2016/11/21

Inventor接觸條件 彈簧 在模態分析的應用

先前在拜訪客戶介紹Autodesk Nastran In CAD時,
客戶提到一個問題:Nastran In CAD的接觸條件可不可以設定彈簧接觸?
一開始一直想不通為何會很在意這個設定,
在經過一連串的旁敲側擊後,發現了一個非常有趣而且重要的訊息可以跟大家分享。

一般的機械中只要有相對運動的機構件都會安裝有軸承,
例如旋轉運動機構會安裝深槽滾珠,
直線運動機構會安裝線性軸承或線性滑軌,
這些傳動元件(市購件)主要就是三層結構:
一層跟固定元件結合,一層跟移動元件結合,
再來就是提供可以進行相對運動中間層的圓球或圓柱(針、圓錐)。
圖片來源:台灣維基百科軸承

當然還有一些其他不同的型式;
在CAD模型中如果將這些圓球、圓柱全部畫出來,
對系統除了造成負擔外也沒有太大的意義,
因此常常會簡化成簡單的雙環或圓柱等等型式

圖片來源:台灣維基百科軸承

到了CAE軟體中若要去處理每一個軸承中的圓球跟內外環的接觸,
同樣的計算負擔實在太大,又是非自己能進行設計製造的市購品,
所以通常也是參考CAD使用簡單的形狀,
想當然越多簡化在進行模擬時就會出現越多的誤差,
這個部分造成的誤差對一般線性結構靜力分析來說,
因為軸承通常強度還不錯,加上設計時選用也都有參考過軸承可以承受的負載,
在考慮其他元件的變形後,
軸承元件本身的變形量相對可以說是微乎其微,可以忽略不計,
因此在模擬時通常可以直接使用簡化的模型。

但是這種簡化的狀況碰上設備馬達元件轉速不斷的提高,
當需要作模態分析時,因為簡化模型剛性比真實軸承剛性更高,會提高對應的模態頻率,
此時若在簡化模型的接觸面加上一個較低的彈簧勁度來模擬圓球的剛性,
模擬的準確性就有機會可以提高。

圖片來源:SKF網站

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