solidworks有限元分析16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(guān)的分析條件、設(shè)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。、范例名：(GasValve氣壓閥)設(shè)計要求：輸入轉(zhuǎn)速1500rpm。額定輸出壓力5Mpa，最大壓力lOMpa。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(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。分析目的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。計算凸輪軸零件的工作壽命。分析結(jié)果。推桿活塞零件材料：普通碳鋼。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

2、面的力F為:1620N。所得結(jié)果包括：1靜力計算:應(yīng)力。如圖1-1所示，由應(yīng)力云圖可知，最大應(yīng)力為21Mpa，靜強度設(shè)計符合要求。位移。如圖1-2所示，零件變形導(dǎo)致的最大靜位移為2.2e-6m。應(yīng)變。如圖1-3所示，應(yīng)變云圖與應(yīng)力云圖的對應(yīng)的，二者之間存在一轉(zhuǎn)換關(guān)系。2.237e-iJUE.2.050e-0061.677&-006-1.491e-0061.305e-0061.118e-LiiJb-3.313e-007-7.455e-0075.532e-iJi.IT3.728e-iJiJ71.S64e-0071.OOOe-U：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

3、態(tài)驗證符合設(shè)計要求。1.S&4&-0062模態(tài)分析:心、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10.5Nm。1靜力分析：如圖1-5所示為“凸輪軸”零件的應(yīng)力云圖，零件上的最大應(yīng)力為212Mpa,平均應(yīng)力約為120MPa,零件的安全系數(shù)約為1.7，符合設(shè)計要求。vonXises2)12.12S437e+0021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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shè)

4、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(yīng)力151.6MPa。對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-7所示。模型的最大vonMises為16.1MPa，零件的安全系數(shù)約為9.4。5零件改進(jìn)箱體零件的安全系數(shù)很大，這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(yīng)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(jìn)后零件的體積為188cm3。對改進(jìn)后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-8所示：最大vonMises為26.1MPa，安全系數(shù)約5.8。6成本節(jié)約010.3改進(jìn)模型應(yīng)力云26.1_19.68.74.40.0vonMises(N/mrn

5、2(MPa)模型原來的體積為254cm3，改進(jìn)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(dāng)前灰鑄鐵的市場價格為8000元/噸，那么可以節(jié)省38000元。范例名：（Lifter升降機(jī)構(gòu)）設(shè)計要求：（1）輸入轉(zhuǎn)速1500rpm。（2）額定提升載荷2000N。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(jìn)行靜力分析。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。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(yīng)力275.7MPa

6、。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-9所示。模型的最大vonMises為62.1MPa,零件的安全系數(shù)約為4.4。零件改進(jìn)由零件的應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為62.1MPa，零件上應(yīng)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(jìn)后零件的體積為60cm3205354e+0岡應(yīng)力云-10改進(jìn)對改進(jìn)后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-10所示：最大vonMises為120.5MPa,安全系數(shù)約2.3。vonMises(iT/mm2(MPa)1.205354e+0

7、02L1.104346e+002-1.00453Se+002.3.037216e+001.3.041236e+0017.033136e+0016.023056e+0015.024376e+0014.020S36e+0013.016S16e+0012.012736e+0016成本節(jié)約1.00S656e+001屈鹿力:2.757420e+0024.575474e-002模型原來的體積為68.7cm3,改進(jìn)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(dāng)前可鍛鑄鐵的市場價格為10000元/噸，那么可以節(jié)省6350

8、元。三、范例名：（ElectromagnetismValve電磁閥）設(shè)計要求：電磁閥的額定工作壓力為2MPa，最大工作壓力為4MPa。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(jìn)行靜力分析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。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(yīng)力151.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-11所示。模型的最大vonMises為60.5MPa,零件的安全系數(shù)約為2.5。vonMizes(H/mm2(MPa)6.050502e+001L5.547352e+001.5.044

9、202e+001.4.541052e+001.4.037302e+001.3.534752e+001.3.031602e+001-2.523452e+001.2.025302e+001.1.522152e+001體零件5零件改進(jìn).1.013002e+00115.15S515e+0001.270142e-001由零件的應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為60.5MPa，零件上應(yīng)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(yīng)力較小的部位減小尺寸，從而減輕零件的質(zhì)量。改進(jìn)后零件的體積為48.6cm36成本節(jié)約攵進(jìn)模型1.041013e+002L9.543S07e+001

10、.8.677484e+001.7.811162e+001-6.344S33e+001.6.078517e+001.5.212134e+001.4.345872e+001.3.473543e+001.2.613227e+001.1.746304e+0018.805818e+0001.425322e-001區(qū)丈：1.04101盹+0辺vonMisei2(MPa)對改進(jìn)后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-12所示：最大vonMises為104.1MPa,安全系數(shù)約1.46。模型原來的體積為57.7cm3,改進(jìn)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)1

11、0000件，那么總共可節(jié)省材料655kg，以當(dāng)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：（DrillClamp鉆模夾具）設(shè)計要求：夾具用于鉆床使用，最大軸向鉆削力為1800N。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(jìn)行靜力分析。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。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(yīng)力151.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-13所示。

12、模型的最大vonMises為6.7MPa,零件的安全系數(shù)約為22.6。型，零件體積為42.2cm3。材料j1選.5.037134e+000.4.477511e+000.3.317828e+000.3.358145e+000-2.73S462e+000.2.238773e+000.1.673036e+0001.113413e+0005.5373016-0014.704517e-005-極限應(yīng)力151.6MPa。vonMiece(N/mrn2(MF：=l)6.716243e+000_6.156560e+0i：i0_5.536877+000零件的安全系數(shù)約為3。5零件改進(jìn)24二應(yīng)力云圖圖16.60.

13、0.29.0_20.7vonMises(N/mni2(MPa)1。底座零件由圖1-13的底座零件應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為67.2MPa,零件上應(yīng)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(yīng)力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進(jìn)后零件的體積為51.6cm3對改進(jìn)后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-15所示：最大vonMises為28.1MPa，安全系數(shù)約5.4。vcmXises(iT/mm2(.KPa)-23.421.11G.414.011.77.00.049.8MPa，零件上應(yīng)力小的部分比較多2。搖擺座零件Y由圖1-14的底座零件應(yīng)力云圖可以看出，零件上的

14、同時考慮零件的結(jié)構(gòu)，如鉆孔等，可以對一些應(yīng)力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進(jìn)后零件的體積為37.5cm3對改進(jìn)后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-16所示：最大vonMises為50.4MPa,安全系數(shù)約3。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42.2cm3,改進(jìn)后的模型的體積分別為51.6cm3和37.5cm3,體積共減少了16.7cm3,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(dāng)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（DieselOilEnginePump柴油引

15、擎燃料泵）設(shè)計要求：該裝置為柴油引擎燃料泵,最高工作壓力為4MPa。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。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。分析結(jié)果1靜力分析按書中尺寸建立模型，零件體積為8cm3。材料選用AISI1020,屈服應(yīng)力351.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-17所示。模型的最大vonMises為25.8MPa,零件的安全系數(shù)約為13.6。零件安全。vonMises(U/mm2(MPa)2疲勞分

16、析周期載荷為P=4MPa圖1-17，LR=0，周期個數(shù)：1000000。對零件進(jìn)行疲勞分析,2.5755S2e+001L2.36505Se+001-2.154535e+001-1.344011e+001-1.7334S7e+001-1.522963e+001|_1.312439e+001.1.101916e+001-S.91391Se+000-6.SOS601e+OOO-4.703443e+0002.59S205h+000曰1.001000e+000_1.000917e+000_1.000833e+000_1.000750e+000_1.000667e+000_1.0005S3e+000_1.

17、000500e+000_1.000417e+000_1.000333e+000_1.000250e+000L1.0001E.7e+0001.OOlOOOe+OOt._1.000917e+006-1.000833e+006-1.000750e+006.1.000667e+006-1.000583e+006_1.000500e+006.1.000417e+006-1.000333e+006-1.000250e+006L1.000167e+006L1.000083e+006L1.000000e+0065小結(jié)云實全系數(shù)S.11413Se+0027.450902e+0026.787666e+002.6.

18、124430e+002.5.461194e+002.4.797957e+002.4.134721e+002.3.4714S5e+002.2.S0S249e+002.2.145013e+002圖1-.1.4S1777e+002-8.185408e+0011.553047e+001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(biāo)均符合設(shè)計要求?？紤]到成本和結(jié)構(gòu)問題，這里不作改進(jìn)。六、范例名：（TurningMachine轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)）設(shè)計要求：該裝置為一轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要用于需要換向的場合，設(shè)計工作載荷為600N。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

19、，因此，這里對本體和端蓋零件進(jìn)行靜強度校核。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；分析結(jié)果兩個零件的材料均選用灰鑄鐵，極限應(yīng)力151.6MPa。按照書中尺寸進(jìn)行建模，件1本體零件和件4端蓋零件的體積分別為133cm3和16.7cm3,總體積為149.7cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-21所示。模型的最大vonMises為51.3MPa,零件的安全系數(shù)約為3。零件安全。5零件改進(jìn)29.21J0.017.112.S力云圖vonMises(iT./mm2(MFa)由圖1-21的裝配體的應(yīng)力云圖

20、可以看出，零件上的最大應(yīng)力為51.3MPa,零件上應(yīng)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(yīng)力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進(jìn)后兩個零件的體積為139.5cm3。對改進(jìn)后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-22所示：最大vonMises為52MPa，安全系數(shù)約2.9，零件是安全的。6成本節(jié)約00170應(yīng)力云圖圖26.034.60.0（進(jìn)模型21.bvonMises(U/mm2(MPa)本體和端蓋零件原來的體積之和為149.7cm3,改進(jìn)后這兩個零件的體積之和為139.5cm3，每件體積減少了10.2cm3,每件減少的重量為73.44g，如果生產(chǎn)10000件，那么

21、總共可節(jié)省材料734.4kg，以當(dāng)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：（AirCompressor空氣壓縮機(jī)）設(shè)計要求：空氣壓縮機(jī)的額定功率為2Kw,輸入轉(zhuǎn)速為1450r/min。分析零件件3曲軸零件和件4連桿零件是主要的傳動機(jī)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。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）計算件3曲柄零件的模態(tài),在工作過程中避開共振頻率分析結(jié)果計算得輸入轉(zhuǎn)矩

22、為：16.5Nm,換算至曲軸和連桿上，相當(dāng)于作用一571N的力，這里以600N來計算。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(yīng)力220.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-23所示。模型的最大vonMises為23.2MPa,零件的安全系數(shù)約為9.5。零件安全。von.Mises(H/mm2(MPa)2.32SlS0e+001-2.134167e+001.1.340154e+001.1.746141e+001風(fēng)股力:2.205940e+002-1.55212Se+0011.358115e+001164102e+

23、0019.700SS6e+0007.760756e+0005.320626e+0003.SS0437e+0001.340367e+0003677716-004圖1-23曲柄零件應(yīng)力云圖（2）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(yīng)力151.6MPa。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-23所示。模型的最大vonMises為7.3MPa,零件的安全系數(shù)約為20.8。零件安全。vonMises2(MPa)2模態(tài)分析圖1-25的“7.307310e+0006.699014e+0006.090717e+0005.4S2420e+0004.374124

24、e+0004.265828e+0003.657531e+0003.049234e+0002.44093Se+0001.S32641e+0001.224345e+0006.160482e-001束的自由度的模5零件改進(jìn)態(tài)，在工作中沒有意義。第二階的模態(tài)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shè)計要求。（1）曲柄零件由圖1-23的應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為23.3MPa，零件上應(yīng)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(yīng)力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進(jìn)后兩個零件的體積為88.8cm3。對改進(jìn)后

25、的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-26所示：最大vonMises為42.9MPa,安全系數(shù)約5.1，零件是安全的。421714圖改（2）連桿零件由圖1-24的應(yīng)力云慮零件的結(jié)構(gòu)，如質(zhì)量平.28.621.510.7較多，同時考、鉆螺孔紋等，可以對一些應(yīng)力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。vonMises(iT/mm2(MPa)，零件上的最大應(yīng)力為7.3MPa，零件上應(yīng)力小的部分比改進(jìn)后兩個零件的體積為25.3cm3。對改進(jìn)后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-27所示：最大vonMises為8.8MPa，安全系數(shù)約17.2，零件是安全的。6成本節(jié)約E-.E-0.70.0vonMises(N/mr

26、n2(MFa)圖1-27改進(jìn)后模型應(yīng)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(dāng)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(jī)）設(shè)計要求：該裝置為一減速機(jī)，該機(jī)構(gòu)主要用于需要變速的場合，設(shè)計工作載荷為2000N。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(jìn)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

27、；4分析結(jié)果零件的材料選用灰鑄鐵，極限應(yīng)力151.6MPa按照書中尺寸進(jìn)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(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-28所示。模型的最大vonMises為93.7MPa,零件的安全系數(shù)約為1.6。零件安全。5零件改進(jìn)vonMises2(MPa)3.368662e+001.3.533367e+001.7.S0S073e+001.7.027778e+001.6.247433e+0015.4&71SSe+0014.686833e+0013.306533e+0013.12&304e+0012.346003e+0011.565714e+0017.S

28、54131e+0005.124284e-002由圖1-28零件的應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為93.7MPa，零件上應(yīng)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(yīng)力較小的部位減小厚度，從而減輕零件的質(zhì)量。改進(jìn)后兩個零件的體積為171.6cm3。對改進(jìn)后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖1-29所示：最大vonMises為98.2MPa,安全系數(shù)約1.5，零件是安全的。6成本節(jié)約vonMises(N/mni2(MFa)9.820570e+001-9.002687e+001-8.184S05e+001-7.366921e+0015.731155e+0014.913272e+00

29、14.095390e+0013.277507e+0012.459624e+0011.641741e+0018.238577e+0005.974721e-002-6.549039e+001本體零件原來的體積為198.6cm3,改進(jìn)后零件的體積為171.6cm3，每件體積減少了27cm3，每件減少的重量為194.4g,如果生產(chǎn)10000件，那么總共可節(jié)省材料1994kg，以當(dāng)前灰鑄鐵的市場價格為8000元/噸，那么可以節(jié)省15952元。九、范例名：（TowHook牽引鉤）設(shè)計要求：該裝置為一拖拽車輛用的牽引鉤，設(shè)計工作載荷為20000N。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(jìn)

30、行靜強度校核。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；分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵，極限應(yīng)力275.7MPa。按照書中尺寸進(jìn)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(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-30所示。模型的最大vonMises為80.9MPa,零件的安全系數(shù)約為3.4。零件安全。5零件改進(jìn)7謁圖i-3靜力分析應(yīng)力云圖vonKises(ll/mm2(MPa)S.093063h+001.7.41S642h+001-6.744221e+001-6.O69SOle+OOl-5.3953Sle+001-4.720360e+001L4.046540p

31、+001-3.372119e+001-2.697699e+001-2.02327Se+001L1.348858e+001L6.744375e+000L1.b9SS84e-004由圖1-28零件的應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)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(yīng)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(jìn)行更改。6成本節(jié)約圖1-320.20.040.574.2_67.4_60.7_47.2b.7vonXises(iT./mm2.MPa)更改零件的材料為灰鑄鐵進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-31所示：最大vonMises為80.

32、9MPa，安全系數(shù)約1.9，零件是安全的。本體零件的體積為1230.1cm3,使用可鍛鑄鐵的質(zhì)量為8979.7g，以當(dāng)前市場的價格10000元/噸，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(dāng)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：（SwayingMachine搖擺機(jī)構(gòu)）設(shè)計要求：該裝置為一電風(fēng)扇的搖擺機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的負(fù)載較小，設(shè)計載荷為50N。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(jìn)行靜強度校核。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；分析結(jié)

33、果零件的材料選用灰鑄鐵，極限應(yīng)力151.6MPa。按照書中尺寸進(jìn)行建模，件1本體零件的體積為49.6cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-32所示。模型的最大vonMises為4.9MPa,零件的安全系數(shù)約為31。零件安全。5零件改進(jìn)零件上的應(yīng)力很小，此機(jī)構(gòu)用于電風(fēng)扇的搖擺機(jī)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(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-33所示：最大vonMises為4.7MPa，安全系數(shù)約6.4，零件是安全的。6成本節(jié)約改進(jìn)模型應(yīng)vonMiese(iT/mm2(MPa)4.&77

34、888e+000_4.288257e+000-3.89SG24&+000.3.1193G0e+0002.72972S&+00034003Ge+0009504G5e+0001.5G0833e+0001.171201&+0007.815GS7e-001919367e-001304747e-003-3.508332e+000零件的體積為49.6cm3,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(dāng)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(dāng)前的市場價格13000元/噸

35、，成本為6643元，那么可以節(jié)約材料成本為21925元。另外從制造方法看，后者節(jié)省加工成本。卜一、范例名：（UniversalVice萬向虎鉗）設(shè)計要求：萬向虎鉗為一夾緊裝置，設(shè)計最大夾緊力為10000N。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(jìn)行靜強度校核。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；分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵，極限應(yīng)力275.7MPa。按照書中尺寸進(jìn)行建模，件4活動鉗口零件的體積為68.9cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-34所示。模型的最大vonMises為104.8MPa,零件的安全系數(shù)約為2.6

36、。零件安全。5小結(jié)vonMises2(MPa)1.047926e+002.9.609769e+001-8.740276e+001.7.001236e+0016.131732e+0015.262297e+0014.392S03e+001523309e+0012.653S14e+0011.7S4320e+0019.148253e+0005330S7e-001.7.STOTSle+OOl屈鹿力:2.757420e+002萬向虎鉗中件4活動鉗口零件在工作過程中，當(dāng)夾緊力達(dá)到最大值（10000N）時，零件上的最大vonMises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

37、一定的夾緊面積，來保證夾緊穩(wěn)定和不破壞工件，因此設(shè)計的零件是合理的，不進(jìn)行改進(jìn)。十二、范例名：（Graduator分度機(jī)構(gòu)）設(shè)計要求：設(shè)計一用于銑床的分度機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)同時還起到夾緊零件的作用。工作過程中，銑削力900N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(jìn)行靜強度校核。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；分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵，極限應(yīng)力275.7MPa。按照書中尺寸進(jìn)行建模，件1本體零件的體積為100cm3。根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-35所示。模型的最大vonMises為7.4MPa,零件的安全系數(shù)約為41.1

38、。零件安全。A析應(yīng)力云圖1-35vonMisei2(MPa)7.420361e+000.6.803283e+000.6.185617e+000.5.567345e+000-4.350274e+0005零件改進(jìn)4.332602e+0003.714330e+0003.03725Se+0002.473586e+0001.861314e+0001.244242e+0006.265703e-0018.838488e-003風(fēng)股力:2.757420e+002有圖1-35可以看出，該零件的應(yīng)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(yīng)力171.

39、6MPa；并減小零件的壁厚，改進(jìn)后零件的體積為77.8cm3。6成本節(jié)約63應(yīng)力云圖1-36o0.010.78.07.13.62.7vonMises(iT/mni2.MPa)對改進(jìn)后的零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-36所示：最大vonMises為10.7MPa,安全系數(shù)約16，零件是安全的。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(dāng)前市場價格10000元/噸，材料成本為73000元；改進(jìn)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(dāng)前市場價格8000元/噸，材料成本為44816元。改進(jìn)后，如果生產(chǎn)10

40、000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：（InflateBump打氣泵）設(shè)計要求：（1）打氣泵的最大工作壓力為IMPa。2）輸入轉(zhuǎn)速為1450rpm。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(jìn)行靜強度校核、模態(tài)分析和疲勞壽命。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。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2.36Nm。1曲柄零件零件的材

41、料選用灰鑄鐵，極限應(yīng)力151.6MPa。按照書中尺寸進(jìn)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，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-37所示。模型的最大vonMises為17.4MPa,零件的安全系數(shù)約為8.7。零件安全。vonXisei(JT/mm2(MPa)1.741425e+001.1.536402e+001.1.45137Se+001-1.161331e+0011.016307e+0018.712834e+0007.262533e+0005.S12363e+0004.362126e+0002.311S30e+0001.461654e+0001.141S12e-002.

42、1.306354e+0012心軸零件1、靜力分析零件的材料選用AISI1020，屈服強度為351.6MPa。按照書中尺寸進(jìn)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(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-38所示。模型的最大vonMises為190.9MPa,零件的安全系數(shù)約為1.8。零件安全。5零件改進(jìn)A/IMJ圖1-38靜力分析應(yīng)力云vonMises(iT/mm2(.KPa)1.909218e+0021.750116h+002-1.531015e+002-1.431913e+002-1.272S12e+002-1.113710e+002.3.54G090e+001-7.955

43、075+001-G.3G40Gle+001-4.77304Ge+0013.lS2031e+0011.53101Ge+0011.7SG074e-005:3.515710e+0021曲柄零件按書中尺寸建立模型，在工作載荷下，模型的最大vonMises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(jìn)。2心軸零件心軸零件的靜力分析應(yīng)力云圖顯示，零件上存在應(yīng)力集中，可以改進(jìn)零件的結(jié)構(gòu)來減小應(yīng)力集中，改進(jìn)模型的體積為21.9cm3。7.435537e+001L6.815303e+001_6.196281e+001_5.576653e+001_4.357025e+001_4.

44、337397+001_3.717769e+001_3.038141e+001_2.478513+001_1.858885e+0011.233257e+001E-.196293e+0001.381001P-005屈展力:3.515710e+002vonXises(N/mm2(MPa)修改后，對模型進(jìn)行靜力分析，零件的應(yīng)力云圖如圖1-39所示，模型上最大vonMises為74.4MPa,安全系數(shù)提高至4.7。圖1-39改進(jìn)模型應(yīng)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(jìn)后的模型進(jìn)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(yuǎn)大于其工作頻率，因此在

45、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。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(jìn)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。1.OOlOOOe+OOO.1.00091Te+OOD_1.000833e+000-1.000750e+000.1.000GG7e+000-1.000583e+000-1.000500e+000-1.000417e+000-1.000333e+000-1.000250e+000L1.0001G7e+000生命總數(shù)（冏期1.001000e+006_1.OiiOdire+

46、nOG_1.000833e+006-1.000750e+006-1.000667e+0061.000583e+0061.000500e+0061.000417e+0061.000333e+0061.000250e+0061.000167e+0061.000083e+0061.000000e+0067小結(jié)3.894e+0063.569e+0063.245e+006_2.92i：Ih+i：ii：i6_2.ShE-h+liliE.-2.aTle+ijiiE._1.947h+i：ii：i6_1.622e+i：ii：i61.298e+006圖1-43安全系數(shù)云圖.9.734e+005.6.483e+00

47、5-3.245e+0051.166e+000通過本節(jié)的分析結(jié)果，不對件5曲柄零件進(jìn)行改進(jìn)。對于件8心軸零件，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，雖然單個零件在體積上增加了2.9cm3,但是安全系數(shù)由原來的1.8提高至4.7。十四、范例名：（LatheFeedStoppingDevice車床進(jìn)刀停止器）設(shè)計要求：設(shè)計一用于車床的進(jìn)刀停止器，用于限制進(jìn)刀切削的長度。設(shè)計工作載荷為1000N。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(jìn)行靜強度校核。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；分析結(jié)果零件的材料選用可鍛鑄鐵，極限應(yīng)力275.7MPa。按照書中尺寸進(jìn)行建模，件1本體零

48、件的體積為96cm3o根據(jù)零件的工作情況，對該零件進(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-44所示。模型的最大vonMises為35MPa,零件的安全系數(shù)約為7.9。零件安全。vonMises(N/mni2(MPa)5零件改進(jìn)3.499833e+001_3.208283e+001_2.916733e+001_2.625183e+001_2.333633e+001.2.042083e+001_1.750533e+001_1.458983e+001_1.167433e+001_8.758827e+000L5.843327e+000.2.92782&e+0001.232598e-002屈展力:2.757420e+

49、002零件的安全系數(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(yīng)力為151.6MPa。對更改后的模型進(jìn)行靜力分析，得到零件的應(yīng)力云圖如圖1-45所示，最大vonMises為35MPa,安全系數(shù)為4.3，零件安全。vonMises(N/mni2(MPa)6成本節(jié)約模型的體積為96cm3,使用可鍛鑄鐵，其質(zhì)=7008g，產(chǎn)10000件該零件所L5.843298e+0002.927823e+00093.499805e+001_3.208257e+001_2.916710e+001_2.625162e+001_2.333615e+001.2.0420E.7e+0

50、01_1.750520e+001_1.45S972e+001_1.167425e+001_8.758773e+000以當(dāng)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(dāng)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(shè)計要求：該裝置為一頂心座，設(shè)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(jìn)行靜強度校核3分析目的驗證件1本體零件在給

51、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(yīng)力275.7MPa。按照書中尺寸進(jìn)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(jìn)行靜力分析，結(jié)果如圖1-46所示。模型的最大vonMises為27.4MPa,零件的安全系數(shù)約為10。零件安全。5零件改進(jìn)靜力2.748619e+001_2.51959i：ie+001_2.290561e+001_2.061532e+001_1.832504e+0011.603475e+0011.37444E-e+0011.145417e+0019.163883e+0006.873595e+0004.583307e+0002.293019e+0002.730711e-003屈廢力:2.757