在图10-59左图所示的“ISO剪裁”属性管理器中单击“剪裁 开/关”按钮978-7-111-46494-5-Chapter10-124.jpg，关闭ISO剪裁效果，然后右击“应力1”项，选择“图表选项”菜单项，打开“图表选项”属性管理器，勾选“显示最小注解”和“显示最大注解”复选框，在“应力”视图中显示出模型最小和最大受力点的位置，如图10-60所示。

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图10-59 设置“ISO剪裁”操作和操作效果

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图10-60 设置“图表选项”操作和效果

978-7-111-46494-5-Chapter10-127.jpg右键单击“应力1”项，在弹出的快捷菜单中选择“探测”菜单项，然后选择钢珠靠近“连接法兰”受力点的位置，查看钢珠此点处受力状况，如图10-61所示。

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图10-61 探测钢球受力情况操作

978-7-111-46494-5-Chapter10-129.jpg单击“CommandManager”工具栏“Simulation”标签栏下的“报表”按钮978-7-111-46494-5-Chapter10-130.jpg，打开“报表选项”对话框，在“报表分段”栏中选择要报表输出的项目，在标题信息栏中设置公司信息，单击“发布”按钮，可输出当前文件的报表信息，如图10-62所示。

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图10-62 生成报表操作和报表效果

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