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以某煤礦大型傳動滾筒為例，應(yīng)用有限元分析方法進(jìn)行分析計算，并對加強環(huán)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
（1）滾筒的主要參數(shù)
傳動滾筒的主要參數(shù)：
筒體直徑/mm 1280
筒殼長度/mm 1800
筒殼厚/mm 40
輻板間距/mm 1460
輻板厚/mm 90
加強環(huán)厚度/mm 20
旋轉(zhuǎn)角速度/rad.s-1 3.1
圍包角（工作時圍包角全部被利用）/（°） 210
輸送帶緊邊張力/kN 1485.5
松邊張力/kN 835.1
滾筒重量/kg 9654
脹套對輪轂的壓力/MPa 105.6
摩擦系數(shù) 0.25
在對傳動滾筒建模時，軸是通過脹套與滾筒作用，而脹套只有極小的變形量，因此可將軸和脹套作為一個整體剛體，此剛體直接與滾筒接觸受力。此外，將筒殼、輻板輪轂以及加強環(huán)焊接而成的部件作為一個連續(xù)的整體進(jìn)行簡化，將筒殼和包膠作為一個整體進(jìn)行簡化。應(yīng)用有限元分析軟件中強大的面接觸分析模塊模擬傳動滾筒在受力情況下與軸接觸時的應(yīng)力應(yīng)變。
在載荷模擬建模時，假設(shè)輸送帶在滾筒上的圍包角為α，兩端輸送帶的張力差值為（Sin-Sout），這個差值產(chǎn)生的扭矩即為滾筒軸上的扭矩。由歐拉公式可知，在整個圍包角（0＜θ＜α）內(nèi)，輸送帶上任意一點的張力Sθ=Souteμθ。在任意微小角度 dθ內(nèi)，輸送帶對滾筒表面的周向壓力dS，角度dθ所對應(yīng)的受壓面積dA，相應(yīng)的滾筒在利用弧內(nèi)表面周向壓力。
在靜態(tài)動力學(xué)模擬分析中，通過剛體軸對滾筒連續(xù)體的接觸模擬脹套對輪轂的預(yù)緊力，而筒殼所受輸送帶的摩擦力以及滾筒運轉(zhuǎn)時由于角速度產(chǎn)生的慣性力可以得到簡化。
經(jīng)過有限元分析，可以得到滾筒的應(yīng)力最大值為114.8 MPa，應(yīng)變最大值為0.503 mm，其等值應(yīng)力云圖和等值應(yīng)變云圖如圖所示（放大顯示系數(shù)為400倍）。
由圖看出，傳動滾筒應(yīng)力最大值出現(xiàn)在載荷正下方的加強環(huán)內(nèi)環(huán)位置，應(yīng)變最大值出現(xiàn)在遠(yuǎn)離載荷處、加強環(huán)兩側(cè)的筒體下半部。
校核加強環(huán)的強度與撓度。加強環(huán)材料為Q235（屈服強度σ=235 MPa），根據(jù)安全要求，滾筒所受應(yīng)力最大值必須小于材料屈服強度的70%，即164.5 MPa。
因此該傳動滾筒符合強度設(shè)計要求。
根據(jù)安全要求，滾筒的撓度必須小于[γ]。
輻板間距L=1460 mm，則[γ]=0.584，現(xiàn)γmax=0.503<[γ]，因此該傳動滾筒滿足剛度設(shè)計要求。
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