solidworks有限元分析16.pdf

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1、注意:本文件内容只是一个简短的分析报告样板，其内相关的分析条件、设置和结果不一定是正确的，您还是要按本书正文所教的自行来做。一、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

2、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：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。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

3、情况。模态验证符合设计要求。2。凸轮轴零件材料：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。图 1-5 应力云图图 1-6 模态分析2 模态分析图 1-6 的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在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

4、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188cm3。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，

5、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。二、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

6、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 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 成本节约模型原来的体积为6

7、8.7cm3，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。三、范例名：(Electromagnetism Valve电磁阀)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151.6MP

8、a。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积为57.7cm3，

9、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。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

10、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。图 1-13 底座零件应力云图2。摇摆座零件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。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67.2M

11、Pa，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。图 1-15 改进模型应力云图2。摇摆座零件由图 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 M

12、ises 为 50.4MPa，安全系数约3。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)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

13、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。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。图 1-17 套筒零件应力云图2疲劳分析周期载荷为P=4MPa，LR=0，周期个数：1000000。对零件进行疲劳分析，得到

14、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

15、、验证件 1 本体零件在给定的载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。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

16、，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。七、范例名：

17、(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

18、 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。图 1-23 曲柄零件应力云图（2）连杆零件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,零件的安全系数约为20.8。零件安全。图 1-24 连杆零件应力云图2模态分析

19、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静力分析，结果如图1-26 所示：最大von Mises 为 42.9M

20、Pa，安全系数约5.1，零件是安全的。图 1-26 改进后模型应力云图（2）连杆零件由图 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25.3cm3。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

21、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场合，设计工作载荷为2000N。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。

22、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。图 1-29 改进模型应力云图6 成本节约本体零件

23、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 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

24、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。图 1-30 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

25、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。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荷下静

26、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，安全系数约 6.4

27、，零件是安全的。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

28、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。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.

29、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、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

30、。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730

31、0kg，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。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

32、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2心轴零件1、静力分析零件的材料选

33、用AISI 1020，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，

34、对模型进行静力分析，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。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。图 1-40 模式列表2疲劳寿命周期载荷为峰值为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

35、坏云图图 1-42 生命总数云图图 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

36、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。模型的最大von Mises 为 35MPa,零件的安全系数约为7.9。零件安全。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。图 1-45 更改材料应力云图6 成本节约模型的体积为96 cm

37、3，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。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

38、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。

39、改进后两个零件的体积为198.1cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-47 所示：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，

40、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：(Reciprocator往复机构)1 设计要求：该装置为一往复机构，设计提供了最大推力为4000N。2 分析零件件 1 本体零件和件3 滑动板零件是主要的承载零件，因此，这里对本体零件和滑动板零件进行静强度校核。3 分析目的验证件 1 本体零件和件3 滑动板零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4 分析结果1。本体零件零件的材料选用灰铸铁，极限应力为151.6MPa。按照书中尺寸进行建模，件1 本体零件的体积为1144.9cm3。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-48 所示。模型的最大von

41、 Mises 为 14.5MPa,零件的安全系数约为10.4。零件安全。图 1-48 静力分析应力云图2。滑动板零件零件的材料选用普通碳钢，屈服力为220.6MPa。按照书中尺寸进行建模，件3 滑动板零件的体积为522.2cm3。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-49 所示。模型的最大von Mises 为 9.3MPa,零件的安全系数约为23.7。零件安全。图 1-49 静力分析应力云图5 零件改进1。本体零件由图 1-48 零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为14.5MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚

42、度，从而减轻零件的质量。改进后两个零件的体积为902.9cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-50 所示：最大von Mises 为 17.7MPa，安全系数约8.6，零件是安全的。图 1-50 改进后模型应力云图2。滑动板零件由图 1-49 零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为9.3MPa，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410.2cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-51 所示：最大von Mises 为 9.6MPa，安全系数约23，零件是安全的。图 1-51

43、 改进后模型应力云图6 成本节约件 1 本体零件的材料为灰铸铁，改进前体积为1144.9 cm3，改进后体积为902.9 cm3，每件体积减小了242 cm3，减小质量为1742.4g，生产 10000 件该零件，可以节省材料17424kg，以当前的市场价格8000 元/吨，可以节省139392 元；件 3 滑动板零件的材料为普通碳钢，改进前体积为522.2 cm3，改进后体积为410.2 cm3，每件体积减小了112 cm3，减小质量为873.6g，生产 10000 件该零件，可以节省材料7326kg，以当前的市场价格12000 元/吨，可以节省87912 元。合计生产10000 件该往复机构，可以节省材料成本227304 元。