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Solidworks有限元分析(空气压缩机)样板

2013-09-08 09:54  by:有限元  来源:广州有道有限元

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。

 

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