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滾筒是皮帶輸送機(jī)的主要承載元件，其可靠性和壽命直接影響輸送機(jī)的性能。國內(nèi)的滾筒設(shè)計(jì)往往采用經(jīng)驗(yàn)公式法和類比法，設(shè)計(jì)工程師根據(jù)自己的理論知識和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過不斷地選擇、試算、分析、校核直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。這種設(shè)計(jì)方法往往使用很高的安全系數(shù)來保證結(jié)構(gòu)的安全，結(jié)果造成滾筒結(jié)構(gòu)尺寸和重量加大，增加了不必要的制造成本。與美國、日本傳遞相同動力的滾筒相比，國產(chǎn)滾筒的質(zhì)量平均高出1/3左右。增大滾筒尺寸不能解決滾筒失效問題，因?yàn)闈L筒是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，各個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度互相影響，單方面增加某個(gè)尺寸可能會給其他構(gòu)件帶來不利的影響。為使?jié)L筒既能滿足剛度和強(qiáng)度條件，又便于制造、使用、維修和節(jié)約成本，需要用有限單元法對其進(jìn)行精確的應(yīng)力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本文基于國際大型通用有限元分析軟件ANSYS，討論改向滾筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型建立和求解方法。
1.滾筒類型的確定
圖1 等截面輻板滾筒結(jié)構(gòu)示意圖
以等截面輻板輪轂結(jié)構(gòu)的改向滾筒為例進(jìn)行優(yōu)化（見圖1），它主要包括筒殼、輻板、輪轂、滾筒軸4個(gè)部分。為了計(jì)算方便，整個(gè)滾筒假設(shè)采用同種材料，滾筒的力學(xué)參數(shù)和材料屬性見表1所示。
表1 滾筒力學(xué)參數(shù)和材料屬性
