矿用驱动滚筒架的有限元分析

0 引言

    本文以矿用驱动滚筒架设计为例，介绍其有限元分析过程。利用建立模型，将其导入有限元分析软件ANSYS Workbench，进行仿真分析，保证设计满足强度和变形要求，为完善驱动滚筒架的设计分析系统做铺垫。本文分离滚筒与驱动架，将滚筒对驱动架的影响完全转变为力的影响，以便于得到更加精确数据。

1 建立三维模型

    驱动滚筒架承担着支撑传动滚筒的作用，它的强度及变形直接影响滚筒的运行稳定性及安全性。驱动滚筒架主要由钢板及槽钢焊接而成。建模的方法有很多种，可以在ANSYS Workbench中直接建立模型，但由于ANSYS Workbench中自带的建模方式虽然对比ANSYS有大改善，但是界面还是不友好，故采用进行建模。在建模过程中为了提高效率，将焊缝联接视为连续的整体。

2 建立有限元模型

    将建立的模型导入ANSYS Workbench，其过程如下：将建立的模型保存副本为.igs后缀的文件，然后导入，得到有限元模型。

    驱动滚筒架作为一个实体，我们在划分网格时，为了得到尽可能规则的网格，采用切片的方式，对其进行分割后，再进行网格划分。同时，其材料选择45号钢，质量密度7.85837e-6/kg·mm^-3，杨氏模量2.068440e5/MPa，泊松比为0.3。

3 约束及载荷的确定

    根据驱动滚筒架的安装及受力分析，将驱动滚筒及增面滚筒对驱动滚筒架施加的力表现于模型上。

    模型受力及约束

    其中A为固定约束。取某具体工程数据，根据计算可以得到如下数据：

    B=36589N，C=9365N，D=59108N·m，E=36589，F=9365N，G=59108N·m，H=4682.6N，I=52154N·m，J=4682.6N，K=52154N·m。

4 计算结果与分析

    通过计算与分析，得到应力、应变及总变形图，我们可以看出驱动架的最大失效及变形位置。

    驱动滚筒架应力图

    驱动滚筒架应变图

    驱动滚筒架总变形图

5 结论

    通过以上分析，可以得出一般在焊缝处容易出现应力集中的现象，为了防止开裂，必须保证焊接的质量，尽量在焊接后进行相应的热处理，以消除内应力；同时，根据总变形图可以看出最大变形发生的部位，在设计的时候要合理的计算，因为此处过大的变形会导致滚筒与减速机安装同轴度在运转的时候发生很大的变化，导致运转振动过大。介于个人能力有限，本次分析只考虑了驱动滚筒架的静力分析，没有进行在滚筒运转时的动力学分析以及模态分析，尚需进一步完善，请各位专家指正。