超簡單模擬：轉矩分析

本文的來源是想要知道，若將原本軸承蓋的材質，由鋁材改成塑膠材質後，強度會衰減多少? 因此筆者利用SolidWorks Simulation，做一個快速的模擬分析，大約耗時5~10分鐘即可產出一份分析報告提交給客戶。

這是本文的題目，原本一個鋁材的軸承蓋，更換為塑膠料後，會有什麼變化?是否能夠支撐原馬達使用的強度? 以下就一步步的示範操作，如何在短時間內跑出模擬結果。

步驟1：開啟Simulation功能

開啟圖檔後，點選SolidWorks Simulation的圖示。因Simulation為附加功能，在初始設定的系統中非常態掛載，需要額外啟動，才會跳出對應的功能列。跳出後，再點選Simulation功能列，才能開始設定新研究。

步驟2：新研究設定

在Simulation中，其實有很多種不同的模擬分析種類，未來有機會再個別介紹。而本專案的題目是轉矩分析，且僅是針對材料差異做比較，因此選擇一般模擬中的靜態即可。選擇模擬種類後，點選綠色勾勾，即可進行下一步。

研究建立完成後，會產出研究列表，其中包括物件名稱(本案為前蓋02)、連接、固定物、外部負載、網格、結果選項，這六項參數。只需要依序設定與執行，即可得到模擬成果。

步驟3：填入參數

在物件上要做的工作，其實就是幫它選材料。於物件名稱上，點滑鼠右鍵，就會跳出材料選項。SolidWorks本身已內建許多材料庫，可以直接選用。以本案來說，主要是鋁跟塑膠的比較，因此其中一組就設定為1060鋁合金，另一組則為ABS PC的塑膠料。一但材料設定完成後，就會在物件名稱旁邊，多了材料名稱，方便使用者辨識。

由於本專案僅針對單一物件進行模擬，無連接的物件；因此連接的項目，就不需要操作。在固定物使用滑鼠右鍵，會跳出各種固定的方式。在簡化的設定中，採用固定幾何即可，也就是設定物件的某個面或是點，為固定不動的狀態。

由於本專案之軸承蓋，會使用螺絲與另一物件固定，有兩面會被限制，包括一平面及圓型外徑。在畫面上直接點選會被固定的接觸面，點選後，3D圖示會變色，並於點選到的固定面上產生向量箭頭。最後再點選綠色勾勾，代表設定完成。

下一項則是外部負載，也就是受力狀態。同樣使用滑鼠右鍵，點擊後會有不同種的受力型式可選擇。本專案是軸承座，因此點選扭矩。

此項也是採用直接點選的方式，上方藍色格內，要點選轉矩承受面，也就是軸承擺放的位置。紅色格則是要定意轉矩的中心，因轉矩為旋轉的力量型式。此外，還要给定轉矩大小值。由於筆者的軸承是用於600W的馬達，操作轉速為4500 RPM，經過換算得知轉矩值為1.27Nm。但主要的轉矩會從軸心傳導至工作物，軸承蓋上的受力佔比應在1%以內才合理；故本模擬的轉矩值為0.0127Nm。

若僅是想針對材質作比較，其實轉矩值也不需要如筆者這樣計算，僅需要給個相同數值，即可作材質特性的影響比較。

網格的部份，同樣用滑鼠右鍵，點選產生網格即可。老實說，網格的設定很關鍵，會直接影響數據的正確性，也影響模擬的時間。因此在簡單物件上，就把網格設定密一點，也不會耗費太多模擬時間。複雜的物件，就要針對主受力區域，設定較密的網格，而遠離受力位置，就盡量鬆散，可簡少運算的時間。

SolidWorks提供了簡化的設定辦法，用拖拉的方式設應，基本上就是拉到細就對了；因對應到Ansys這類更專門的軟體來說，SolidWorks的細，仍然太粗。設定好後，同樣點選綠色勾勾，此時電腦就會開始產生網格。

步驟4：執行模擬運算

當網格完成後，點選執行此研究，就會開始進行模擬分析。完成後即會產出模擬成果。

步驟5：成果展示

可挑選不同的物理量來顯示模擬成果，僅需於想看的物理量上使用滑鼠右鍵，點選顯示即可。若對於圖表內的單位、數字表示方式、顏色及範圍想要更改的話，都可於圖表選項中進行修改。

步驟6：產出報告

SolidWorks 還提供了快速報告產出的功能，在模擬跑完後，點選報告，即可自動產出一份Word格式的報告書。

重點整理：

本模擬實際耗費的時間，在10分鐘以內；但之所以能如此簡化，是筆者在物理知識理論下，先做了結構與力的刪減，再善用軟體工具，就能短時間產出報告。

模擬只是工具，重要的仍是使用者的知識背景。