solidworks有限元分析范例

1、注意 :本文件內(nèi)容只是一個簡短的 分析報告樣板 ，其內(nèi)相關的分析條 件、設置和結(jié)果不一定是正確的，您還是要按本書正文所教的自行來 做。一、范例名：（Gas Valve 氣壓閥 ）1 設計要求：（ 1）輸入轉(zhuǎn)速 1500rpm。（ 2）額定輸出壓力 5Mpa ，最大壓力 10Mpa 。2 分析零件 該氣壓泵裝置中，推桿活塞、凸輪軸和箱體三個零件是主要的受力零件，因此對這三個零件進行結(jié)構(gòu) 分析。3 分析目的（1）驗證零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求。（2）分析凸輪軸零件和推桿活塞零件的模態(tài)，在工作過程中避開共振頻率。（3）計算凸輪軸零件的工作壽命。4 分析結(jié)果1. 。推桿活塞零件材料：普通碳鋼

2、。在模型上直接測量得活塞推桿的受力面積S為：162mm2,由F=PS計算得該零件端面的力 F為：1620N。所得結(jié)果包括：1 靜力計算：（1）應力。如圖 1-1 所示,由應力云圖可知,最大應力為 21Mpa ,靜強度設計符合要求。（2）位移。如圖 1 -2所示,零件變形導致的最大靜位移為 2.2e-6m。（3）應變。如圖 1-3 所示,應變云圖與應力云圖的對應的,二者之間存在一轉(zhuǎn)換關系。LTM605G. L i>g4409fi. t. 143150*5詐狛勺狛9. 0LDa«41 1.4刖冊.ar<94H2. 05T3?&5E. 9巨即力 22D53400D. 0

3、ORES 匍0504-006&T71-Q06 期KK “葉隔31t-Q0r455*-aor5324-QGr罷血0TS64t-0CTQQq<-QJ3圖1-1 應力云圖圖1-2 位移云圖EJETTRH6-TOOft-ODS苗 22Le-O05乩 MlertOSB 5 K2*-$D54 3Q3A-OD5s. aaa«-»09J M4«-*053i_4j6Os-OI>&3S5*-OD5HVSt-tD!圖1-3 應變云圖圖1-4模態(tài)分析2模態(tài)分析：圖1-4的“列舉模式”對話框中列出了 “推桿活塞”零件在工作載荷下，其前三階的模態(tài)的頻率遠遠 大于輸

4、入轉(zhuǎn)速的頻率，因此在啟動及工作過程中，該零件不會發(fā)生共振情況。模態(tài)驗證符合設計要求。2。凸輪軸零件材料：45鋼，屈服強度355MPa。根據(jù)活塞推桿的受力情況，換算至該零件上的扭矩約為10.5N m。1靜力分析：如圖1-5所示為“凸輪軸”零件的應力云圖，零件上的最大應力為212Mpa，平均應力約為120MPa,零件的安全系數(shù)約為1.7,符合設計要求。12»44T«0«t511QTt+aqs713778+00224iT&a«+oaz0644別十DQ空Z9Ot*O0L09T93«*OQL4J4t55f*eOL51»9a«+

5、D0L7raLD04*00Lg噸郵M-QQE圖1-5 應力云圖圖1-6模態(tài)分析2模態(tài)分析圖1-6的“列舉模式”對話框中列出了“推桿活塞”零件在工作載荷下的模態(tài)參數(shù)，“模式1 ”的結(jié)果為其自由度內(nèi)的模態(tài)，不作為校核參考。第二階模態(tài)的頻率遠遠大于輸入轉(zhuǎn)速的頻率，因此在啟動及工 作過程中，該零件不會發(fā)生共振情況。模態(tài)驗證符合設計要求。3 箱體零件按書中尺寸建立模型，零件體積254cm3。材料選用灰鑄鐵，極限應力151.6MPa。對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-7所示。模型的最大 von Mises為16.1MPa,零件的安全系數(shù)約為9.4。圖1-7 箱體應力云圖5零件改進箱體零件的安全系數(shù)很大，這

6、里通過減小零件的厚度來減小零件的重量。模型中有很大部分的應力很 小，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如鉆螺紋孔，可以去掉部分材料，改進后零件的體積為188cm3。對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-8所示：最大von Mises為26.1MPa，安全系數(shù)約5.8。圖1-8改進模型應力云圖6 成本節(jié)約模型原來的體積為 254cm3,改進后的模型的體積為188cm3，體積減少了 66cm3，每件減少的重量為475g，如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料 4750kg，以當前灰鑄鐵的市場價格為8000元/噸，那么可以節(jié)省38000元。二、范例名：(Lifter升降機構(gòu))1設計要求：(1 )輸入轉(zhuǎn)速150

7、0rpm。(2) 額定提升載荷2000N。2分析零件該升降裝置中，蝸桿、蝸輪是傳動裝置，本體零件是主要的承載部分。因此，這里對本體零件進行靜 力分析。3分析目的驗證本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求。4分析結(jié)果按書中尺寸建立模型，零件體積為68.7cm3。材料選用可鍛鑄鐵，極限應力275.7MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-9所示。模型的最大von Mises為62.1MPa,零件的安全系數(shù)約為 4.4。Tim.' Z (HP心.2 53>L554a+D£|iL.1 53&6OSa*0OL5. 21!&4 8&1

8、$5e-00-2* 屈嚴：75742»»+S02圖1-9本體零件應力云圖5零件改進由零件的應力云圖可以看出，零件上的最大應力為62.1MPa，零件上應力小的部分比較多，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如鉆螺紋孔，可以對這些部位減小尺寸，從而減輕零件的質(zhì)量。除了減小了零件的厚度外， 還更改了模型上加強筋結(jié)構(gòu)的尺寸和結(jié)構(gòu)。改進后零件的體積為60cm3對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-10所示：最大von Mises為120.5MPa，安全系數(shù)約2.3。UOAZ （HP<）1. 20535-1 e*»02 1 9O4E-a*QD2 -1 D045a：AtOD2B 9 M

9、L的E屮0>Di.0arEl&A*DD37. oa?ia&ifc+SD65 D24lTbt*»Dl4 Q2OB<9E-*+tpl21 D12r»E*»Pl1. DO«KKr+4i01>757450,+oqj4 5T5+T4i-*62圖1-10 改進模型應力云圖6成本節(jié)約模型原來的體積為 68.7cm3，改進后的模型的體積為60cm3，體積減少了 8.7cm3，每件減少的重量為63.5g，如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料635kg，以當前可鍛鑄鐵的市場價格為10000元/噸，那么可以節(jié)省6350元。三、范例名：（E

10、lectromagnetism Valve 電磁閥）1設計要求：電磁閥的額定工作壓力為 2MPa，最大工作壓力為 4MPa。2分析零件該升降裝置中本體零件是主要的承載部分。因此，這里對本體零件進行靜力分析。3分析目的驗證本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求。4分析結(jié)果按書中尺寸建立模型，零件體積為57.7cm3。材料選用灰鑄鐵，極限應力151.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析， 結(jié)果如圖1-11所示。模型的最大von Mises為60.5MPa,零件的安全系數(shù)約為2.5。6. S505O2ie0fl L. 5.14-TJ5E<DdL 5. 4442024041_ 4

11、.54ia52<*00L_ &. SM752«*Q01L E. 3iEB432«+nDl 2. 4253D2<*Ofl L17iB3ill5«+-DWB. 2FOJ.424-QaL圖1-11本體零件應力云圖5零件改進由零件的應力云圖可以看出，零件上的最大應力為60.5MPa，零件上應力小的部分比較多，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如鉆螺紋孔和管羅紋接口等，可以對一些應力較小的部位減小尺寸，從而減輕零件的質(zhì)量。 改進后零件的體積為 48.6cm3.E- D7£E1F*OD1-4. 345BrZt+Ci01.J.HiT55454+iDDlr 2.6

12、132i?ie*fi01t 0*501 機*和Q>L. 425-322*-DD1I. T4&*9對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-12所示：最大von Mises為104.1MPa，安全系數(shù)約1.46。圖1-12 改進模型應力云圖6 成本節(jié)約模型原來的體積為 57.7cm3,改進后的模型的體積為 48.6cm3,體積減少了 9.1cm3，每件減少的重量為65.5g，如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料655kg，以當前可鍛鑄鐵的市場價格為10000元/噸，那么可以節(jié)省6550元。四、范例名：（Drill Clamp鉆模夾具）1 設計要求：夾具用于鉆床使用，最大軸向鉆削力

13、為1800N。2分析零件該鉆模夾具裝置中底座和搖擺座兩個零件是主要的承載部分。因此，這里對底座和搖擺座零件進行靜 力分析。3分析目的（1）驗證底座零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求。（2）驗證搖擺座零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求。4分析結(jié)果1。底座零件按書中尺寸建立模型，零件體積為63.6cm3。材料選用灰鑄鐵，極限應力151.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-13所示。模型的最大von Mises為6.7 MPa,圖1-13 底座零件應力云圖零件的安全系數(shù)約為 22.6。3. HTBEBri-tOD1. 45+4)042.tT. 54F3aLd-0Dl4

14、 T(M5iri-0D52。搖擺座零件按書中尺寸建立模型，零件體積為42.2cm3。材料選用灰鑄鐵，極限應力151.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析， 結(jié)果如圖1-14所示。模型的最大von Mises為49.8MPa, 零件的安全系數(shù)約為 3。圖1-14搖擺座零件應力云圖5零件改進1。底座零件由圖1-13的底座零件應力云圖可以看出，零件上的最大應力為 67.2MPa，零件上應力小的部分比較多，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如鉆螺紋孔等，可以對一些應力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進 后零件的體積為51.6cm3對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-15所示：最大von

15、Mises為28.1MPa，安全系數(shù)約5.4。圖1-15 改進模型應力云圖2。搖擺座零件由圖1-14的底座零件應力云圖可以看出，零件上的最大應力為 49.8MPa，零件上應力小的部分比較多,同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如鉆孔等，可以對一些應力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進后零件的體積為37.5cm3對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-16所示：最大von Mises為50.4MPa，安全系數(shù)約3。圖1-16 改進模型應力云圖6成本節(jié)約底座和搖擺座模型原來的體積分別為63.6cm3和42.2 cm3,改進后的模型的體積分別為 51.6 cm3和37.5cm3,體積共減少了 16.7cm

16、3，每件減少的重量為120.24g,如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料1202.4kg， 以當前灰鑄鐵的市場價格為 8000元/噸，那么可以節(jié)省 9619.2元。五、范例名：CH07（Diesel Oil Engine Pump柴油引擎燃料泵）1 設計要求：該裝置為柴油引擎燃料泵，最高工作壓力為4MPa。2分析零件件3套筒零件的內(nèi)腔用來將燃料增壓，件3套筒零件的損壞情況可能為強度破壞，也可能為疲勞破壞,因此分析件3套筒零件的靜強度和疲勞強度。3分析目的1、驗證零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；2、求解模型在給定工作載荷下的疲勞壽命。4分析結(jié)果1 靜力分析按書中尺寸建立模型，零件體積為

17、8cm3。材料選用AISI 1020，屈服應力351.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-17所示。模型的最大von Mises為25.8 MPa,零件的安全系數(shù)約為13.6。零件安全。van KLs«i；(HFa).)BZ. 5T5-5e2fe-+(IDl2.幣理辭于cmL E. iK4'53SnifliDl.I.屮OM_ I. ?3UG?fe*O01.i. saiftte+coi r I. S12431it+O(llL1皿9怖十袖1.b. sa+odo B. «Q4B31O0a4.2. 5£0$t+000-4. *鉀附鏟&#

18、174;Q：|P 巨囲.力5.L57LQ4*aOE!圖1-17 套筒零件應力云圖2 .疲勞分析周期載荷為 P=4MPa, LR=0，周期個數(shù)：1000000。對零件進行疲勞分析，得到零件的損壞云圖、生 命總數(shù)云圖和安全系數(shù)云圖分別如圖1-18圖1-20所示，由安全系數(shù)云圖可以看出，零件是安全的。 1. UO1OQWW0_ 3.000 1. 0QQi75fl«*a»D-1. D04ET«*00iD-J. OOdlBSCIOD.1桝昨-1. 00041T««0»Q-1. OD4BS3«*OOD-3. O0025Q«*Q

19、OD圖1-18損壞應力云圖. £>01«0Q«*0K】.DM捫F申C£ -a踴3盧DC6-.000i?50t*0oGa a D006ftTe»0«-.D0O5B3*QO6L . 00Q50Qe*0«-L «004lTe>QK-.DOQ33«*QOe_ . &00£50t*0oG11. DOaLST«*406.D00O93«*0G&.DQaooa«*d06圖1-19生命總數(shù)云圖 e.I 450ia2e*0WB. 7BTB£

20、3;«*0D2-6. LZ443Qt*0aZ-5. 4&113<#+-n5Z4 T$TS5T<*0K_ 4. L3HlFZj*aG2-9. dild 閃-Z. £D24«*0»2.2. L#W舊*Q噸L4iinT#*0»B. LQQ4DI9«*Qai|3. l553i：4T#*O0L圖1-20安全系數(shù)云圖5小結(jié)本節(jié)驗證了柴油引擎燃料泵裝置里件3套筒零件的靜強度和疲勞強度，計算結(jié)果表明，兩項指標均符合設計要求?？紤]到成本和結(jié)構(gòu)問題，這里不作改進。六、范例名：（Turning Machine轉(zhuǎn)向機構(gòu)）1 設計要求：該裝

21、置為一轉(zhuǎn)向機構(gòu)，該機構(gòu)主要用于需要換向的場合，設計工作載荷為600N。2分析零件件1本體零件和件4端蓋零件是主要的承載零件，因此，這里對本體和端蓋零件進行靜強度校核。3分析目的1、驗證件1本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；2、驗證件4端蓋零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；4分析結(jié)果兩個零件的材料均選用灰鑄鐵，極限應力151.6MPa。按照書中尺寸進行建模，件1本體零件和件 4端蓋零件的體積分別為 133 cm3和16.7 cm3，總體積為149.7 cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-21所示。模型的最大von Mises為51.3 MPa, 零件的安全系

22、數(shù)約為 3。零件安全。圖1-21靜力分析應力云圖5零件改進由圖1-21的裝配體的應力云圖可以看出，零件上的最大應力為 51.3MPa，零件上應力小的部分比較多，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如鉆螺紋孔等，可以對一些應力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進 后兩個零件的體積為 139.5cm3。對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-22所示：最大von Mises為52MPa，安全系數(shù)約2.9，零件是安全的。圖1-22 改進模型應力云圖6 成本節(jié)約本體和端蓋零件原來的體積之和為 149.7 cm3,改進后這兩個零件的體積之和為139.5 cm3，每件體積減少了 10.2 cm3，每件減少的重量為

23、 73.44g，如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料 734.4kg，以當前灰 鑄鐵的市場價格為 8000元/噸，那么可以節(jié)省 5875.2元。七、范例名：（Air Compressor空氣壓縮機）1 設計要求：空氣壓縮機的額定功率為 2Kw，輸入轉(zhuǎn)速為1450r/min。2分析零件件3曲軸零件和件4連桿零件是主要的傳動機構(gòu)，這里分析這兩個零件，包括靜力強度、模態(tài)和疲勞 強度。3分析目的1、驗證零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；2、求解模型在給定工作載荷下的疲勞壽命。（1）驗證件3曲柄零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求。（2）驗證件4連桿零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求。（3）計

24、算件3曲柄零件的模態(tài)，在工作過程中避開共振頻率。4分析結(jié)果571N的力，這里以 600N來計計算得輸入轉(zhuǎn)矩為：16.5N m,換算至曲軸和連桿上，相當于作用一算。1 靜力分析（1 ）曲柄零件按書中尺寸建立模型，零件體積為130.4cm3。材料選用普通碳鋼，屈服應力220.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析， 結(jié)果如圖1-23所示。模型的最大von Mises為23.2MPa, 零件的安全系數(shù)約為 9.5。零件安全。 i.9.I. i.9.I.|. T4JEL41 a*OD1-I. 24&-I-4D1 i.9.I.圖1-23曲柄零件應力云圖圖1-23曲柄零件應力云圖(2

25、)連桿零件按書中尺寸建立模型，零件體積為29cm3。材料選用普通碳鋼，屈服應力151.6MPa。根據(jù)零件的工作情況， 對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-23所示。模型的最大von Mises為7.3MPa,零件的安全系數(shù)約為 20.8。零件安全。2 .模態(tài)分析vcai.KPS)4垢鼻E歸ff+ODO3. ftSTSil if+MOX M»234 6+l>002 4403*0001 B92&41a*0>DQtl. EZ4MWQCD6. B&C432&-0D1f. T316Tt-0Da圖1-24 連桿零件應力云圖圖1-25的“列舉模式”對話框中列出了

26、“曲柄”零件的模態(tài)?！澳Ｊ教? ”為其未約束的自由度的模態(tài)，在工作中沒有意義。第二階的模態(tài)的頻率遠遠大于輸入轉(zhuǎn)速的頻率，因此在啟動及工作過程中，該零 件不會發(fā)生共振情況。模態(tài)驗證符合設計要求。mira&jJW聊0.026849U ：I>：2：EH1233.153羽討了0期為踽327562Q 000227974帀聘4390 JQOOI抑羽5397676329110.0001)56宜例石應Study 2式圖1-25模態(tài)分析5零件改進(1 )曲柄零件由圖1-23的應力云圖可以看出，零件上的最大應力為23.3MPa，零件上應力小的部分比較多，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如質(zhì)量平衡、鉆螺孔紋等，可

27、以對一些應力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。 改進后兩個零件的體積為88.8cm3。對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-26所示：最大von Mises為42.9MPa，安全系數(shù)約5.1,零件是安全的。圖1-26改進后模型應力云圖(2 )連桿零件由圖1-24的應力云圖可以看出，零件上的最大應力為7.3MPa，零件上應力小的部分比較多，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如質(zhì)量平衡、鉆螺孔紋等，可以對一些應力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。 改進后兩個零件的體積為25.3cm3。對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-27所示：最大von Mises為8.8MPa，安全系數(shù)約17.2，零件是

28、安全的。L 7.3圖1-27改進后模型應力云圖6成本節(jié)約曲柄零件的體積減小了 41.6，重量減輕了 324.5g，如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料 3245kg ； 連桿零件的體積減小了 3.7，重量減輕了 26.6g,如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料 266kg。以當前 市場的普通碳鋼價格 12000元/噸和灰鑄鐵的價格 8000元/噸，總共可節(jié)約成本 41068元。八、范例名：(Retarder減速機)1 設計要求:2000N。該裝置為一減速機，該機構(gòu)主要用于需要變速的場合，設計工作載荷為2分析零件件1本體零件是主要的承載零件，因此，這里對本體零件進行靜強度校核。3分析目的

29、驗證件1本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；4分析結(jié)果零件的材料選用灰鑄鐵，極限應力151.6MPa。按照書中尺寸進行建模，件1本體零件的體積為198.6cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析， 結(jié)果如圖1-28所示。模型的最大von Mises為93.7MPa, 零件的安全系數(shù)約為1.6。零件安全。2 M600Se+00t3 5tST14e+00tT t54lttv+-DQ«5 i24214e-00J圖1-28靜力分析應力云圖5零件改進由圖1-28零件的應力云圖可以看出，零件上的最大應力為93.7MPa，零件上應力小的部分比較多，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如鉆螺紋孔等，可

30、以對一些應力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進后 兩個零件的體積為 171.6cm3。對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-29所示：最大von Mises為98.2MPa，安全系數(shù)約1.5，零件是安全的。timiB久機皓“土帕I乳 OD2BBT«+OGL.g. L&4SD5«+0aL.I. i&6,2j*oai-5. FB1155«*D»LL 4. I32T2*>OOL L 4. 0弼孫0<*0觸-3. 2FT5DT#*DQiL.2. 4 5帕曲暑F(H3. E4174U*0aL&. ZB95FT*DaO

31、a. «r4r.zi«9-DQ£圖1-29 改進模型應力云圖6 成本節(jié)約本體零件原來的體積為 198.6cm3,改進后零件的體積為 的重量為194.4g，如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料 噸，那么可以節(jié)省 15952元。171.6cm3，每件體積減少了 27cm3，每件減少1994kg，以當前灰鑄鐵的市場價格為8000元/九、范例名：（Tow Hook牽引鉤）1 設計要求：該裝置為一拖拽車輛用的牽引鉤，設計工作載荷為20000N。2分析零件件1本體零件是主要的承載零件，因此，這里對本體零件進行靜強度校核。3分析目的驗證件1本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿

32、足要求；4分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵，極限應力275.7MPa。按照書中尺寸進行建模，件 1本體零件的體積為1230.1cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析， 結(jié)果如圖1-30所示。模型的最大von Mises為80.9MPa, 零件的安全系數(shù)約為 3.4。零件安全。von H1£&eKFa.)F_R_ 4. E暢4冶巾們.B. T44Z2L6+OD1_ B. QE9B0La+CiD1."加5羽Lff+OD】4 TWWClf+dOI4 D4BMAk*tni3. 37Zll?r«Dl2.6?693r*C01Z. OzszTe+opjI. MS

33、HHtDlE T44?科屮QQQL 3B£34a-OChI圖1-30靜力分析應力云圖5零件改進由圖1-28零件的應力云圖可以看出，零件上的最大應力為80.9MPa，零件的安全系數(shù)較大，因此可以使用性能差一些的材料，這樣可以節(jié)省制造的成本；零件上應力小的部分比較多，同時考慮零件的結(jié)構(gòu)， 這里不對結(jié)構(gòu)進行更改。更改零件的材料為灰鑄鐵進行靜力分析，結(jié)果如圖1-31所示：最大von Mises為80.9MPa，安全系數(shù)圖1-31改進模型應力云圖約1.9，零件是安全的。6 成本節(jié)約本體零件的體積為1230.1 cm 3，使用可鍛鑄鐵的質(zhì)量為 8979.7g，以當前市場的價格 10000元/噸，

34、那 么生產(chǎn)10000件的成本為897970元；如果使用灰鑄鐵，質(zhì)量為 8856.7，以當前市場的價格 8000元/噸，那 么生產(chǎn)10000件的成本為 708536元。比較可知共節(jié)約成本 189434元。十、范例名：（Swaying Machine搖擺機構(gòu)）1 設計要求：該裝置為一電風扇的搖擺機構(gòu)，機構(gòu)的負載較小，設計載荷為50N。2分析零件件1本體零件是主要的承載零件，因此，這里對本體零件進行靜強度校核。3分析目的驗證件1本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求;4分析結(jié)果零件的材料選用灰鑄鐵，極限應力151.6MPa。按照書中尺寸進行建模， 件1本體零件的體積為 49.6cm3。 根據(jù)零件的

35、工作情況， 對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-32所示。模型的最大von Mises為4.9MPa,零件的安全系數(shù)約為 31。零件安全。4.4血|小十帥i. 2?43o4e*000i2. ftfi竝牝rHW2.i.ti祁伽六ML.4 Q鈿詐円皿圖1-32靜力分析應力云圖5零件改進零件上的應力很小，此機構(gòu)用于電風扇的搖擺機構(gòu)，因此需要盡量減輕裝置的質(zhì)量，將零件的材料換 成塑料件，使用 ABS塑料，材料的張力強度為30MPa。更改零件的材料為 ABS塑料進行靜力分析，結(jié)果如圖1-33所示：最大von Mises為4.7MPa，安全系數(shù)約6.4，零件是安全的。-a M&&24廣QOD

36、.3.理B9繼嚴帕D 3 3H960e*000,3 T29T29*+aOD_ 2 34DO%41"OOD_ 1 ?D4B54+D0D 1 nb2Qi«*mIT 刖帥in-Ml!3 9193&T(rQIH2 3Q4T-lr«-Dfl3圖1-33 改進模型應力云圖6 成本節(jié)約零件的體積為49.6 cm3,使用灰鑄鐵，零件的質(zhì)量為357.1g，生產(chǎn)10000件所需的材料質(zhì)量為 3571kg , 以當前的市場價格 8000元/噸，成本為28568元；使用ABS塑料，零件的質(zhì)量為 51.1g，生產(chǎn)10000件所 需的材料質(zhì)量為511kg，以當前的市場價格13000元

37、/噸，成本為6643元，那么可以節(jié)約材料成本為 21925 丿元。另外從制造方法看，后者節(jié)省加工成本。卜一、范例名：（Universal Vice萬向虎鉗）1 設計要求：萬向虎鉗為一夾緊裝置，設計最大夾緊力為 10000N。2分析零件件4活動鉗口零件是主要的承載零件之一，因此，這里對本體零件進行靜強度校核。3分析目的驗證件1本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；4分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵，極限應力275.7MPa。按照書中尺寸進行建模， 件4活動鉗口零件的體積為368.9cm。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-34所示。模型的最大von Mises為104.8MP

38、a,零件的安全系數(shù)約為 2.6。零件安全。砂擁 Hijitt(KF*)j 04792G*-*00£H-6. |i31F32k-*0095 H»1Te*QCI3. 5213012.i. rei aaooti4 533U8Ts-i?Cl圖1-34靜力分析應力云圖5小結(jié)萬向虎鉗中件4活動鉗口零件在工作過程中，當夾緊力達到最大值（10000N ）時，零件上的最大Mises為104.8MPa，安全系數(shù)約為 2.6，零件安全。由于在夾緊工件的時候，需要一定的夾緊面積，來保 證夾緊穩(wěn)定和不破壞工件，因此設計的零件是合理的，不進行改進。von1 設計要求:十二、范例名：（Graduator

39、分度機構(gòu)）設計一用于銃床的分度機構(gòu)，該機構(gòu)同時還起到夾緊零件的作用。工作過程中，銃削力900N。2分析零件件1本體零件是主要的承載零件之一，因此，這里對本體零件進行靜強度校核。3分析目的驗證件1本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；4分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵，極限應力275.7MPa。按照書中尺寸進行建模，件1本體零件的體積為圖1-36 改進模型應力云圖100cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-35所示。模型的最大von Mises為7.4MPa,零件的安全系數(shù)約為 41.1。零件安全。E-. g«B3«rt-flDDE-. r«

40、;*iDDQ>5.陽r制!5屮DQm4幹第0昇啊轉(zhuǎn)5. TL4-34E>d+«na 氧學卯p2.4?933&«+<O0Q< l.«M14v*4iO!0 1.244241 v+«09 良卯1 t幹斡利*詢鱒 .Jffi/i： 2. 75742a#fi>aag圖1-35靜力分析應力云圖5零件改進有圖1-35可以看出，該零件的應力較小，所以可以減小零間的厚度；并使用性能差一些的材料，這樣 可以節(jié)省制造的成本。修改零件材料為灰鑄鐵，極限應力171.6MPa ;并減小零件的壁厚，改進后零件的體積為77.8 cm3。對改進后的零

41、件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-36所示：最大von Mises為10.7MPa，安全系數(shù)約16,零件是安全的。6 成本節(jié)約零件原來的體積為100，質(zhì)量為730g,生產(chǎn)10000件需要可鍛鑄鐵材料7300kg，以當前市場價格10000元/噸，材料成本為 73000元；改進后零件的體積為77.8，質(zhì)量為560.2g，生產(chǎn)10000件需要灰鑄鐵材料5602kg，以當前市場價格 8000元/噸，材料成本為44816元。改進后，如果生產(chǎn) 10000件該零件，那么可 以在材料方面節(jié)約成本 28184元。十三、范例名：(Inflate Bump打氣泵)1 設計要求：(1) 打氣泵的最大工作壓力為1MPa。(2

42、) 輸入轉(zhuǎn)速為1450rpm。2分析零件件5曲柄零件和件8心軸零件是主要的傳遞動力的組件，因此，這里對這兩個零件進行靜強度校核、 模態(tài)分析和疲勞壽命。3分析目的(1) 驗證件5曲柄零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求。(2) 驗證件8心軸零件在給定的載荷下靜強度是否滿足需求。(3) 計算件8心軸零件的模態(tài)。(4) 計算件8心軸零件的疲勞壽命。4分析結(jié)果工作壓力為1MPa，計算得施加在件5曲柄零件上的力為314N ;施加在件 8心軸零件上的轉(zhuǎn)矩為2.36N m。1 曲柄零件零件的材料選用灰鑄鐵，極限應力151.6MPa。按照書中尺寸進行建模，件5曲柄零件的體積為1.4cm3。根據(jù)零件的工作情況，

43、對該零件進行靜力分析， 結(jié)果如圖1-37所示。模型的最大von Mises為17.4MPa, 零件的安全系數(shù)約為 8.7。零件安全。圖1-37靜力分析應力云圖2 .心軸零件1、靜力分析零件的材料選用 AISI 1020，屈服強度為351.6MPa。按照書中尺寸進行建模，件8心軸零件的體積為1.9cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-38所示。模型的最大von Mises為190.9MPa, 零件的安全系數(shù)約為1.8。零件安全。圖1-38靜力分析應力云圖L 2.47®513e*0Cl5零件改進1曲柄零件按書中尺寸建立模型，在工作載荷下，模型的最大von Mise

44、s為17.4，安全系數(shù)為8.7,零件是安全的,零件的結(jié)構(gòu)是比較合理的，這里不作改進。2 .心軸零件心軸零件的靜力分析應力云圖顯示，零件上存在應力集中，可以改進零件的結(jié)構(gòu)來減小應力集中，改 進模型的體積為21.9cm3。修改后，對模型進行靜力分析，零件的應力云圖如圖1-39所示，模型上最大 von Mises為74.4MPa ,安全系數(shù)提高至4.7。T 43553 Te+OOl6. Bl6 l?6281e+0015.576653e*0014.95T025e+0014.sarssTt+ooi3. HTT6e*001L 3. mUumi1. 3910016=005snrioe+ofls圖1-39 改

45、進模型應力云圖6心軸零件疲勞壽命和模態(tài)分析1 .模態(tài)分析對改進后的模型進行模態(tài)分析，圖1-40的“列舉模式”對話框中列出了該零件的前5階共振頻率，第一階共振頻率遠大于其工作頻率，因此在工作過程中，不會出現(xiàn)共振情況，零件的模態(tài)分析是安全的。圖1-40模式列表2 .疲勞壽命周期載荷為峰值為314N , LR=-0.5，周期個數(shù)：1000000。對零件進行疲勞分析，得到零件的損壞云圖、生命總數(shù)云圖分別如圖1-41圖1-43所示，零件是安全的。L GDI 0004+000 - L. ODOSLTa*DQO L Q-OOTSOiOO®* |.啊M田屮L憶血"帕L LO-QWLTf+O

46、Ot i.叭Q非2屮QQlt-L 0002*504+000I I. UDOlETfli-DQOi.H0n«+DQ4I. MQMCK+DOV圖1-41損壞云圖 I. «DlDiS«*»DSB. 00?3Tb-+GK.U. QD0«33t-+OK_ B. 0DK175aft*0l>6_ B. ODQES7t-+OKb.u. ooai5Dafc-+oi)&B. 00047 6-+0«財日屮D6B. 004250006l fl<Qau7t*aKU. OOQOBIOKiI.皿頓0*06圖1-42生命總數(shù)云圖I*,玄 憑屮Cb

47、K 3.- 2.盟0屮曲.2弓箭r+Qtt 2 KTlr+OW 1. M7«*O<£_ 1. SSit+ftiS-1.咖a , ?Mt+flO5-6. 3.1. LEEr町Q圖1-43安全系數(shù)云圖7小結(jié)通過本節(jié)的分析結(jié)果，不對件5曲柄零件進行改進。對于件 8心軸零件，對其結(jié)構(gòu)進行了改進，雖然單個零件在體積上增加了2.9 cm3,但是安全系數(shù)由原來的1.8提高至4.7。十四、范例名：（Lathe Feed Stopping Devic車床進刀停止器）1設計要求：設計一用于車床的進刀停止器，用于限制進刀切削的長度。設計工作載荷為1000N。2分析零件件1本體零件是主要的承

48、載零件之一，因此，這里對本體零件進行靜強度校核。3分析目的驗證件1本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；4分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵， 極限應力275.7MPa。按照書中尺寸進行建模，件1本體零件的體積為 96cm3。 根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-44所示。模型的最大von Mises為35MPa,零件的安全系數(shù)約為 7.9。零件安全。5零件改進，J EQ沖汨QD】.2. 91£r33t+l>0.丄 £231/9：屮OD1a 2 33363Jt+ft0iJ M訓韓t+Q4il1 r3C53Je*OD1.43«9Q3r+W91

49、 iS7433r+JQa t T5*e2?e+900 車 &4B92T*ana a_貯“站屮1器M勺址-0D2>T5T440f»-002圖1-44靜力分析應力云圖零件的安全系數(shù)為 8,可以使用性能差一些的材料來制造零件，以節(jié)省成本。更改零件的材料為灰鑄 鐵，極限應力為151.6MPa。對更改后的模型進行靜力分析，得到零件的應力云圖如圖1-45所示，最大von Mises為35MPa，安全系數(shù)為4.3,零件安全。von KLEAi；(MFa)3. 4998D3*QOIi3. 2Da25T«*aOiLL 2. -93GMIO*O»L-3.L a 45ar

50、s«*oqi|i L I. UT42!*QM-ft. 7507T3»*O»Q圖1-45 更改材料應力云圖6 成本節(jié)約模型的體積為96 cm3，使用可鍛鑄鐵，其質(zhì)量為700.8g，生產(chǎn)10000件該零件所需的材料為7008kg，以當前的市場價格10000元/噸，成本為70080元；使用灰鑄鐵，其質(zhì)量為 691.2g，生產(chǎn)10000件該零件所 需的材料為6912kg，以當前的市場價格 8000元/噸，成本為55296元。比較上述可知，使用灰鑄鐵制造該 零件，生產(chǎn)10000件，可節(jié)省材料成本 14784元。十五、范例名：（Tooltable頂心座）1設計要求：該裝置為一

51、頂心座，設計提供了最大軸向推力為2000N。2分析零件件1本體零件是主要的承載零件之一，因此，這里對本體零件進行靜強度校核。3分析目的驗證件1本體零件在給定的載荷下靜強度是否滿足要求；4分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵，極限應力275.7MPa。按照書中尺寸進行建模，件1本體零件的體積為239.6cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進行靜力分析，結(jié)果如圖1-46所示。模型的最大von Mises為27.4MPa,零件的安全系數(shù)約為10。零件安全。,'xts （f/wi' S （匝）2.Z. QE-|!3 BZ4iDQl1. fflZMrKJDl丄.£0出12電卜DM1.1.E-.4.2.2.