2022年solidworks仿真simulation实例 .pdf

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1、一、范例名：(Lifter 升降机构 ) 1 设计要求：（1）输入转速1500rpm。（2）额定提升载荷2000N。2 分析零件该升降装置中，蜗杆、蜗轮是传动装置，本体零件是主要的承载部分。因此，这里对本体零件进行静力分析。3 分析目的验证本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。4 分析结果按书中尺寸建立模型，零件体积为68.7cm3。材料选用可锻铸铁，极限应力275.7MPa。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析，结果如图1-9 所示。模型的最大von Mises 为 62.1MPa, 零件的安全系数约为4.4。图 1-9 本体零件应力云图5 零件改进由零件的应力云图可以看出，零件

2、上的最大应力为62.1MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔，可以对这些部位减小尺寸，从而减轻零件的质量。除了减小了零件的厚度外，还更改了模型上加强筋结构的尺寸和结构。改进后零件的体积为60cm3名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 32 页 - - - - - - - - - 对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-10 所示：最大von Mises 为 120.5MPa，安全系数约2.3。图 1-10 改进模型应力云图6 成本节约模

3、型原来的体积为68.7cm3，改进后的模型的体积为60cm3，体积减少了8.7cm3，每件减少的重量为63.5g，如果生产10000 件，那么总共可节省材料635kg，以当前可锻铸铁的市场价格为10000 元/吨，那么可以节省 6350 元。二、范例名：(Gas Valve 气压阀 ) 1 设计要求：（1）输入转速1500rpm。（2）额定输出压力5Mpa，最大压力10Mpa。2 分析零件该气压泵装置中，推杆活塞、凸轮轴和箱体三个零件是主要的受力零件，因此对这三个零件进行结构分析。3 分析目的（1）验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（2）分析凸轮轴零件和推杆活塞零件的模态，在工作过程中

4、避开共振频率。（3）计算凸轮轴零件的工作寿命。4 分析结果1.。推杆活塞零件材料：普通碳钢。在模型上直接测量得活塞推杆的受力面积S 为： 162mm2， 由 F=PS 计算得该零件端面的力F 为： 1620N。所得结果包括：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 32 页 - - - - - - - - - 1 静力计算：（1）应力。如图1-1 所示，由应力云图可知，最大应力为21Mpa，静强度设计符合要求。（2）位移。如图1-2 所示，零件变形导致的最大静位移为

5、2.2e-6m。（3）应变。如图1-3 所示，应变云图与应力云图的对应的，二者之间存在一转换关系。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-1 应力云图图 1-2 位移云图图 1-3 应变云图图 1-4 模态分析2 模态分析：图 1-4 的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在工作载荷下，其前三阶的模态的频率远远大于输入转速的频率，因此在启动及工作过程中，该零件不会发生共振情况。模态验证符合设计要求。2。凸

6、轮轴零件材料： 45 钢，屈服强度355MPa。 根据活塞推杆的受力情况，换算至该零件上的扭矩约为10.5Nm。 1 静力分析：如图 1-5 所示为“凸轮轴”零件的应力云图，零件上的最大应力为212Mpa，平均应力约为120MPa，零件的安全系数约为1.7，符合设计要求。2 模态分析图 1-5 应力云图图 1-6 模态分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-6 的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在

7、工作载荷下的模态参数，“模式1”的结果为其自由度内的模态，不作为校核参考。第二阶模态的频率远远大于输入转速的频率，因此在启动及工作过程中，该零件不会发生共振情况。模态验证符合设计要求。3箱体零件按书中尺寸建立模型，零件体积254cm3。材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。 对该零件进行静力分析，结果如图1-7 所示。模型的最大von Mises 为 16.1MPa,零件的安全系数约为9.4。图 1-7 箱体应力云图5 零件改进箱体零件的安全系数很大，这里通过减小零件的厚度来减小零件的重量。模型中有很大部分的应力很小，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔，可以去掉部分材料，改进后零件的体积为18

8、8cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-8 所示：最大von Mises 为 26.1MPa，安全系数约5.8。图 1-8 改进模型应力云图6 成本节约模型原来的体积为254cm3，改进后的模型的体积为188cm3，体积减少了66cm3，每件减少的重量为475g，如果生产10000 件，那么总共可节省材料4750kg，以当前灰铸铁的市场价格为8000 元/吨，那么可以节省 38000 元。三、范例名：(Electromagnetism Valve 电磁阀 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

9、 - - - - - - - 第 5 页，共 32 页 - - - - - - - - - 1 设计要求：电磁阀的额定工作压力为2MPa，最大工作压力为4MPa。2 分析零件该升降装置中本体零件是主要的承载部分。因此，这里对本体零件进行静力分析。3 分析目的验证本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。4 分析结果按书中尺寸建立模型，零件体积为57.7cm3。材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 32 页 - - - -

10、 - - - - - 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析，结果如图1-11 所示。模型的最大von Mises 为 60.5MPa, 零件的安全系数约为2.5。图 1-11 本体零件应力云图5 零件改进由零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为60.5MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔和管罗纹接口等，可以对一些应力较小的部位减小尺寸，从而减轻零件的质量。改进后零件的体积为48.6cm3对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-12 所示：最大von Mises 为 104.1MPa，安全系数约1.46。图 1-12 改进模型应力云图6 成本节约模型原来的体

11、积为57.7cm3，改进后的模型的体积为48.6cm3，体积减少了9.1cm3，每件减少的重量为65.5g，如果生产10000 件，那么总共可节省材料655kg，以当前可锻铸铁的市场价格为10000 元/吨，那么可以节省 6550 元。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 32 页 - - - - - - - - - 四、范例名：(Drill Clamp 钻模夹具 ) 1 设计要求：夹具用于钻床使用，最大轴向钻削力为1800N。2 分析零件该钻模夹具装置中底座和

12、摇摆座两个零件是主要的承载部分。因此，这里对底座和摇摆座零件进行静力分析。3 分析目的（1）验证底座零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（2）验证摇摆座零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。4 分析结果1。底座零件按书中尺寸建立模型，零件体积为63.6cm3。材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。 根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-13 所示。模型的最大von Mises 为 6.7 MPa, 零件的安全系数约为22.6。2。摇摆座零件图 1-13 底座零件应力云图按书中尺寸建立模型，零件体积为42.2cm3。材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。 根据零件的工作

13、情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-14 所示。模型的最大von Mises 为 49.8MPa, 零件的安全系数约为3。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-14 摇摆座零件应力云图5 零件改进1。底座零件由图 1-13 的底座零件应力云图可以看出，零件上的最大应力为67.2MPa， 零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后

14、零件的体积为51.6cm3对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-15 所示：最大von Mises 为 28.1MPa，安全系数约5.4。2。摇摆座零件图 1-15 改进模型应力云图由图 1-14 的底座零件应力云图可以看出，零件上的最大应力为49.8MPa， 零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后零件的体积为37.5cm3对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-16 所示：最大von Mises 为 50.4MPa，安全系数约3。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

15、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-16 改进模型应力云图6 成本节约底座和摇摆座模型原来的体积分别为63.6cm3 和 42.2 cm3， 改进后的模型的体积分别为51.6 cm3 和 37.5 cm3， 体积共减少了16.7cm3， 每件减少的重量为120.24g， 如果生产 10000 件， 那么总共可节省材料1202.4kg，以当前灰铸铁的市场价格为8000 元/吨，那么可以节省9619.2 元。五、范例名： CH07(Diesel Oil Engine Pump 柴油引擎燃料泵)

16、 1 设计要求：该装置为柴油引擎燃料泵，最高工作压力为4MPa。2 分析零件件 3 套筒零件的内腔用来将燃料增压，件 3 套筒零件的损坏情况可能为强度破坏，也可能为疲劳破坏，因此分析件3 套筒零件的静强度和疲劳强度。3 分析目的1、验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；2、求解模型在给定工作载荷下的疲劳寿命。4 分析结果1静力分析按书中尺寸建立模型，零件体积为8cm3。材料选用AISI 1020 ，屈服应力351.6MPa。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页

17、，共 32 页 - - - - - - - - - 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图1-17 所示。模型的最大von Mises 为 25.8 MPa, 零件的安全系数约为13.6。零件安全。2疲劳分析图 1-17 套筒零件应力云图周期载荷为P=4MPa，LR=0 ，周期个数： 1000000。对零件进行疲劳分析，得到零件的损坏云图、生命总数云图和安全系数云图分别如图1-18图 1-20 所示，由安全系数云图可以看出，零件是安全的。图 1-18 损坏应力云图图 1-19 生命总数云图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

18、- - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-20 安全系数云图5 小结本节验证了柴油引擎燃料泵装置里件3 套筒零件的静强度和疲劳强度，计算结果表明，两项指标均符合设计要求。考虑到成本和结构问题，这里不作改进。六、范例名：(Turning Machine 转向机构 ) 1 设计要求：该装置为一转向机构，该机构主要用于需要换向的场合，设计工作载荷为600N。2 分析零件件 1 本体零件和件4 端盖零件是主要的承载零件，因此，这里对本体和端盖零件进行静强度校核。3 分析目的1、验证件 1 本体零件在给定的载

19、荷下静强度是否满足要求；2、验证件 4 端盖零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4 分析结果两个零件的材料均选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。按照书中尺寸进行建模，件1 本体零件和件4 端盖零件的体积分别为133 cm3 和 16.7 cm3，总体积为149.7 cm3。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析，结果如图1-21 所示。 模型的最大von Mises 为 51.3 MPa, 零件的安全系数约为3。零件安全。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12

20、 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-21 静力分析应力云图5 零件改进由图 1-21 的装配体的应力云图可以看出，零件上的最大应力为51.3MPa， 零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后两个零件的体积为139.5cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-22 所示：最大von Mises 为 52MPa，安全系数约2.9，零件是安全的。图 1-22 改进模型应力云图6 成本节约本体和端盖零件原来的体积之和为149.7 cm3，改进后这两个零件的体积之和为139.5 cm3，每件

21、体积减少了 10.2 cm3，每件减少的重量为73.44g，如果生产10000 件，那么总共可节省材料734.4kg，以当前灰铸铁的市场价格为8000 元/吨，那么可以节省5875.2 元。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 32 页 - - - - - - - - - 七、范例名： (Air Compressor 空气压缩机 ) 1 设计要求：空气压缩机的额定功率为2Kw ，输入转速为1450r/min 。2 分析零件件 3 曲轴零件和件4 连杆零件是主要

22、的传动机构，这里分析这两个零件，包括静力强度、模态和疲劳强度。3 分析目的1、验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；2、求解模型在给定工作载荷下的疲劳寿命。（1）验证件3 曲柄零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（2）验证件4 连杆零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（3）计算件3 曲柄零件的模态，在工作过程中避开共振频率。4 分析结果计算得输入转矩为：16.5Nm，换算至曲轴和连杆上，相当于作用一571N 的力，这里以600N 来计算。1静力分析（1）曲柄零件按书中尺寸建立模型，零件体积为130.4cm3。材料选用普通碳钢，屈服应力220.6MPa。 根据零件的工作情况，对该零件进行

23、静力分析，结果如图1-23 所示。模型的最大von Mises 为 23.2MPa, 零件的安全系数约为9.5。零件安全。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 32 页 - - - - - - - - - （2）连杆零件图 1-23 曲柄零件应力云图按书中尺寸建立模型，零件体积为29cm3。材料选用普通碳钢，屈服应力151.6MPa。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析，结果如图 1-23 所示。模型的最大von Mises 为 7.3MPa, 零件的

24、安全系数约为20.8。零件安全。2模态分析图 1-24 连杆零件应力云图图 1-25 的“列举模式”对话框中列出了“曲柄”零件的模态。“模式号1”为其未约束的自由度的模态，在工作中没有意义。第二阶的模态的频率远远大于输入转速的频率，因此在启动及工作过程中，该零件不会发生共振情况。模态验证符合设计要求。图 1-25 模态分析5 零件改进（1）曲柄零件由图 1-23 的应力云图可以看出，零件上的最大应力为23.3MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如质量平衡、钻螺孔纹等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后两个零件的体积为88.8cm3。对改进后的模型运行

25、静力分析，结果如图 1-26 所示：最大von Mises 为 42.9MPa，安全系数约5.1，零件是安全的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 32 页 - - - - - - - - - （2）连杆零件图 1-26 改进后模型应力云图由图 1-24 的应力云图可以看出，零件上的最大应力为7.3MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如质量平衡、钻螺孔纹等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后两个零件的体积为25.3

26、cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图 1-27 所示：最大von Mises 为 8.8MPa，安全系数约17.2，零件是安全的。图 1-27 改进后模型应力云图6 成本节约曲柄零件的体积减小了41.6，重量减轻了324.5g，如果生产10000 件，那么总共可节省材料3245kg；连杆零件的体积减小了3.7，重量减轻了26.6g，如果生产10000 件，那么总共可节省材料266kg。以当前市场的普通碳钢价格12000 元 /吨和灰铸铁的价格8000 元/吨，总共可节约成本41068 元。八、范例名：(Retarder减速机 ) 1 设计要求：该装置为一减速机，该机构主要用于需要变速的

27、场合，设计工作载荷为2000N。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 32 页 - - - - - - - - - 2 分析零件件 1 本体零件是主要的承载零件，因此，这里对本体零件进行静强度校核。3 分析目的验证件 1 本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4 分析结果零件的材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。按照书中尺寸进行建模，件1 本体零件的体积为198.6cm3。根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析，结果如图1-28 所示。模型的最大

28、von Mises 为 93.7MPa, 零件的安全系数约为1.6。零件安全。图 1-28 静力分析应力云图5 零件改进由图 1-28 零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为93.7MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后两个零件的体积为171.6cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图 1-29 所示：最大von Mises 为 98.2MPa，安全系数约1.5，零件是安全的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心

29、整理 - - - - - - - 第 17 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-29 改进模型应力云图6 成本节约本体零件原来的体积为198.6cm3，改进后零件的体积为171.6cm3，每件体积减少了27cm3，每件减少的重量为194.4g，如果生产10000 件，那么总共可节省材料1994kg，以当前灰铸铁的市场价格为8000 元/ 吨，那么可以节省15952 元。九、范例名：(Tow Hook 牵引钩 ) 1 设计要求：该装置为一拖拽车辆用的牵引钩，设计工作载荷为20000N。2 分析零件件 1 本体零件是主要的承载零件，因此，这里对本体零件进行静强度校核。3

30、分析目的验证件 1 本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4 分析结果零件的材料选用可锻铸铁，极限应力275.7MPa。按照书中尺寸进行建模，件1 本体零件的体积为1230.1cm3。根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析，结果如图1-30 所示。模型的最大von Mises 为 80.9MPa, 零件的安全系数约为3.4。零件安全。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-30 静力分析应力云图5 零

31、件改进由图 1-28 零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为80.9MPa，零件的安全系数较大，因此可以使用性能差一些的材料，这样可以节省制造的成本；零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，这里不对结构进行更改。更改零件的材料为灰铸铁进行静力分析，结果如图1-31 所示：最大von Mises 为 80.9MPa，安全系数约 1.9，零件是安全的。图 1-31 改进模型应力云图6 成本节约本体零件的体积为1230.1 cm3，使用可锻铸铁的质量为8979.7g，以当前市场的价格10000 元/吨，那么生产 10000 件的成本为897970 元；如果使用灰铸铁，质量为8856.7，以

32、当前市场的价格8000 元/吨，那么生产 10000 件的成本为708536 元。比较可知共节约成本189434 元。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 32 页 - - - - - - - - - 十、范例名： (Swaying Machine 摇摆机构 ) 1 设计要求：该装置为一电风扇的摇摆机构，机构的负载较小，设计载荷为50N。2 分析零件件 1 本体零件是主要的承载零件，因此，这里对本体零件进行静强度校核。3 分析目的验证件 1 本体零件在给定的载

33、荷下静强度是否满足要求；4 分析结果零件的材料选用灰铸铁， 极限应力151.6MPa。 按照书中尺寸进行建模，件 1 本体零件的体积为49.6cm3。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图 1-32 所示。模型的最大von Mises 为 4.9MPa, 零件的安全系数约为31。零件安全。图 1-32 静力分析应力云图5 零件改进零件上的应力很小，此机构用于电风扇的摇摆机构，因此需要尽量减轻装置的质量，将零件的材料换成塑料件，使用ABS 塑料，材料的张力强度为30MPa。更改零件的材料为ABS 塑料进行静力分析，结果如图1-33 所示：最大von Mises 为 4.7MPa，安全

34、系数约 6.4，零件是安全的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-33 改进模型应力云图6 成本节约零件的体积为49.6 cm3，使用灰铸铁， 零件的质量为357.1g，生产 10000 件所需的材料质量为3571kg，以当前的市场价格8000 元/吨，成本为28568 元；使用ABS 塑料，零件的质量为51.1g，生产 10000 件所需的材料质量为511kg，以当前的市场价格13000 元 /吨，成本

35、为 6643 元，那么可以节约材料成本为21925 元。另外从制造方法看，后者节省加工成本。十一、范例名： (Universal Vice 万向虎钳 ) 1 设计要求：万向虎钳为一夹紧装置，设计最大夹紧力为10000N。2 分析零件件 4 活动钳口零件是主要的承载零件之一，因此，这里对本体零件进行静强度校核。3 分析目的验证件 1 本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4 分析结果零件的材料选用可锻铸铁，极限应力 275.7MPa。按照书中尺寸进行建模，件 4 活动钳口零件的体积为68.9cm3。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

36、- - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 32 页 - - - - - - - - - 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图 1-34 所示。模型的最大von Mises 为 104.8MPa, 零件的安全系数约为2.6。零件安全。图 1-34 静力分析应力云图5 小结万向虎钳中件4 活动钳口零件在工作过程中，当夹紧力达到最大值（10000N）时，零件上的最大von Mises 为 104.8MPa，安全系数约为2.6，零件安全。由于在夹紧工件的时候，需要一定的夹紧面积，来保证夹紧稳定和不破坏工件，因此设计的零件是合理的，不进行改进。十二

37、、范例名：(Graduator 分度机构 ) 1 设计要求：设计一用于铣床的分度机构，该机构同时还起到夹紧零件的作用。工作过程中，铣削力900N。2 分析零件件 1 本体零件是主要的承载零件之一，因此，这里对本体零件进行静强度校核。3 分析目的验证件 1 本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4 分析结果零件的材料选用可锻铸铁，极限应力275.7MPa。按照书中尺寸进行建模，件1 本体零件的体积为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 32 页 - - -

38、- - - - - - 100cm3。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图 1-35 所示。模型的最大von Mises 为 7.4MPa, 零件的安全系数约为41.1。零件安全。图 1-35 静力分析应力云图5 零件改进有图 1-35 可以看出， 该零件的应力较小，所以可以减小零间的厚度；并使用性能差一些的材料，这样可以节省制造的成本。修改零件材料为灰铸铁，极限应力171.6MPa；并减小零件的壁厚，改进后零件的体积为77.8 cm3。对改进后的零件进行静力分析，结果如图1-36 所示：最大von Mises 为 10.7MPa，安全系数约16，零件是安全的。图 1-36 改进

39、模型应力云图6 成本节约零件原来的体积为100， 质量为 730g， 生产 10000 件需要可锻铸铁材料7300kg， 以当前市场价格10000 元/吨，材料成本为73000 元；改进后零件的体积为77.8，质量为560.2g，生产10000 件需要灰铸铁材料5602kg，以当前市场价格8000 元/吨，材料成本为44816 元。改进后，如果生产10000 件该零件，那么可以在材料方面节约成本28184 元。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 32 页 -

40、 - - - - - - - - 十三、范例名：(Inflate Bump 打气泵 ) 1 设计要求：（1）打气泵的最大工作压力为1MPa。（2）输入转速为1450rpm。2 分析零件件 5 曲柄零件和件8 心轴零件是主要的传递动力的组件，因此，这里对这两个零件进行静强度校核、模态分析和疲劳寿命。3 分析目的（1）验证件5 曲柄零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（2）验证件8 心轴零件在给定的载荷下静强度是否满足需求。（3）计算件8 心轴零件的模态。（4）计算件8 心轴零件的疲劳寿命。4 分析结果工作压力为1MPa，计算得施加在件5 曲柄零件上的力为314N；施加在件8 心轴零件上的转矩为

41、2.36N m。1曲柄零件零件的材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。 按照书中尺寸进行建模，件 5 曲柄零件的体积为1.4cm3。根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析，结果如图1-37 所示。模型的最大von Mises 为 17.4MPa, 零件的安全系数约为8.7。零件安全。图 1-37 静力分析应力云图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 32 页 - - - - - - - - - 2心轴零件1、静力分析零件的材料选用AISI 1020 ，

42、屈服强度为351.6MPa。按照书中尺寸进行建模，件8 心轴零件的体积为1.9cm3。根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图 1-38 所示。模型的最大von Mises 为 190.9MPa, 零件的安全系数约为1.8。零件安全。图 1-38 静力分析应力云图5 零件改进1曲柄零件按书中尺寸建立模型，在工作载荷下， 模型的最大von Mises 为 17.4，安全系数为8.7，零件是安全的，零件的结构是比较合理的，这里不作改进。2心轴零件心轴零件的静力分析应力云图显示，零件上存在应力集中，可以改进零件的结构来减小应力集中，改进模型的体积为21.9cm3。修改后，对模型进行静力

43、分析，零件的应力云图如图1-39 所示，模型上最大von Mises 为 74.4MPa，安全系数提高至4.7。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-39 改进模型应力云图6 心轴零件疲劳寿命和模态分析1模态分析对改进后的模型进行模态分析，图 1-40 的“列举模式”对话框中列出了该零件的前5 阶共振频率， 第一阶共振频率远大于其工作频率，因此在工作过程中，不会出现共振情况，零件的模态分析是安全的。2疲劳寿

44、命图 1-40 模式列表周期载荷为峰值为314N，LR=-0.5 ，周期个数：1000000。对零件进行疲劳分析，得到零件的损坏云图、生命总数云图分别如图1-41图 1-43 所示，零件是安全的。图 1-41 损坏云图图 1-42 生命总数云图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-43 安全系数云图7 小结通过本节的分析结果，不对件5 曲柄零件进行改进。对于件8 心轴零件，对其结构进行了改进，虽然单个零件在

45、体积上增加了2.9 cm3，但是安全系数由原来的1.8 提高至 4.7。十四、范例名：(Lathe Feed Stopping Device 车床进刀停止器 ) 1 设计要求：设计一用于车床的进刀停止器，用于限制进刀切削的长度。设计工作载荷为1000N。2 分析零件件 1 本体零件是主要的承载零件之一，因此，这里对本体零件进行静强度校核。3 分析目的验证件 1 本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4 分析结果零件的材料选用可锻铸铁，极限应力 275.7MPa。 按照书中尺寸进行建模，件 1 本体零件的体积为96cm3。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图 1-44 所示。模

46、型的最大von Mises 为 35MPa, 零件的安全系数约为7.9。零件安全。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-44 静力分析应力云图5 零件改进零件的安全系数为8，可以使用性能差一些的材料来制造零件，以节省成本。更改零件的材料为灰铸铁，极限应力为151.6MPa。对更改后的模型进行静力分析，得到零件的应力云图如图1-45 所示，最大von Mises 为 35MPa，安全系数为 4.3，零件安全。

47、6 成本节约图 1-45 更改材料应力云图模型的体积为96 cm3，使用可锻铸铁，其质量为700.8g，生产 10000 件该零件所需的材料为7008kg，以当前的市场价格10000 元/吨，成本为70080 元；使用灰铸铁，其质量为691.2g，生产 10000 件该零件所需的材料为6912kg，以当前的市场价格8000 元/吨，成本为55296 元。比较上述可知，使用灰铸铁制造该零件，生产10000 件，可节省材料成本14784 元。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

48、 28 页，共 32 页 - - - - - - - - - 十五、范例名：(Tooltable 顶心座 ) 1 设计要求：该装置为一顶心座，设计提供了最大轴向推力为2000N。2 分析零件件 1 本体零件是主要的承载零件之一，因此，这里对本体零件进行静强度校核。3 分析目的验证件 1 本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4 分析结果零件的材料选用可锻铸铁，极限应力275.7MPa。按照书中尺寸进行建模，件1 本体零件的体积为239.6cm3。根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析，结果如图1-46 所示。模型的最大von Mises 为 27.4MPa, 零件的安全系数约为10。零

49、件安全。图 1-46 静力分析应力云图5 零件改进由图 1-46 零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为27.4MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量；另外选用性能差一些的材料来降低零件的成本，使用灰铸铁。改进后两个零件的体积为198.1cm3。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 29 页，共 32 页 - - - - - - - - - 对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-47 所

50、示：最大von Mises 为 33.MPa，安全系数约4.6，零件是安全的。图 1-47 改进模型应力云图6 成本节约该零件原来体积为239.6，使用可锻铸铁材料，每件的质量为1749.1g，生产 10000 件零件，使用的材料为 17491kg，以当前的市场价格10000 元/吨，材料成本为174910 元；改进后的零件体积为198.1，使用灰铸铁材料， 每件的质量为1426.3g，生产 10000 件零件， 使用的材料为14263kg，以当前的市场价格8000 元/吨，材料成本为114104 元。比较结果，改进零件后，生产10000 件该零件，可以节约材料成本60806 元。十六、范例名