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摘 要：刮涂装置是影响极片制造工艺的关键工艺之一，而其中涂布辊的形变会对刮涂装置造成不可恢复的影响。因此，涂布辊的结构设计在整个刮涂装置设计中占有重要地位。文章通过采用Ansys Workbench软件对结构进行仿真和验证，极大地节省了人力和物力的投入，在保证结构强度和刚度的情况下，实现了结构的轻量化。
关键词：涂布辊;ANSYS Workbench;仿真
中图分类号：TS735.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）26-0005-02
1 概 述
20世纪70年代， M.S.Whittingham提出并开始对锂离子电池进行研究，锂离子电池以其比能量高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应、对环境友好等优势引起了人们的广泛关注，已经广泛应用于手机、笔记本电脑、电动自行车和电动汽车等。而且政府发展新能源的政策也极大刺激了广大电池生产厂商的热情，各地各厂家都加大了对锂离子电池研究的投入1，2，3。
涂布作为锂离子电池生产中关键的一环，必不可少。而涂布辊（K Hand Coater）又是辊式涂布机用来转移涂料到基材的机构，在涂布的过程中由于涂布辊自重和浆料的压力，会造成涂布辊和刮刀的变形，进而影响涂布的厚度均匀性。因此对涂布辊的结构进行研究有很重要的意义。
2 基于SolidWorks的涂布辊建模
SolidWorks软件，是达索公司出品的一款CAD /CAE三维软件，此款软件采取参数化设计理念，可以用有限的参数完全约束复杂的几何模型，能够将设计生产过程集成，实现并行设计。目前已成为主流的CAD软件之一，尤其在国内产品结构设计领域占据着重要地位，成为广大结构设计人员不可或缺的设计软件。
考虑到ANSYS软件前期建模功能比较简单，本课题采用Solidworks软件进行建立三维模型。本文设计的涂布辊采用的材料为45号钢，并进行调质处理，硬度通常会达到HB225，具体尺寸为长度600 mm，涂布辊直径为180 mm，涂布辊安装轴径为60 mm辊面宽度为480 mm，其实体建模结果，如图1所示。
3 基于Ansys Workbench进行仿真
Ansys Workbench是ANSYS公司推出的一种协同仿真环境4，能够与SolidWorks 完全集成的设计分析系统。Ansys Workbench提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。其通过有限元的思路解决问题，通过把一个连续的物体划分为有限个单元，这些单元再通过节点进行连接，模拟承受与实际载荷等效的节点载荷进行求解5。考虑到涂布辊在受力时主要为静力，所以本文对其进行静力学分析，其具体分析步骤如下。
3.1 导入三维模型
通过ANSYS Workbench对外接口，将Solidworks软件所建模型导入，通常采用stp格式文件。
3.2 设定材料材质
在将模型导入ANSYS Workbench中后，需要对材料材质的性能进行设置，在本文中，材料采用的为45号钢，抗拉强度不小于600 MPa，屈服强度不小于355 MPa，延长率不小于16%，密度7 890 kg/m3，泊松比0.269，杨氏模量209000GPa6。
3.3 网格划分
网格划分，是有限元分析中的一个关键的步骤，直接影响到解算的精度和速度。通常采用下述三种方法划分：自由网格划分，映射网格划分，拖拉，扫掠网格划分。其中自由网格划分是自动化程度最高的一种划分方法，它能够在实体面上自动生成三角形或四边形网格，在体上自动生成四面体网格。因结构相对简单，因此本文采用自由网格划分，通过ANSYS的智能尺寸控制技术，能够自动控制网格的大小和疏密分布。网格划分，如图2所示。
3.4 添加边界约束条件和作用力
在分析的过程中，要弄清物体所受的力和边界约束条件，在整个涂布装置中，涂布辊主要受自身重力作用和两端支撑力，因此在本分析过程中，添加A、B两个支撑力和C整个物件的重力。其受力，如图3所示。
3.5 设置求解对象及求解结果
在完成上述步骤后，需要设置求解的对象，并进行求解。由于涂布辊的形变是影响产品质量的重要因素，因此，本文选取涂布辊的总形变量作为求解的对象，求解结果，如图4所示。
3.6 结论分析
由上图可以看出，涂布辊由于受重力变形，变形最大处位于中间位置，约1.79 μm，在整个辊面区域的变形量达到了0.2～1.79 μm，能够满足设计要求。
4 结 语
本文通过在三维软件中进行建模，并在ANSYS Workbench中进行仿真分析，通过有限元分析法，分析了涂布辊的形变，为接下来的设计打下了坚实的基础，同时还可以实现材料选型的优化，为结构设计提供依据。随着计算机辅助设计技术的发展，仿真软件在结构设计中要的应用也越来越广泛，已经成为一种趋势。它一方面可以减轻校核计算所产生的工作量，另一方面也可以加快设计节奏，避免因长时间的试验过程拉长设计周期。
参考文献：
[1] J.Y. Lee， R.F. Zhang， Z.L. Liu. Dispersion of Sn and SnO on carbon
anodes [J].J. Power Sources，2000，90：70-75.
[2] Huang Kun， Discussion about Li-ion battery technology， Battery
Bimonthly [J].2000，30（5）：217
[3] Lin Chengtao， Zhang Bin， Chen Quanshi， Xie Yongcai， Comparative
research on characteristics and performance of typical tractive battery
[J].Chinese Journal of Power Sources，2008.
[4] 丁毓峰.ANSYS12.0有限元分析完全手册[M].北京：电子工业出版社，
2011，242-325.
[5] 王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京：清华大学出 版社，1997.
[6] 戈晓岚，洪琢.机械工程材料[M].北京：北京大学出版社，2006，140-159.
关键词：涂布辊;ANSYS Workbench;仿真
中图分类号：TS735.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）26-0005-02
1 概 述
20世纪70年代， M.S.Whittingham提出并开始对锂离子电池进行研究，锂离子电池以其比能量高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应、对环境友好等优势引起了人们的广泛关注，已经广泛应用于手机、笔记本电脑、电动自行车和电动汽车等。而且政府发展新能源的政策也极大刺激了广大电池生产厂商的热情，各地各厂家都加大了对锂离子电池研究的投入1，2，3。
涂布作为锂离子电池生产中关键的一环，必不可少。而涂布辊（K Hand Coater）又是辊式涂布机用来转移涂料到基材的机构，在涂布的过程中由于涂布辊自重和浆料的压力，会造成涂布辊和刮刀的变形，进而影响涂布的厚度均匀性。因此对涂布辊的结构进行研究有很重要的意义。
2 基于SolidWorks的涂布辊建模
SolidWorks软件，是达索公司出品的一款CAD /CAE三维软件，此款软件采取参数化设计理念，可以用有限的参数完全约束复杂的几何模型，能够将设计生产过程集成，实现并行设计。目前已成为主流的CAD软件之一，尤其在国内产品结构设计领域占据着重要地位，成为广大结构设计人员不可或缺的设计软件。
考虑到ANSYS软件前期建模功能比较简单，本课题采用Solidworks软件进行建立三维模型。本文设计的涂布辊采用的材料为45号钢，并进行调质处理，硬度通常会达到HB225，具体尺寸为长度600 mm，涂布辊直径为180 mm，涂布辊安装轴径为60 mm辊面宽度为480 mm，其实体建模结果，如图1所示。
3 基于Ansys Workbench进行仿真
Ansys Workbench是ANSYS公司推出的一种协同仿真环境4，能够与SolidWorks 完全集成的设计分析系统。Ansys Workbench提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。其通过有限元的思路解决问题，通过把一个连续的物体划分为有限个单元，这些单元再通过节点进行连接，模拟承受与实际载荷等效的节点载荷进行求解5。考虑到涂布辊在受力时主要为静力，所以本文对其进行静力学分析，其具体分析步骤如下。
3.1 导入三维模型
通过ANSYS Workbench对外接口，将Solidworks软件所建模型导入，通常采用stp格式文件。
3.2 设定材料材质
在将模型导入ANSYS Workbench中后，需要对材料材质的性能进行设置，在本文中，材料采用的为45号钢，抗拉强度不小于600 MPa，屈服强度不小于355 MPa，延长率不小于16%，密度7 890 kg/m3，泊松比0.269，杨氏模量209000GPa6。
3.3 网格划分
网格划分，是有限元分析中的一个关键的步骤，直接影响到解算的精度和速度。通常采用下述三种方法划分：自由网格划分，映射网格划分，拖拉，扫掠网格划分。其中自由网格划分是自动化程度最高的一种划分方法，它能够在实体面上自动生成三角形或四边形网格，在体上自动生成四面体网格。因结构相对简单，因此本文采用自由网格划分，通过ANSYS的智能尺寸控制技术，能够自动控制网格的大小和疏密分布。网格划分，如图2所示。
3.4 添加边界约束条件和作用力
在分析的过程中，要弄清物体所受的力和边界约束条件，在整个涂布装置中，涂布辊主要受自身重力作用和两端支撑力，因此在本分析过程中，添加A、B两个支撑力和C整个物件的重力。其受力，如图3所示。
3.5 设置求解对象及求解结果
在完成上述步骤后，需要设置求解的对象，并进行求解。由于涂布辊的形变是影响产品质量的重要因素，因此，本文选取涂布辊的总形变量作为求解的对象，求解结果，如图4所示。
3.6 结论分析
由上图可以看出，涂布辊由于受重力变形，变形最大处位于中间位置，约1.79 μm，在整个辊面区域的变形量达到了0.2～1.79 μm，能够满足设计要求。
4 结 语
本文通过在三维软件中进行建模，并在ANSYS Workbench中进行仿真分析，通过有限元分析法，分析了涂布辊的形变，为接下来的设计打下了坚实的基础，同时还可以实现材料选型的优化，为结构设计提供依据。随着计算机辅助设计技术的发展，仿真软件在结构设计中要的应用也越来越广泛，已经成为一种趋势。它一方面可以减轻校核计算所产生的工作量，另一方面也可以加快设计节奏，避免因长时间的试验过程拉长设计周期。
参考文献：
[1] J.Y. Lee， R.F. Zhang， Z.L. Liu. Dispersion of Sn and SnO on carbon
anodes [J].J. Power Sources，2000，90：70-75.
[2] Huang Kun， Discussion about Li-ion battery technology， Battery
Bimonthly [J].2000，30（5）：217
[3] Lin Chengtao， Zhang Bin， Chen Quanshi， Xie Yongcai， Comparative
research on characteristics and performance of typical tractive battery
[J].Chinese Journal of Power Sources，2008.
[4] 丁毓峰.ANSYS12.0有限元分析完全手册[M].北京：电子工业出版社，
2011，242-325.
[5] 王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京：清华大学出 版社，1997.
[6] 戈晓岚，洪琢.机械工程材料[M].北京：北京大学出版社，2006，140-159.