solidworks仿真simulation實例

1、一、范例名： (Lifter升降機構(gòu))1設(shè)計要求：（1）輸入轉(zhuǎn)速 1500rpm。（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(yīng)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。圖 1-9 本體零件應(yīng)力云圖5零件改進由零件的應(yīng)力云圖可以看出，零件上

2、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。圖 1-10 改進模型應(yīng)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(dāng)前可鍛鑄鐵的市場價格為

3、10000 元/噸，那么可以節(jié)省 6350 元。二、范例名： (Gas Valve氣壓閥)1 設(shè)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。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

4、F 為：1620N。 所得結(jié)果包括：1靜力計算：（1）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。（2）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。（3）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。圖 1-1 應(yīng)力云圖圖 1-2 位移云圖圖 1-3 應(yīng)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(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。2。凸輪軸零件材料：4

5、5 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(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。2模態(tài)分析圖 1-5 應(yīng)力云圖圖 1-6 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(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。3箱體零件按書中尺寸建立模型

6、，零件體積 254cm3。材料選用灰鑄鐵，極限應(yīng)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(yīng)力云圖5零件改進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(yīng)力云圖6成本節(jié)約模型原來的體積為 254cm3，改進

7、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。三、范例名： (Electromagnetism Valve電磁閥)1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。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(yīng)力 151.6MPa。根

8、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。圖 1-11 本體零件應(yīng)力云圖5零件改進由零件的應(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。 改進后零件的體積為 48.6cm3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(yīng)力云圖6成本節(jié)約模型原來的體積為 57.

9、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(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： (Drill Clamp鉆模夾具)1設(shè)計要求：夾具用于鉆床使用，最大軸向鉆削力為 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

10、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,零件的安全系數(shù)約為 22.6。2。搖擺座零件圖 1-13 底座零件應(yīng)力云圖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(yīng)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(yīng)力云圖5零件改進1。底座零件由圖 1-13 的底座零件應(yīng)

11、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 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 Mises 為 28.1MPa，安全系數(shù)約 5.4。2。搖擺座零件圖 1-15 改進模型應(yīng)力云圖由圖 1-14 的底座零件應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為 49.8MPa，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。改進后零 件的體積為 37.5cm3對改

12、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(yīng)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 37.5 cm3，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(Diesel Oil Engine Pump柴油引擎燃料泵)1設(shè)計要求：該裝置為柴

13、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 8cm3。材料選用 AISI 1020，屈服應(yīng)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。2疲勞分析圖 1-17 套筒零

14、件應(yīng)力云圖周期載荷為 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。圖 1-18 損壞應(yīng)力云圖圖 1-19 生命總數(shù)云圖圖 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(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。六、范例名： (Turning Machine轉(zhuǎn)向機構(gòu))1設(shè)計要求：該裝置為一轉(zhuǎn)向機構(gòu)，該機構(gòu)主要用于需要換向的場合，設(shè)計工作載荷為 600N。2分析零件件

15、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(yīng)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,零件的安全系數(shù)約為 3。零件安全。圖 1-21 靜力分析應(yīng)

16、力云圖5零件改進由圖 1-21 的裝配體的應(yīng)力云圖可以看出，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 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(yīng)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 73.44g，如

17、果生產(chǎn) 10000 件，那么總共可節(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：(Air Compressor空氣壓縮機)1設(shè)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。（

18、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。4分析結(jié)果計算得輸入轉(zhuǎn)矩為：16.5N·m，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。（2）連桿零件圖 1-23 曲柄零件應(yīng)力云圖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 151.6MP

19、a。 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)分析圖 1-24 連桿零件應(yīng)力云圖圖 1-25 的“列舉模式”對話框中列出了“曲柄”零件的模態(tài)?！澳Ｊ教?1”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(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。圖 1-25 模態(tài)分析5零件改進（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

20、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。（2）連桿零件圖 1-26 改進后模型應(yīng)力云圖由圖 1-24 的應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為 7.3MPa，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

21、大 von Mises 為 8.8MPa，安全系數(shù)約 17.2，零件是安全的。圖 1-27 改進后模型應(yīng)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(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)1設(shè)計要求：該裝置為一減速機，該機構(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

22、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(yīng)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。圖 1-28 靜力分析應(yīng)力云圖5零件改進由圖 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

23、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。圖 1-29 改進模型應(yīng)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 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： (Tow Hook牽引鉤)1設(shè)計要求：該

24、裝置為一拖拽車輛用的牽引鉤，設(shè)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。圖 1-30 靜力分析應(yīng)力云圖5零件改進由圖 1-28 零件的應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為 80.9MP

25、a，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) 約 1.9，零件是安全的。圖 1-31 改進模型應(yīng)力云圖6成本節(jié)約本體零件的體積為 1230.1 cm3，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

26、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(shè)計要求：該裝置為一電風(fēng)扇的搖擺機構(gòu)，機構(gòu)的負(fù)載較小，設(shè)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(yīng)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

27、為 31。零件安全。圖 1-32 靜力分析應(yīng)力云圖5零件改進零件上的應(yīng)力很小，此機構(gòu)用于電風(fēng)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。圖 1-33 改進模型應(yīng)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(dāng)前的市場價格 8000 元/噸，成本為 28568 元；使用 ABS

28、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，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。十一、范例名：(Universal Vice萬向虎鉗)1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。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(yīng)力 275.7MPa。按照書中尺寸進行建模，件 4 活動鉗口零件的

29、體積為68.9cm3。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 1-34 所示。模型的最大 von Mises 為 104.8MPa,零件的安全系數(shù)約為 2.6。零件安全。圖 1-34 靜力分析應(yīng)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(dāng)夾緊力達(dá)到最大值（10000N）時，零件上的最大 von 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(shè)計的零件是合理的，不進行改進。十二、范例名： (Graduator分度機構(gòu))1設(shè)計要求：設(shè)計一用于銑床的分度機構(gòu)，該機構(gòu)同時還起到夾緊

30、零件的作用。工作過程中，銑削力 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(yīng)力 275.7MPa。按照書中尺寸進行建模，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。圖 1-35 靜力分析應(yīng)力云圖5零件改進有圖 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

31、，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 171.6MPa；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。圖 1-36 改進模型應(yīng)力云圖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(dāng)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(dāng)前市場價格 8000 元/

32、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(shè)計要求：（1）打氣泵的最大工作壓力為 1MPa。（2）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

33、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(yīng)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，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(yīng)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，

34、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(yīng)力云圖5零件改進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 Mises 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(yīng)力云圖顯示，零件上存在應(yīng)力集中，可以改進零件的結(jié)構(gòu)來減小應(yīng)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(yīng)力云圖如圖 1-39 所示，模型上最大 von Mises 為 74.4MPa， 安全系

35、數(shù)提高至 4.7。圖 1-39 改進模型應(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(yuǎn)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。2疲勞壽命圖 1-40 模式列表周期載荷為峰值為 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。圖 1-41 損壞云圖圖 1-42 生命總數(shù)云圖圖 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

36、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 Device車床進刀停止器)1設(shè)計要求：設(shè)計一用于車床的進刀停止器，用于限制進刀切削的長度。設(shè)計工作載荷為 1000N。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(yīng)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

37、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。圖 1-44 靜力分析應(yīng)力云圖5零件改進零件的安全系數(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。對更改后的模型進行靜力分析，得到零件的應(yīng)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。6成本節(jié)約圖 1-45 更改材料應(yīng)力云圖模型的體積為 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

38、料為 7008kg， 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

39、材料選用可鍛鑄鐵，極限應(yīng)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。圖 1-46 靜力分析應(yīng)力云圖5零件改進由圖 1-46 零件的應(yīng)力云圖可以看出，零件上的最大應(yīng)力為 27.4MPa，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；另外選 用性能差一些的材料來降低零件的成本，使用灰鑄鐵。改進后兩個零件的體積為 198.1cm3。對改進后的模型運行靜力分析，結(jié)果如圖 1-47 所示：最大 von Mises 為 33.MPa，安全系數(shù)約 4.6，零 件是安全的。圖 1-47 改進模型應(yīng)力云圖6成本節(jié)約該零件原來體積為 239.6，使用可鍛鑄鐵材料，每件的質(zhì)量為 1749.1g，生產(chǎn) 10000 件零件，使用的材 料為 17491kg，以當(dāng)前的市場價格 10000 元/噸，材料成本為 174910 元；改進后的零件體積為 198.1，使用 灰鑄鐵材料，每件的質(zhì)量為 1426.3g，生