【摘 要】 传动滚筒是传递动力的主要设备，其承载能力直接关系到整个输送系统的运行，而传动滚筒又是滚筒中最关键最复杂的部分，本文重点论述了胶带输送机滚筒的有限元分析的设计方法。
　　【关键词】 滚筒组;有限元法;轮毂;筒壳;辐板
　　滚筒是胶带机承受皮带张力的重要部件，分为驱动滚筒和改向滚筒，驱动滚筒主要承受胶带机驱动张力，改向滚筒则作用在胶带机头尾及拉紧等位置，起著改变胶带方向的及增加传动滚筒包角包括等作用。而传动滚筒又是滚筒中最关键最复杂的部分，下面以巴西圣路易斯港项目胶带机所用滚筒为例对滚筒组的设计分析进行详细的介绍。
　　1、有限元分析力学模型
　　滚筒组由轴承座、幅板、轮毂、筒皮、轴组成，其中轴与轮毂是通过过盈配合联结或键、或者胀套联结，联幅板与轮毂、幅板与筒皮焊接在一起。如图1所示，滚筒主要受胶带张力，驱动装置输出的扭矩，其计算值为：胶带紧边张力1060KN，胶带松边张力640KN，驱动装置输出扭矩330KN。传动滚筒所受荷载主要是胶带张力和自重，采用三维实体单元建立滚筒组有限元模型，根据滚筒轴结构和载荷的对称性，计算时取一半结构分析。有限元计算时，将轴在轴承处按铰接处理，分别约束X、Y、Z三个方向的线位移。
　　图1 滚筒组模型
　　2、计算结果
　　（1）滚筒轴
　　轴材料：40Cr
　　许用安全系数[n]=1.5
　　许用挠度L/3000=1.06mm
　　由图2，图3可见轴左端台阶点处是轴危险截面，其最大拉压应力为：σ=52.19Mpa，最大剪应力为τ=13.56Mpa。如图2、3所示。
　　图2 滚筒组载荷
　　图3 滚筒轴压应力图
　　图4 轴剪切应力图
　　计算轴安全系数
　　nσ=
　　其中：nσ——弯曲安全系数.
　　 ——对称循环下的持久极限=263MPa
　　 ——应力集中系数K=1.6
　　 .σ——拉压应力σ=52.51MPa
　　 ε——尺寸系数ε=0.6
　　 β——表面质量系数β=0.9
　　nσ==1.69>[n]
　　剪切安全系数 nτ=
　　其中：nτ——剪切安全系数.
　　 ——对称循环下的持久极限=151MPa
　　 σ——应力集中系数K=1.46
　　 τ——平均剪应力τ=13.56Mpa
　　 ——钢的系数=0.05
　　 ε——尺寸系数ε=0.6
　　 β——表面质量系数β=0.9
　　nτ==4.04
　　轴工作安全系数
　　>[n]满足要求
　　轴最大挠度为0.96mm，在滚筒组中间。小于许用挠度，满足要求。
　　（2）筒体
　　轴材料：Q235-A
　　许用安全系数[n]=1.5
　　筒体最大拉压应力为：σ=32.96Mpa，最大剪应力为τ=14.06Mpa，见图5，图6。
　　图5 筒体拉压应力图
　　图6 筒体剪切应力图
　　计算筒体安全系数
　　nσ=
　　其中：nσ——弯曲安全系数.
　　 ——对称循环下的持久极限=164MPa
　　 ——应力集中系数K=1.2
　　 .σ——拉压应力σ=32.96MPa
　　ε.尺寸系数ε=0.54
　　β.表面质量系数β=0.82
　　nσ==1.84>[n]满足要求。
　　剪切安全系数 nτ=
　　其中：-nτ——剪切安全系数.
　　 ——对称循环下的持久极限=97MPa
　　 σ——应力集中系数K=1.26
　　 τ——平均剪应力τ=14.06Mpa
　　 ——钢的系数=0.05
　　 ε——尺寸系数ε=0.6
　　 β——表面质量系数β=0.82
　　nτ==2.64
　　筒体工作安全系数
　　>[n]满足要求
　　（3）轮毂
　　轮毂材料：ZG20Mn
　　许用安全系数[n]=1.5
　　轮毂最大等效应力为：37.94Mpa，见图7
　　图7 轮毂等效应力图
　　计算轮毂安全系数
　　nσ=
　　其中：nσ——安全系数.
　　 ——对称循环下的持久极限=200MPa
　　 ——应力集中系数K=1.2
　　 .σd——等效应力σd=37.94MPa
　　 ε——尺寸系数ε=0.54
　　 β——表面质量系数β=0.85
　　nσ==2.02>[n]满足要求。
　　3、结论
　　从以上结果可以看出，滚筒在载荷作用下，最大等效应力均发生在幅板与轮毂联接处。在设计时就应该合理的设计该位置的应力。设计时，如果需要改善幅板应力，可以适当增大轴径或改变材料，但也要注意经济性。
　　参考文献：
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　　[2]陈炳耀，祁开阳.带式输送机输送带与滚筒之间的打滑分析[J].煤矿机械，2004，（11）：99-100.
　　[3]梁治明，丘侃编.材料力学.北京：高等教育出版社，1998.6