基于Simulation内置式传动滚筒的有限元分析.pdf

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1、第５期（总第１９８期）机械工程与自动化Ｎｏ．５２０１６年１０月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＯｃｔ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０５-０１０９-０３基于Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ内置式传动滚筒的有限元分析胡慧，刘成（安徽工贸职业技术学院，安徽淮南２３２００７）摘要：传动滚筒是带式输送机传递动力的主要部件，其设计质量至关重要。设计了一种电动机置于驱动滚筒外、减速装置置于驱动滚筒内的新型驱动装置———内置式传动滚筒。利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对传动滚筒体进行三维建模，并且通过有限元分析软件Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ对传动滚筒体进行有限元分析，从而达到优化设计的

2、目的。关键词：传动滚筒；ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；静态分析；模态分析中图分类号：ＴＰ３９１.７∶ＴＨ２２２文献标识码：Ａ0引言将相关参数代入式（４），计算得到Fu＝２４０００Ｎ。带式输送机是一种摩擦驱动的、以连续方式运输由式（３）可得到平均张力F＝３７８００Ｎ。物料的机械，利用它可以在最初的供料点到最终的卸滚筒所受的扭矩M３为：料点间形成一种物料的输送流程。传动滚筒是带式输DM３＝Fu・．（５）送机传递动力的主要部件。滚筒的设计质量直接关系２到整个输送机系统的性能、安全性和可靠性。本文对将相关参数代入式（５），计算得到M３＝７５６０Ｎ・ｍ。一种新型内置式行星齿轮传动滚筒

3、的滚筒体进行有限2传动滚筒体的结构设计元分析，以达到优化设计的目的。滚筒体材料采用Ｑ２３５-Ａ钢。滚筒体两端与端盖1传动滚筒体的受力分析通过螺栓相连，内部中空，用来放置行星齿轮传动机本文设计中，传动滚筒的功率P＝３０ｋＷ，运输带构，同时内壁设计有凹槽，用来实现与行星齿轮传动机的带速v＝１．２５ｍ／ｓ，滚筒长度l＝１１５０ｍｍ，滚筒直构内齿轮凸台的配合。图２为传动滚筒体零件图。径D＝６３０ｍｍ，滚筒体的厚度t＝１０ｍｍ。传动滚筒体受力分析如图１所示。作用在筒体上的载荷有输送带对滚筒的张力F、圆周驱动力Fu以及输送带横向位移产生的轴向力，由于轴向力与前两项力相比数值较小，故忽略不计。图１中，

4、F为滚筒上的平均张力，F１为滚筒上的紧边张力，F２为滚筒上的松边张力，Fu为滚筒圆周驱动力。且有：F１＋F２图１传动滚筒体受力分析图２传动滚筒体零件图F＝２K０．（１）3传动滚筒体的有限元分析其中：K０为允许过载系数，通常取K０＝１．０５。３．１静态分析由Fu３．１．１滚筒体网格划α分u＝F１-F２，F１＝F２ｅ，得：ｅu各个零部件材料属α性及力学性能见表１。F１＝Fuu．（２）表１材α料属性及力学性能ｅ-１弹性模量密度屈服强度其中：u为输送带与滚筒间的摩擦系数，按潮湿空气运部件材料ＭＰａ泊松比-３ＭＰａｋｇ・ｍｍ行取u＝０．２；为滚筒的圆包角，取＝２００°，从而得到滚筒体Ｑα２３５-Ａ

5、２．０６×１０５０．３α７．８５×１０-６２３５uaｅ≈２．０。端盖４５钢１．９３×１０５０．２８７．８５×１０-６３５５F１和F２的近似计算为：F１＝２Fu，F２＝Fu。故平均张力F为：在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中建立滚筒体与两端端盖的组合F１＋F２体三维模型后，根据包角为２００°，使用分割功能对滚F＝２K０＝１．５７５Fu．（３）筒体的外圆面进行分割，再利用分析模块进行网格划圆周驱动力为：分，得到了传动滚筒体的有限元模型。取单元格尺寸P为２４．４４９ｍｍ，划分得到的网格单元数为６６２４２个、Fu＝１０００．（４）v自由节点数为１０８５１６个。滚筒的有限元模型见图３。收稿日期：２０１６-０

6、１-０６；修订日期：２０１６-０７-１８作者简介：胡慧（１９８６-），女，安徽淮南人，助教，硕士，主要从事机械方面的教学工作。・１１０・机械工程与自动化２０１６年第５期３．１．２边界条件３．１．４强度、刚度校核传动滚筒与端盖装配体共有６个方向的自由度，由图５可知滚筒的ＶｏｎＭｉｓｅｓ等效应力vonMisσes＝分别是３个方向的移动和３个方向的转动。本文位移２２．２７２ＭＰａ，根据强度理论：约束选择“固定铰链”，附加在滚筒体两端端盖的轴承vonMises≤σ［］＝０．２σ／nσ．（６）孔的内表面，只保留滚筒体绕轴线转动的自由度；在力其中：n为安全系数，一般取３～４；［］为材料σ的许用应的约

7、束方面，传动滚筒分析时主要考虑张力（重力较力；［］０．２为材σ料的屈服强度，［］０．２＝２３σ５ＭＰａ。小，忽略不计），载荷沿径向加在传动滚筒外圆柱面上将相关数据代入式（６）可知vonMises＜０σ．２／n，符合σ由圆包角限定的２００°范围内，载荷大小为平均张力强度要求。３７８００Ｎ。滚筒模型的边界条件见图４。根据文献［６］，可用下面的公式对滚筒体刚度进行校核：２DYｍａｘ＜［Y］＝．（７）２８００其中：Yｍａｘ为滚筒体的最大位移