(新疆天池能源有限責(zé)任公司,新疆 昌吉 831100)
此傳動(dòng)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。
滾筒軸的計(jì)算簡(jiǎn)化如圖1所示。
圖1 滾筒軸的計(jì)算簡(jiǎn)化圖
兩端軸承中心處軸的轉(zhuǎn)角θ。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(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(jì)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(tái)采用通過軟件實(shí)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(shí),可自動(dòng)切換到備用服務(wù)器上,用戶訪問不會(huì)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(dòng)滾筒組的許用值:
根據(jù)材料力學(xué)虛梁原理,導(dǎo)出計(jì)算式:
從以上計(jì)算結(jié)果得知,傳動(dòng)滾筒的軸滿足剛度要求。
軸的材料選用40Cr號(hào)鋼,經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理,同時(shí)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(xiǎn)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(jì)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(jì)算得出,滾筒軸能夠滿足強(qiáng)度要求。
綜合上述計(jì)算可以得出,傳動(dòng)滾筒軸采用40Cr號(hào)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。
本文采用SolidWorks三維建模軟件對(duì)傳動(dòng)滾筒進(jìn)行三維模型的建立,為了減少有限元仿真的的計(jì)算速度,在建模的過程中,對(duì)不必要的模型特征進(jìn)行了必要的簡(jiǎn)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(dòng)滾筒網(wǎng)格劃分如圖2所示。
圖2 傳動(dòng)滾筒網(wǎng)格劃分圖
本文所建立的傳動(dòng)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(hào)鋼,約束類型為轉(zhuǎn)動(dòng)約束,限定其上下和前后的自由度。傳動(dòng)滾筒變形求解結(jié)果如圖3所示,傳動(dòng)滾筒應(yīng)力求解結(jié)果如圖4所示。
圖3 傳動(dòng)滾筒變形云圖
由圖3可知,傳動(dòng)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(dòng)滾筒應(yīng)力云圖
由圖4可知,傳動(dòng)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)。
綜合校核計(jì)算和仿真結(jié)果可以得出,傳動(dòng)滾筒和改向滾筒軸采用40Cr號(hào)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。