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1滾筒體的模型建立與模態分析

（1）滾筒體的三維模型本文設計的滾筒體直徑D=630mm，滾筒體長度L=1800mm。由于設計的滾筒體直徑較大，因此選取厚度為16mm。滾筒體采用Q235A型鋼板焊接而成，彈性模量2.1×105MPa，泊松比μ=0.3，密度為77kg/m3，其許用應力為65MPa。根據以上設計參數，使用三維軟件SolidWorks建立外裝式電動滾筒滾筒體的三維實體模型。最終完成電動滾筒滾筒體三維實體模型。

（2）滾筒體有限元模型的邊界條件有限元分析中的邊界條件分為力約束和位移約束。本文只對滾筒體進行模態分析，所以只有位移約束。電動滾筒滾筒體可以沿著軸向旋轉（繞著軸旋轉），定義的約束必須要限制滾筒體其他5個自由度。所以要在2個端蓋的軸孔內表面設置鉸鏈約束，約束它3個方向的平動和2個方向的轉動。

（3）滾筒體的網格劃分SolidWorksSimulation提供了3種網格劃分方式：四面體實體單元、三角形殼體單元和混合網格，本文采用三角形殼體單元作為劃分單元。整個滾筒體模型共生成15623個節點，劃分為13682個單元如圖3所示。

（4）滾筒體的模態分析模態分析用于分析結構的振動特性，即確定結構的固有頻率和振型。SolidWorksSimulation是一款基于有限元技術的設計分析軟件，可以進行模態分析。由有限元法進行求解分析，得到滾筒體的前5階固有振動頻率和振型圖如圖4所示。其中第1階模態頻率0.0024595Hz是剛體的轉動模態，沒有實際參考意義；第2階模態頻率1369Hz，節點最大變形位移214.7mm，振型為扭曲形式；第3階模態頻率2043.1Hz,節點最大變形位移245.3mm，振型為彎曲形式；第4階模態頻率2043.9Hz，節點最大變形位移246.1mm，振型為彎曲形式；第5階模態頻率2048Hz，節點最大變形位移383.2mm，振型為彎曲形式。由振型圖可以看出，隨著頻率的增加，滾筒體以彎曲振動為主且變形越來越大，最危險節點的變形位移也越來越大且總是在滾筒體的中心位置。在設計筒體時，可以通過加厚筒體或改善支承條件來抑制其變形。

在一定輸入轉速條件下，各齒輪的齒數決定了齒輪的嚙合頻率。設計滾筒內部的封閉行星齒輪傳動機構時，確定各齒輪齒數及其他參數，要避開滾筒體的振動頻率，以免發生共振。

2結語

本文介紹了新型外裝式電動滾筒的結構設計，并應用SolidWorksSimulation軟件對其滾筒體進行模態分析，獲得了滾筒體的振動頻率和振型。經分析可知：對滾筒體變形影響大的振型是彎曲振型，滾筒體的薄弱環節是滾筒體中間位置。因此，在設計筒體時，可以通過加厚筒體或改善支承條件來抑制滾筒體變形；在設計滾筒內部的封閉行星齒輪傳動機構時，要避免齒輪嚙合頻率與滾筒體發生共振。

作者：朱增寶劉方杰徐迎莉尹敏單位：安徽理工大學機械工程學院