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解析传动滚筒在输送设备的有限元分析
日期:[2017-8-19 14:22:26]   文章录入:www.zibohaiheng.com   共阅[189]次
  传动滚筒在现在的应用比较广泛,关于这种材料的知识点,大部分人还不是特别了解,在三维CAD软件Solid Works中创建传动滚筒模型,用有限元分析软件ANSYS,对其进行有限元分析,掌握了传动滚筒的受力和变形情况。结果表明,传动滚筒的设计在强度方面的要求完全满足。
  1、建立有限元模型
  外形基本尺寸:滚筒直径D=1000mm,筒体宽度L=1600mm,与胀套结合处轴直径为320mm.本文采用三维设计软件Solidworks,分别对滚筒、接盘、胀套和轴建立基本模型,通过特有的装配关系把他们装配到一个新的装配体中,通过这种方法,得到所需要的力学模型。在建模过程中,我们适当的采取简化措施。本文在建立滚筒模型时对其简化方法如下:
  (1)略去了滚筒轴的所有倒角。
  (2)不考虑滚筒包胶与传动滚筒之间的相互作用,直接将滚筒质量等效到筒壳上。
  (3)略去次要构件,将轴承座简化为对轴的约束。
  (4)由于滚筒为对称结构,取1/2滚筒建立有限元模型,这样可以节省设计时间和费用。做了上述简化之后导入ANSYS中,建立几何模型。
  2、材料的属性
  在进行有限元分析前,必须输入滚筒材料的相关属性。
  3、正确划分模型网格
  本文采用自由网格划分单元,由于焊缝处和滚筒的过渡面处受力分析很重要,因此要多划分单元,其余大部分采用粗划单元。
  4、边界条件的界定
  由于分析的是双驱动传动滚筒,是对称结构,所以我们只分析滚筒模型的一半即可,对模型的约束应该在对称面和轴支撑处。本文滚筒选择调心轴承,由于滚筒轴可以在垂直轴心线的方向上实现一定的转角,因此对轴承的约束通常选用柱坐标来实现边界条件的限定。
  5、载荷的施加
  模拟载荷在有限元分析中非常关键。经过分析滚筒表面的载荷有两种,正载荷和切向载荷,正载荷在维包角方向通常符合欧拉公式的变化规律,因此本文对滚筒表面施加载荷的方法是采用函数加载。而切向载荷使用同样的加载方法。除了表面所受载荷以外,传动滚筒还受来自电机端的扭矩作用。本文把扭矩转化为集中力的载荷。
  6、求解
  载荷施加完以后,即可进行有限元求解。本文使用直接求解法求解。
  7、计算结果及分析
  对传动滚筒的有限元模型求解完成后,就可以对传动滚筒的各零件进行分析见。
  由于分析结果中给出的是瞬时的变化情况,在理想情况下,滚筒在轴向的受力是不发生变化的,而是沿滚筒圆周方向的受力发生交替变化,滚筒旋转一次就受力就变化一次,所以滚筒在筒壳中圆周处的变形最大。
  对比滚筒变形前后情况,在外载荷作用下的滚筒,受力处圆弧向里凹,而不受力的圆弧部分向外凸出。传动滚筒工作的时候这种情况在滚筒旋转一周内交替发生,由于筒壳的弯曲变形,使得胶带受力不均匀,同时焊缝的应力也增加。因此如果打算减少筒壳的变形,需要再筒皮内部焊接筋板,用来增加筒壳的刚度。
  (1)对滚筒进行设计时,最好对外装轴承式滚筒的两轴承间距取小值,对两幅板的间距通常取较大的值。
  (2)对接盘的幅板可以设计成变截面形式,即“软幅板”,这样就可以控制幅板的刚性,进而减少对轴、胀套和轮毂的冲击,对滚筒起到一定的缓冲作用。
  (3)焊缝位置:对于接盘与筒皮的设计最好选择在应力最小处。
  关于传动滚筒在输送设备中有限元的分析,文章已经讲解的比较详细了,利用Solidworks软件对传动滚筒建立了精确的模型,同时采用ANSYS有限元分析软件对滚筒零件的强度和刚度进行分析,并绘制了相应的应变云图和应力云图。从分析结果中得出传动滚筒的变形最大值和应力最大值,进而判断所设计的滚筒是否满足强度和刚度要求,对今后在传动滚筒结构的设计和改进方面具有一定意义。
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