solidworks仿真simulation实例.docx
《solidworks仿真simulation实例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《solidworks仿真simulation实例.docx（42页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
solidworks仿真simulation实例
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vonMises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vonMises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：
（GasValve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10.5N·m。
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
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vonMises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vonMises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：
（ElectromagnetismValve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151.6MPa。
根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-11所示。
模型的最大vonMises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vonMises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，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：
（DrillClamp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vonMises为6.7MPa,
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vonMises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67.2MPa，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vonMises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vonMises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42.2cm3，改进后的模型的体积分别为51.6cm3和37.5cm3，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（DieselOilEnginePump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AISI1020，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vonMises为25.8MPa,
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
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：
（TurningMachine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133cm3和16.7cm3，总体积为149.7cm3。
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vonMises为51.3MPa,
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，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vonMises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149.7cm3，改进后这两个零件的体积之和为139.5cm3，每件体积减少了10.2cm3，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：
（AirCompressor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：
16.5N·m，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，对该零件进行静力分析，结果如图1-23所示。
模型的最大vonMises为23.2MPa,
零件的安全系数约为9.5。
零件安全。
（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vonMises为7.3MPa,
零件的安全系数约为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静力分析，结果如图1-26所示：
最大vonMises为42.9MPa，安全系数约5.1，零件是安全的。
（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25.3cm3。
对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-27所示：
最大vonMises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。
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vonMises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vonMises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：
（TowHook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vonMises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vonMises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1230.1cm3，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：
（SwayingMachine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vonMises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vonMises为4.7MPa，安全系数约6.4，零件是安全的。
图1-33改进模型应力云图
6成本节约
零件的体积为49.6cm3，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：
（UniversalVice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。
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vonMises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vonMises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、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
升级会员 