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。

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，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)

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，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67.2MPa，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 Mises 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、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，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：(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：16.5N·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

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42.9MPa，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6.4，零件是安全的。