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)徑向拉應力、壓應力的作用，焊接位置中裂紋極易擴展，導致疲勞破壞，引發(fā)滾筒失效。因此，對傳動滾筒焊接位置的設計顯得尤為重要。

1、傳動滾筒受力分析

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。

1、傳動滾筒有限元模型

(1)傳動滾筒幾何參數(shù)

由于對傳動滾筒建立三維有限元模型結(jié)構(gòu)較為復雜，應采取相應的措施進行簡化，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。

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)傳動滾筒材料屬性

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)傳動滾筒網(wǎng)格劃分

在傳動滾筒網(wǎng)格劃分模塊中，將全局種子數(shù)設置為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。

傳動滾筒復雜的應力分布情況和變形機理，是造成滾筒設計困難的最主要的原因。運用ABAQUS軟件對皮帶輸送機傳動滾筒在正常運行工況及逆止工況進行三維有限元靜力分析，得出了滾筒的交變應力分布規(guī)律，并可利用有限元計算結(jié)果，找出設計中的薄弱環(huán)節(jié)。研究表明：滾筒筒轂與筒體相連焊接位置控制在總長的12%~17%比較合理，為滾筒的設計提供了依據(jù)。