帶式輸送機(jī)系統(tǒng)傳動滾筒組設(shè)計計算及動力學(xué)特性研究

（新疆天池能源有限責(zé)任公司，新疆 昌吉 831100）

1 傳動滾筒組的校核計算

此傳動滾筒組用于煤礦3000t/h膠帶機(jī)，其承受載荷是合張力F=580kN，其傳遞扭矩N=65kNm。

1．1 軸的剛度校核計算

滾筒軸的計算簡化如圖1所示。

圖1 滾筒軸的計算簡化圖

兩端軸承中心處軸的轉(zhuǎn)角θ。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》（機(jī)械工業(yè)出版社），結(jié)合滾筒結(jié)構(gòu)及工作狀況，此處轉(zhuǎn)角許用值[θA]取0.002弧度。根據(jù)材料力學(xué)虛梁原理，導(dǎo)出以下計算式：

θA=

式中J0、J1分別為d0、d1處慣性矩，單位：cm4；

E為彈性模量，E=2.1×106kg/cm

θA=

平臺采用通過軟件實現(xiàn)雙機(jī)熱備的方案，如圖4所示。雙擊熱備解決數(shù)據(jù)庫通信安全問題，在主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)異常不能訪問時，可自動切換到備用服務(wù)器上，用戶訪問不會受到任何影響。

θA=0.00144(弧度)＜[θA]，此處轉(zhuǎn)角滿足要求。

（2）滾筒輪轂處軸的轉(zhuǎn)角θp。根據(jù)脹套結(jié)構(gòu)及我廠的標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定此處許用轉(zhuǎn)角[θp]=0.0009弧度。根據(jù)虛梁原理，導(dǎo)出公式：

θp=0.00088(弧度)＜[θp]，此處轉(zhuǎn)角滿足要求。

（3）軸中點(diǎn)處的撓度y。根據(jù)規(guī)格書要求,傳動滾筒組的許用值：

根據(jù)材料力學(xué)虛梁原理，導(dǎo)出計算式：

從以上計算結(jié)果得知，傳動滾筒的軸滿足剛度要求。

1．2 軸的強(qiáng)度校核計算

軸的材料選用40Cr號鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，同時考慮到各種因素的影響，如加工、鍵槽、應(yīng)力集中等，保守考慮許用正應(yīng)力[σ]=550kg/cm2，許用剪應(yīng)力[τ]=350kg/cm2危險截面取軸頭處和輪轂處。

（1）軸頭處軸的強(qiáng)度校核。滾筒軸頭處受扭矩作用，計算公式：

Wp為抗扭截面模量，Wp=(cm3)

Wp=滿足強(qiáng)度要求。

（2）輪轂處軸的強(qiáng)度校核。此處截面既受彎曲又受扭轉(zhuǎn)，所以既有正應(yīng)力σ，又有剪應(yīng)力τ，采用第四強(qiáng)度理論，合成應(yīng)力σz=

σz=滿足強(qiáng)度要求。

從以上計算得出，滾筒軸能夠滿足強(qiáng)度要求。

綜合上述計算可以得出，傳動滾筒軸采用40Cr號鋼調(diào)質(zhì)處理，在最大載荷作用下，均滿足剛度和強(qiáng)度條件，可以生產(chǎn)、使用。

2 傳動滾筒組的有限元仿真

2．1 建立模型及網(wǎng)格劃分

本文采用SolidWorks三維建模軟件對傳動滾筒進(jìn)行三維模型的建立，為了減少有限元仿真的的計算速度，在建模的過程中，對不必要的模型特征進(jìn)行了必要的簡化，然后將建立的三維模型導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終劃分的網(wǎng)格數(shù)量為26386，傳動滾筒網(wǎng)格劃分如圖2所示。

圖2 傳動滾筒網(wǎng)格劃分圖

2．2 邊界條件的設(shè)置及仿真求解

本文所建立的傳動滾筒組主要用于M102/107等膠帶機(jī)，載荷大小為580KN，傳遞扭矩大小為65KNm。軸的材料選用40Cr號鋼，約束類型為轉(zhuǎn)動約束，限定其上下和前后的自由度。傳動滾筒變形求解結(jié)果如圖3所示，傳動滾筒應(yīng)力求解結(jié)果如圖4所示。

圖3 傳動滾筒變形云圖

由圖3可知，傳動滾筒的最大變形為0.86mm，最大變形位置為中間偏右側(cè)區(qū)域，最小變形區(qū)域處于兩段，最大變形量在安全范圍內(nèi)。

圖4 傳動滾筒應(yīng)力云圖

由圖4可知，傳動滾筒的最大應(yīng)力為148.21Mpa，最大應(yīng)力出現(xiàn)在中間區(qū)域和輪轂處，最小應(yīng)力出現(xiàn)在兩側(cè)區(qū)域，最大應(yīng)力在安全范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

綜合校核計算和仿真結(jié)果可以得出，傳動滾筒和改向滾筒軸采用40Cr號鋼調(diào)質(zhì)處理，在最大載荷作用下，均滿足剛度和強(qiáng)度條件，可以生產(chǎn)、使用。