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機械專業的學生，本科階段大概都做過減速器的課程設計，設計過程中有一步：使用材料力學的組合變形知識對齒輪軸進行校核。筆者從材料力學書上找到了一個類似的題目：

本文我們只探討繪制彎矩圖和扭矩圖。按照傳統做法，我們首先把每個齒輪上的作用力向該齒輪所在處軸的截面形心簡化：2個徑向力可以根據力的可傳性直接平移到傳動軸上，2個切向力可以根據力的平移定理等效移動到傳動軸上。繪制受力圖如下：

分別繪制Z向（c）、Y向（d）的彎矩圖以及扭矩圖（e）如下：

讀者考慮，如果我們要在ANSYS中繪制該題的彎矩圖和扭矩圖，該怎么操作呢？是不是還和材料力學的做法一樣，先將力向傳動軸形心進行簡化呢？使用ANSYS做的話，肯定不用這么麻煩了，那我們應該怎么加載齒輪上的切向力呢？下面該本文的主角 Remote Force出場了。

首先我們使用ANSYS求解下該題，由于今天主角是Remote Force，所以其他操作筆者簡單說一下，有疑問可以私信筆者。

Step1：創建幾何模型。

根據題目中齒輪軸的幾何尺寸和受力位置，在SCDM中創建線體模型，并共享重合拓撲。

Step2：創建Path用來繪制彎矩扭矩圖。

Step3：網格劃分。

自由網格劃分，尺寸設置為20mm。

Step4：載荷及邊界條件設置。

為了施加載荷及邊界條件方便，我們將坐標系方位改為題目中的方位。

1 .載荷：徑向力和切向力。

徑向力：使用Force，位置和大小根據題目條件。

切向力：使用Remote Force，方法如下：點擊Static Structural (A5)，選擇Loads→Remote Force。

插入Remote Force以后，我們觀察Details of Remote Force：

Scope：用來定義Remote Force施加對象和施加位置。

Geometry我們選擇齒輪軸上安裝齒輪C的點，表示我們要將Remote Force施加在這一點；選擇完成后，Coordinate System自動改為施加點的坐標。

Coordinate System我們選擇Global Coordinate System，用來確定Remote Force施加位置的坐標。根據建立的坐標系（如下圖一）以及齒輪分度圓直徑，確定Remote Force施加位置的坐標為（300,200,0）如下圖二。

Definition主要用來確定力的施加方式、大小和方向。根據題目，力的大小為5kN，方向為Z軸方向。我們選擇通過Components方式施加。

同樣的方法，讀者自行設置齒輪D的，加載后模型如下。施加完成后，我們發現兩個力B、C確實偏離了軸線，A、D在軸線上。

2 .約束。

根據實際情況，建立約束如下。

Step5：求解及后處理。

我們繪制齒輪軸的彎矩和扭矩圖，如下：

1. Mz圖：

2. My圖：

3. T圖：

通過與理論結果對比，我們發現它們的彎矩扭矩圖是一致的，這就說明我們的模型、簡化方式、載荷和約束都是正確的。

我們已經學會是怎么使用Remote Force了，但它的作用原理是什么呢？首先，我們將該項目數據傳遞至APDL中，傳遞方式如下。然后右鍵B2 Analysis，點擊Update，更新完成后再右鍵B2 Analysis，點擊Edit in Mechanical APDL，進入APDL。

在APDL中，首先我們點擊Plot→Elements顯示單元。單元顯示如下。

為了確認 軟件在計算過程中使用了哪些單元，我們在結構樹中選擇Preprocessing→Element Type→Add/Edit/Delete進入單元類型界面，發現計算過程中軟件建立了 5種單元，其中2種參與了計算：188（單元類型號為1）和2個170單元（單元類型號為8和9）。我們知道，188單元是梁單元，用來離散齒輪軸，那么170單元是怎么使用的呢？

為了 確認軟件在哪個位置建立了170單元，我們首先列出各個單元。List→Elements。我們發現單元類型號為8和9的共4個， 分別為44號、45號、46號、47號單元，兩個點目標單元和兩個線目標單元（如下圖一所示）。然后我們在圖形區顯示下單元號：PlotCtrls→Nurmbering。彈出Plot Nurmbering Controls界面（若下圖二所示）。點擊OK，圖形區便顯示出單元號（如下圖三所示）。兩個點為44和46號單元，此處未顯示出單元號，讀者可以使用ansys的選擇工具進行驗證。

至此，我們大概明白ANSYS是怎么實現遠端力的施加了：首先在遠端力的施加位置建立一個點目標單元（170單元）；然后使用一個線目標單元（170單元）將點目標單元和beam單元連接起來。在施加載荷時，將載荷施加在點目標單元上，便完成遠端力的施加。

當然，我們也可以不用遠端力 Remote Force來計算該題。根據理論力學知識，我們可以使用力的平移定理，將力平移到軸上，使用一個力和一個力矩來等效這個偏移軸線的力，計算出的結果和使用 Remote Force完全一致，讀者可自行嘗試。

Workbench自問世以來，就以操作方便、易上手等優點，博取了大多數CAE工程師的青睞，無奈金無足赤，Workbench雖然優點眾多，也有很多缺點：Workbench就像一個黑匣子，我們輸入參數以后，雖然很容易就得到結果，但ANSYS是怎么處理、怎么計算的，我們很難知道，所以，還是要接受ANSYS經典版本（APDL）的洗禮。正如這個例子，通過Workbench雖然很容易就施加了遠端力，而且繪制了彎矩扭矩圖，但遠端力的作用原理，我們還需要ANSYS經典來進行理解。 為什么叫它“ANSYS經典”，因為經典終究是經典，無法被取代的，才是經典。

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