帶式輸送機系統傳動滾筒組設計計算及動力學特性研究

（新疆天池能源有限責任公司，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，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角θ。根據《機械設計手冊》（機械工業出版社），結合滾筒結構及工作狀況，此處轉角許用值[θA]取0.002弧度。根據材料力學虛梁原理，導出以下計算式：

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雙機熱備的方案，如圖4所示。雙擊熱備解決數據庫通信安全問題，在主數據庫服務器出現異常不能訪問時，可自動切換到備用服務器上，用戶訪問不會受到任何影響。

θA=0.00144(弧度)＜[θA]，此處轉角滿足要求。

（2）滾筒輪轂處軸的轉角θp。根據脹套結構及我廠的標準,規定此處許用轉角[θp]=0.0009弧度。根據虛梁原理，導出公式：

θp=0.00088(弧度)＜[θp]，此處轉角滿足要求。

（3）軸中點處的撓度y。根據規格書要求,傳動滾筒組的許用值：

根據材料力學虛梁原理，導出計算式：

從以上計算結果得知，傳動滾筒的軸滿足剛度要求。

1．2 軸的強度校核計算

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

（1）軸頭處軸的強度校核。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=滿足強度要求。

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

σz=滿足強度要求。

從以上計算得出，滾筒軸能夠滿足強度要求。

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

2 傳動滾筒組的有限元仿真

2．1 建立模型及網格劃分

本文采用SolidWorks三維建模軟件對傳動滾筒進行三維模型的建立，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行了必要的簡化，然后將建立的三維模型導入ANSYS中進行網格劃分，最終劃分的網格數量為26386，傳動滾筒網格劃分如圖2所示。

圖2 傳動滾筒網格劃分圖

2．2 邊界條件的設置及仿真求解

本文所建立的傳動滾筒組主要用于M102/107等膠帶機，載荷大小為580KN，傳遞扭矩大小為65KNm。軸的材料選用40Cr號鋼，約束類型為轉動約束，限定其上下和前后的自由度。傳動滾筒變形求解結果如圖3所示，傳動滾筒應力求解結果如圖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區域，最小變形區域處于兩段，最大變形量在安全范圍內。

圖4 傳動滾筒應力云圖

由圖4可知，傳動滾筒的最大應力為148.21Mpa，最大應力出現在中間區域和輪轂處，最小應力出現在兩側區域，最大應力在安全范圍內。

3 結語

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