空气压缩机有限元分析及优化.docx

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空气压缩机有限元分析及优化

空气压缩机有限元分析及优化 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。 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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