带式输送机大扭矩传动滚筒的优化设计及结构改进

摘要

随着现代工业水平的发展，采矿业机械化程度越来越高，带式输送机得到了普遍应用。其中，传动滚筒是带式输送机的关键部件，它是将轴的扭矩传递到输送带上的传动动力的一个复杂的组合体，其结构要求具有很高的可靠性。在实际工作过程中，传动滚筒主要破坏形式是筒体在旋转时承受交替拉伸压缩变形致使焊缝破裂。因此，本文利用ANSYS软件对大扭矩传动滚筒进行了结构优化设计，并提取了优化结果中的对筒体变形量影响较大的加强环的体积参数进行结构改进。
　　首先，对带式输送机大扭矩传动滚筒进行了综合设计。包括了滚筒的全部构件——筒体、滚筒轴、轮毂与轮辐进行了结构设计，并对对称组件的间距进行了计算。
　　其次，利用ANSYS软件对已设计出的滚筒进行力学分析，通过建模、划分网格，定义边界条件，施加载荷、求解等过程查看滚筒的变形和应力情况。找出最大应力节点和滚筒变形量最大的部位，并验证滚筒的结构设计是否安全可靠。
　　再次，对传动滚筒进行了优化设计。借助ANSYS软件中的优化模块，选择三个优化设计变量，即筒体的厚度、加强环的长度和宽度，以滚筒的应力为状态变量，总重量为目标函数进行优化。优化后的滚筒既能满足使用要求，又要节省了材料，降低成本。
　　最后，选出优化结果中的加强环的体积参数，再次利用ANSYS软件分析了不同形状结构的加强环对筒体变形量的影响程度，又结合了MATLAB的函数拟合模块求解了最优形状加强环的结构参数，使得滚筒在轻重量的条件下满足使用要求并且筒体变形量最小。
　　综上所述，本文对大扭矩传动滚筒进行了结构计算，借助ANSYS软件对滚筒进行优化设计。并同时应用ANSYS和MATLAB的优化结合，对加强环进行了结构改进。

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目录

1 绪论

1.1 概述

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题的研究目的及意义

1.4 课题研究内容

1.5 论文结构安排

2 滚筒的分类和受力分析

2.1 结构与分类

2.2 滚筒的受力分析

2.3 本章小结

3 传动滚筒的结构计算

3.1 滚筒直径的确定

3.2 滚筒厚度的确定

3.3 滚筒轴径的确定

3.4 确定轮辐厚度

3.5 轮毂间距的确定

3.6 轮毂尺寸的确定

3.7 本章小结

4 传动滚筒的有限元分析

4.1 概述

4.2 有限元法的弹性力学基本方程

4.3 传动滚筒模型的建立

4.4 滚筒模型的载荷和约束

4.5 求解及后处理

4.6 本章小结

5 带式输送机传动滚筒的优化设计与加强环的结构改进

5.1 ANSYS优化设计介绍

5.2 带式输送机传动滚筒的优化设计

5.3 加强环的结构改进与研究

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

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