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1、基于UG卷扬机卷筒结构的设计与优化范晶晶J庞茂盛2,杨涛I李华强I(1.内蒙古工业大学机械学院，内蒙古呼和浩特010051)(2.抚顺特殊钢股份有限公司，辽宁抚顺113001)摘要：利用实体建模软件UG建立了卷扬机卷筒的虚拟样机，应用UGNX其“高级仿真”模块，建立卷筒的有限元模型，通过解算器NXNASTRAN对有限元模型进行分析求解，得到卷筒在受力作用下应变和应力分布情况，再根据设计要求对零件参数进行优化，使卷筒的结构既满足设计要求，又达到体积小和成本低。关键词:卷扬机；卷筒；优化TheDesignAndOptimizationofthe
2、HoistDrumStructureBasedonUGFANJing-jing,PANGMao-sheng,YANG-tao,LIHua-qiang(LInnerMongoliaUniversityofTechnology.Hohhot010051,China)(2.FushunSpecialSteelSharesGroupCompany,Fushun113001,China)Abstract:ThevirtualprototypeoftheHoistdrum,isbuiltwith3DsolidmodelingsoftwareUG.App
3、licationofUGNX'AdvancedSimulation*module,theestablishmentofHoistdrumthefiniteelementmodel,byNXNASTRANsolveronfiniteelementanalysismodelsolvedbyHoistdrumatratedload,thedisplacementandstressdistributionofdeformation,thenaccordingtothepartdesignparameterstooptimize,Hoistdrums
4、tructurethatmeetsdesignrequirements,wereachthesmallsizeandlowcost.Keywords:Hoist;drum;Optimization0引言卷扬机卷筒系钢丝绳多层缠绕，所受应力非常复杂。它作为建筑卷扬机的重要零件，对建筑卷扬机安全、nJ靠的工作至关重要，其设计水平直接影响其质量和使用性能。传统的设计方法往往根据经验公式计算得出卷筒壁厚，然后按比值加厚卷筒壁厚的方法來设计，这种设计造成卷筒自身笨重，甚至存在设计不安全隐患。根据调查，国內使用期限达10年以上的卷扬机，其中80%发现有
5、卷筒开裂、塌陷、开焊或连接螺钉剪断等现象。因此应用现代设计理论，对卷筒结构进行受力分析，对指导、完善卷扬机的设计过程具有重要实际意义。本文在卷筒设计时，利用UG软件建立完整的卷扬机卷筒的三维模型，并进行其有限元分析及优化设计，1有限元模型的建立1.1建立三维实体模型本文设计的卷扬机结构主要要求有：额定提升重量15t；提升高度14m；提升速度12m/min,三维模型如图1所示。图1实体模型釆用单联滑轮组单层缠绕方式工作，卷筒材料为Q235,屈服强度6=235MPa,卷筒总长L二1030mm,卷筒外径D二400mm,卷筒壁厚p二25mm,钢丝绳
6、直径d=36mmo1.2受力分析卷筒左端侧板通过螺栓与端盖连接，端盖通过键与轴连接，右端由滚动轴承与轴连接。本文只研允筒壁的受力，分析筒壁的力学性能,因此将其左端视为固定端，右端由滚动轴承约束，只能转动。危险工况是起吊额定起重量达最高极限位置后下降制动冲击工况。要研究卷筒的受力情况，就要考虑应力沿壁厚的变化。卷筒在工作过程中主要承受3种载荷：1、钢丝绳拉力引起卷筒扭转所引起的扭转应力；2、钢丝绳拉力引起的弯曲应力；3、钢丝绳在卷筒上卷绕时对卷筒壁的压应力，其均布经求解计算得到单齿位移云图（图3）和应力云图（图4）。□TDI.Cue**I8-
7、am.CTX3.von&CD:3.23OOM・CO:2.583KJO2・oo：on•nm载荷径向压力。l.72Je*00?其中：F为钢丝绳拉力；D。为卷筒直径；t为钢丝绳缠绕节距。2.lS3»*00lI.5OUKXX?3・G心图4应力云图1.3边界约朿及载荷添加对于本结构只有一层钢丝绳缠绕，根据卷筒的受力，进行静力学分析。对建立起的三维模型进行有限元网络划分，选择10节点的四面体单元体和进行白由网格划分，单元大小为43mmo设置材料属性后，如图2所示在模型上添加载荷和约束。图2冇限兀仿真模型2、仿真结果分析由图3、4中可知，卷筒最大变形量为
8、0.311mm,最大单元节点应力为258.4MPa,发生在左端内加强筋右侧。而卷筒材料为Q235,屈服强度6=235MPa,经查表卷筒筒壁的许用应力为[5]=176MPa，表明卷
