矿山机械结构力学有限元分析

一、
问题简介

矿山输送设备是矿山机械里面比较常用的设备，在开矿、采矿过程中起到非常重要的作用。输送设备的强度是矿山安全生产的一个重要保障。

鉴于上述重要性，对矿山输送设备生产厂商提出了严格的要求，在产品投放市场之前就能够得到产品安全性能的评估显得尤为重要。目前，能够实现的手段就是在产品研发阶段进行有限元分析计算。通过有限元分析，生产厂商在产品设计之初就将产品的结构设计到较优状态。

另外，随着市场竞争的激烈，对企业来说降低成本也是取胜于市场的比较关键的手段，而有限元分析恰恰能提供这样的平台。有限元计算能够在产品设计阶段就为工程师提供一个有效的、可视化的技术支撑，能够在保证设备正常安全运转的前提下，合理地降低企业的成本。

有限元分析报告不但给制造企业提供技术决策辅助，也能够在设备交易过程中，为客户提供一份赢得信任的筹码。

二、
计算模型 1. 几何模型

尺寸单位：毫米

模型中不同颜色区分轴、滚筒圈、轮毂和筒毂。不考虑橡胶圈

2. 边界条件

荷载

包括自重荷载和传动荷载：

传动荷载简化为如下方式施加：

轴向剪切力：42822 – 24740 = 18082 N

轴向正压力：24740 + 24740 = 49480 N

分布轴向剪切力：18082 / (3.14159 * 614.42 / 2 * 1151) = 0.01628 N/mm2

分布轴向正压力：49480 / (3.14159 * 614.42 / 2 * 1151) = 0.04454 N/mm2

约束

在下图最右端位置施加固定位移约束。

在轴承位添加弹簧约束（即为只有转动没有变形的约束），其它部位自由。

3. 材料参数

参与分析的有四个零件：滚筒圈、轴、轮毂两个（同质）。个零件对应的材料参数见表1材料参数表

表1
材料参数表

参 数	弹性模量	泊松比	质量密度
单 位	N/m2		Kg/m3
滚筒圈	196-206×109	0.3	7.85×103
轴	206×109	0.3	7.85×103
轮毂	172-202×109	0.3	7.8×103

4. 网格离散

采用精度较高的结构化网格剖分实体。

5. 计算结果

主拉应力云图：

主压应力值云图：

结构上主应力矢量图：

结构变形矢量图，切实反应结构所受合力与扭矩作用：

结构应变图：