Solidworks有限元分析空气压缩机样板

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。模型的较大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。模型的较大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，零件上的较大应力为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：较大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，零件上的较大应力为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：较大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。