带式输送机系统传动滚筒组设计计算及动力学特性研究

（新疆天池能源有限责任公司，新疆 昌吉 831100）

1 传动滚筒组的校核计算

此传动滚筒组用于煤矿3000t/h胶带机，其承受载荷是合张力F=580kN，其传递扭矩N=65kNm。

1．1 轴的刚度校核计算

滚筒轴的计算简化如图1所示。

图1 滚筒轴的计算简化图

两端轴承中心处轴的转角θ。根据《机械设计手册》（机械工业出版社），结合滚筒结构及工作状况，此处转角许用值[θA]取0.002弧度。根据材料力学虚梁原理，导出以下计算式：

θA=

式中J0、J1分别为d0、d1处慣性矩，单位：cm4；

E为弹性模量，E=2.1×106kg/cm

θA=

平台采用通过软件实现双机热备的方案，如图4所示。双击热备解决数据库通信安全问题，在主数据库服务器出现异常不能访问时，可自动切换到备用服务器上，用户访问不会受到任何影响。

θA=0.00144(弧度)＜[θA]，此处转角满足要求。

（2）滚筒轮毂处轴的转角θp。根据胀套结构及我厂的标准,规定此处许用转角[θp]=0.0009弧度。根据虚梁原理，导出公式：

θp=0.00088(弧度)＜[θp]，此处转角满足要求。

（3）轴中点处的挠度y。根据规格书要求,传动滚筒组的许用值：

根据材料力学虚梁原理，导出计算式：

从以上计算结果得知，传动滚筒的轴满足刚度要求。

1．2 轴的强度校核计算

轴的材料选用40Cr号钢，经过调质处理，同时考虑到各种因素的影响，如加工、键槽、应力集中等，保守考虑许用正应力[σ]=550kg/cm2，许用剪应力[τ]=350kg/cm2危险截面取轴头处和轮毂处。

（1）轴头处轴的强度校核。滚筒轴头处受扭矩作用，计算公式：

Wp为抗扭截面模量，Wp=(cm3)

Wp=满足强度要求。

（2）轮毂处轴的强度校核。此处截面既受弯曲又受扭转，所以既有正应力σ，又有剪应力τ，采用第四强度理论，合成应力σz=

σz=满足强度要求。

从以上计算得出，滚筒轴能够满足强度要求。

综合上述计算可以得出，传动滚筒轴采用40Cr号钢调质处理，在最大载荷作用下，均满足刚度和强度条件，可以生产、使用。

2 传动滚筒组的有限元仿真

2．1 建立模型及网格划分

本文采用SolidWorks三维建模软件对传动滚筒进行三维模型的建立，为了减少有限元仿真的的计算速度，在建模的过程中，对不必要的模型特征进行了必要的简化，然后将建立的三维模型导入ANSYS中进行网格划分，最终划分的网格数量为26386，传动滚筒网格划分如图2所示。

图2 传动滚筒网格划分图

2．2 边界条件的设置及仿真求解

本文所建立的传动滚筒组主要用于M102/107等胶带机，载荷大小为580KN，传递扭矩大小为65KNm。轴的材料选用40Cr号钢，约束类型为转动约束，限定其上下和前后的自由度。传动滚筒变形求解结果如图3所示，传动滚筒应力求解结果如图4所示。

图3 传动滚筒变形云图

由图3可知，传动滚筒的最大变形为0.86mm，最大变形位置为中间偏右侧区域，最小变形区域处于两段，最大变形量在安全范围内。

图4 传动滚筒应力云图

由图4可知，传动滚筒的最大应力为148.21Mpa，最大应力出现在中间区域和轮毂处，最小应力出现在两侧区域，最大应力在安全范围内。

3 结语

综合校核计算和仿真结果可以得出，传动滚筒和改向滚筒轴采用40Cr号钢调质处理，在最大载荷作用下，均满足刚度和强度条件，可以生产、使用。