以等截面辐板轮毂结构的改向滚筒为例进行优化(见图1),它主要包括筒壳、辐板、轮毂、滚筒轴4个部分。为了计算方便,整个滚筒假设采用同种材料,滚筒的力学参数和材料属性见表1所示。
表1 滚筒力学参数和材料属性
| 参数含义 | 参数符合 | 参数数值 |
力学参数 | 输送带合张力 | F | 25kN |
包角 | α | 120° |
输送带宽 | b | 1500mm |
材料属性 | 弹性模量 | E | Mpa |
泊松比 | v | 0.3 |
材料密度 | ρ | 7.8×10-4kg/mm2 |
2.等截面辐板改向滚筒强度有限元分析
利用ANSYS软件对滚筒进行静力分析,改向滚筒所受载荷:滚筒自重可由密度和重力加速度的方式施加;滚筒筒壳表面法向压力,这种压力在改向滚筒中视为均布载荷,其径向比压可按q=2F/(bd2)MPa确定;滚筒旋转角速度产生的惯性力。
约束模拟是滚筒强度分析的另一重要环节,必须遵循以下原则:一是要有足够的约束使结构消除刚体运动的可能,从而保证刚度矩阵非奇异,获得位移的确定解。二是不得有多余约束,因为多余的约束会使结构产生实际不存在的附加约束力,从而增加部件的计算刚度,使计算结果失真。
表2 滚筒初始结构参数表
参数名称 | 含义 | 数值(mm) | 参数名称 | 含义 | 数值(mm) |
b1 | 轴承间距 | 2400 | l | 轴头长度 | 128 |
b2 | 筒皮宽度 | 1800 | t1 | 筒壳厚度 | 14 |
b3 | 轮辐间距 | 1600 | t2 | 辐板厚度 | 14 |
b4 | 轮毂宽度 | 140 | d2 | 筒壳外径 | 610 |
b5 | 轴肩宽 | 10 | d3 | 轮毂外径 | 220 |
d1 | 轴承内径 | 80 | d4 | 滚筒轴直径 | 140 |
b6 | 轴承宽度 | 80 | | | |