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皮帶輸送機是以輸送帶兼作牽引機構(gòu)和承載機構(gòu)的連續(xù)輸送機械，對零部件設(shè)計的要求很高。傳動滾筒是皮帶輸送機的主要傳動部件，傳動滾筒把皮帶輸送機主電機強大扭矩傳至輸送帶，拖動負載，實現(xiàn)運輸，其可靠性和使用壽命嚴(yán)重影響著輸送機的性能。目前，傳動滾筒多數(shù)采用焊接方法制造，主要結(jié)構(gòu)一般分為筒體、筒轂、滾筒軸等。在皮帶輸送機正常工作中，傳動滾筒受到圓周方向剪切力和交變循環(huán)徑向拉應(yīng)力、壓應(yīng)力的作用，焊接位置中裂紋極易擴展，導(dǎo)致疲勞破壞，引發(fā)滾筒失效。因此，對傳動滾筒焊接位置的設(shè)計顯得尤為重要。
1、傳動滾筒受力分析
圖1 傳動滾筒張力示意圖
傳動滾筒除了受到重力和扭矩外，還受到輸送帶張力。出于滾筒強度校核的目的，此處假設(shè)滾筒滿負荷運轉(zhuǎn)，即滾筒上輸送帶張力不存在靜止弧，滑動弧占滿整個圍包角。輸送帶對滾筒筒體的張力如圖1所示，在包角α范圍內(nèi)，根據(jù)彈性體歐拉公式有下式成立：
Fθ=F2eμθ
式中 F2——輸送帶松處的張力，N；
μ——輸送帶與滾筒問摩擦系數(shù)；
θ——從b點算起的弧度，rad；
Fθ——θ處輸送帶所受張力，N。
傳動滾筒在θ處單位表面所受的正壓力Pθ和單位表面所受的摩擦力fθ分別為：
Pθ=2 Fθ/BD=2 F2eμθ/BD
fθ=μPθ=2 F2eμθ/BD
式中B——輸送帶寬度，m；
D——滾筒外徑，m。
2、傳動滾筒有限元模型
(1)幾何參數(shù)
由于對傳動滾筒建立三維有限元模型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，應(yīng)采取相應(yīng)的措施進行簡化，如忽略小的圓角、倒角、軸頸，將軸承座對滾筒的約束視為簡支梁約束等，簡化后的傳動滾筒結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
圖2 傳動滾筒結(jié)構(gòu)圖
a一脹套間距；b一筒體長度；c一軸承間距；d一軸總長度；e一軸端長度；f一筒轂寬度；g一脹套寬度；h一軸端外徑；i一脹套內(nèi)徑；j一筒體外徑；k一簡體壁厚
(2)材料屬性
傳動滾筒主要由筒體、筒轂和滾筒軸組成，其中筒體材料Q345B，屈服極限345MPa；筒轂材料ZG230—450，屈服強度是230MPa，抗拉強度是450MPa；滾筒軸材料37SiMn2MoV，屈服極限835MPa，抗拉強度是980MPa。按照彈性模量E=210000MPa，泊松比μ=0.3，分別為筒體、筒轂和滾筒軸賦給材料屬性。
(3)網(wǎng)格劃分
在網(wǎng)格劃分模塊中，將全局種子數(shù)設(shè)置為15，并采用精度高的二次減縮積分C3D20R單元類型，有效的避免了沙漏問題。
