于淑政，趙 義

(河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院，河北邯鄲 056038)

基于APDL的帶式輸送機(jī)滾筒的參數(shù)化建模*

于淑政，趙 義

(河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院，河北邯鄲 056038)

滾筒是帶式輸送機(jī)的重要部件，其結(jié)構(gòu)和性能直接影響帶式輸送機(jī)的安全可靠性。用ANSYS軟件對(duì)滾筒進(jìn)行受力分析.APDL語言是ANSYS提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言，采用該語言對(duì)滾筒進(jìn)行建模分析，減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)，介紹了用APDL語言對(duì)傳動(dòng)滾筒參數(shù)化建模的方法。

APDL語言;傳動(dòng)滾筒;參數(shù)化建模

1 引言

帶式輸送機(jī)是具有大運(yùn)量、長(zhǎng)距離、運(yùn)輸安全可靠的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械。滾筒作為帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部件和易損壞部件，其使用壽命嚴(yán)重制約著帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)受力方式的不同，可分為傳動(dòng)滾筒和改向滾筒。在滾筒的設(shè)計(jì)分析時(shí)，技術(shù)人員多利用ANSYS軟件對(duì)滾筒進(jìn)行受力分析。ANSYS軟件提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL可進(jìn)行各種零件結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模，便于設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化設(shè)計(jì)。筆者以某型號(hào)帶式輸送機(jī)用傳動(dòng)滾筒為例，介紹了用APDL語言對(duì)傳動(dòng)滾筒進(jìn)行參數(shù)化建模的方法，可實(shí)現(xiàn)幾何實(shí)體模型的參數(shù)化建立，網(wǎng)格的參數(shù)化劃分與控制。

2 傳動(dòng)滾筒幾何特征

傳動(dòng)滾筒的幾何參數(shù)如圖1所示。

圖1 傳動(dòng)滾筒主要參數(shù)圖

滾筒按結(jié)構(gòu)類型可分為輻板與軸焊接結(jié)構(gòu)、軸與輪轂脹套連接結(jié)構(gòu)、軸與輪轂連接結(jié)構(gòu)、軸與輪轂過盈配合結(jié)構(gòu)和滾筒與軸過盈配合鍵結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)以軸與輪轂脹套連接結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)滾筒為例進(jìn)行參數(shù)化建模。傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)主要包括筒殼、滾筒軸、輻板、脹套和輪轂等幾部分。

3 APDL語言參數(shù)化建模

參數(shù)化建模是用參數(shù)而不是用數(shù)字來建立的分析模型，用參數(shù)表示零部件的尺寸大小和屬性特征，設(shè)計(jì)人員可以更為方便的修改零部件的幾何特征，以得到不同參數(shù)下模型的應(yīng)力應(yīng)變、位移變化等的情況。減少了利用人機(jī)交互式建模時(shí)的重復(fù)性工作，節(jié)約時(shí)間，速度快且不易出錯(cuò)。APDL語言是ANSYS軟件提供的一種參數(shù)化設(shè)計(jì)語言，具有參數(shù)、函數(shù)、分支、循環(huán)、重復(fù)、宏命令、矩陣運(yùn)算等一般程序語言所具有的功能。利用APDL語言建立參數(shù)化模型一般應(yīng)遵循以下步驟。

(1)初始化ANSYS系統(tǒng)，一般執(zhí)行finish、/clear命令清除內(nèi)存，執(zhí)行/title命令指定工作名和標(biāo)題。

(2)定義參數(shù)并賦值，為建立模型做好基礎(chǔ)。

(3)進(jìn)入前處理器利用參數(shù)創(chuàng)建模型。對(duì)于模型的尺寸輸入，要用定義的參數(shù)名代替實(shí)際的數(shù)字。

(4)利用mshkey、amesh等命令劃分單元網(wǎng)格生成有限元模型。

編寫APDL命令流可以在ANSYS的輸入窗口中直接輸入要編輯的命令，也可以用文本編輯器，如UltraEdit、Nedit、TextPad等來編寫APDL命令流，保存為txt格式。然后在ANSYS軟件中通過菜單Utility Menu下的Read Input from菜單項(xiàng)把編輯好的文本文件導(dǎo)入ANSYS中，自動(dòng)運(yùn)行即可生成所需的模型。

4 傳動(dòng)滾筒的參數(shù)化建模

在ANSYS中建立有限元模型有兩種方法:直接建模和間接建模。直接建模時(shí)可直接創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)和單元，沒有實(shí)體模型，這種建模方法只適用于小型或比較簡(jiǎn)單的模型。間接建模法又稱實(shí)體建模，它通過關(guān)鍵點(diǎn)、線、面和體構(gòu)成幾何模型，然后再通過網(wǎng)格劃分生成有限元模型。這種方法適用于較復(fù)雜的模型，可進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化，便于修改和改進(jìn)。技術(shù)人員在做分析研究時(shí)大多采用這種建模方法。ANSYS中的實(shí)體建模也提供了兩種建模方式:自上而下和自下而上的建模。可以根據(jù)不同的分析對(duì)象選擇建模方法，也可以用這兩種方法混合使用建模。本研究采用自下向上的建模方法，先建立關(guān)鍵點(diǎn)，由關(guān)鍵點(diǎn)生成線，線生成面，面生成體的方式。傳動(dòng)滾筒的主要參數(shù):直徑D=1 800 mm;筒殼長(zhǎng)B=2 000 mm;筒殼厚H=50 mm;軸徑D1=384 mm;軸徑D2=380 mm;軸徑D3= 370 mm;軸徑D4=340 mm;軸徑D5=320 mm;軸伸L1=1 400 mm;軸伸L2=204 mm;軸伸L3=165 mm;軸伸L4=287 mm;軸伸L4=287 mm;軸伸L5=350 mm;輻板與筒殼連接處寬度KD1=60 mm;輻板與輪轂連接處寬度KD2=90 mm;輪轂寬度KD3=200 mm;輪轂高度G=900 mm。

傳動(dòng)滾筒多為對(duì)稱體，可以先建立一部分模型，然后通過粘接、鏡像、旋轉(zhuǎn)等命令繪制出整個(gè)實(shí)體模型。參數(shù)化建立傳動(dòng)滾筒模型的部分程序如下:

首先初始化ANSYS環(huán)境，之后定義參數(shù)，可以在輸入窗口或標(biāo)量參數(shù)對(duì)話框中輸入(Utility Menu＞Parameter＞Scalar Parameter…)。

建立好的模型如圖2所示。

生成實(shí)體模型之后，可通過mp命令定義模型中的材料屬性，用et命令定義實(shí)常數(shù)和單元類型，之后通過mshkey、amesh命令分別對(duì)模型各部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元模型如下圖3。用戶可以通過修改之前定義的參數(shù)，來得到不同規(guī)格尺寸的滾筒模型，大大節(jié)約了不同尺寸滾筒建模所需耗費(fèi)的時(shí)間。

圖2 傳動(dòng)滾筒實(shí)體模型圖

圖3 傳動(dòng)滾筒有限元模型

5 結(jié)語

本文以某型號(hào)帶式輸送機(jī)用傳動(dòng)滾筒為例，介紹了基于APDL語言的參數(shù)化建模方法。在對(duì)傳動(dòng)滾筒的建模分析時(shí)，通過修改參數(shù)可以得到不同型號(hào)的傳動(dòng)滾筒的實(shí)體模型，減少了技術(shù)人員重復(fù)建模的勞動(dòng)，即方便快捷，又不易出錯(cuò)，可大大提高工作效率，同時(shí)也可為下一步對(duì)滾筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

［1］ 周 寧.ANSYS APDL高級(jí)工程應(yīng)用實(shí)例分析與二次開發(fā)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

［2］ 孫玉剛.重型滾筒的有限元分析方法的研究［D］.沈陽:東北大學(xué)，2005.

［3］ 郭 忠，張艷冬.基于APDL的漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)化精確建模［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2010(3):33－36.

［4］ 龔曙光，謝桂蘭.ANSYS操作命令與參數(shù)化編程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

Parametric Model for Pulley of Belt Conveyor Based on APDL

YU Shu－zheng，ZHAO Yi
(School of Mechanical and Electrical Engineering，Hebei University of Engineering，Handan Hebei056038，China)

As an important part of belt conveyor，the structure and properties of pulley can affect the safety and reliability of belt conveyor running.Using ANSYS to analyze the force of the pulley.APDL language is a parametric design language provided by ANSYS，which can be more convenient for modeling and analysis of pulley and can reduce the unnecessary duplication of work.The method building parametric modeling using APDL language for drive pulley is introduced.

APDL language;drive pulley;parametric modeling

TH121

A

1007－4414(2013)05－0183－02

2013－07－23

于淑政(1963－)，男，河北邯鄲人，教授，碩導(dǎo)，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方向的研究。