Page 115 - 《橡塑技术与装备》2023年10期

测试与分析 杨煜新 等·基于 Ansys Workbench 的辊筒轴头焊接形式的受力仿真

挠度，按卷纸机辊筒常用的相对挠度为 1/5 000~1/6
000，这两种不同的轴头焊接形式的辊筒长度均为
9 500 mm，所以允许挠度为 1.583~1.9 mm。从模拟
结果上看，筋板式焊接轴头辊筒最大变形量为 1.2 229
mm，法兰式焊接轴头辊筒最大变形量为 1.1 585 mm，
均小于 1.583 mm，所以这两种不同的轴头焊接形式的
辊筒都能满足生产工艺的要求。
辊筒的材料为 45 号钢，屈服强度为 355 MPa。
图 16 筋板式等效应力值
模拟结果得到筋板式焊接轴头辊筒最大应力值为
114.16 MPa，法兰式焊接轴头辊筒最大应力值为
较小。得到的结果如图 17 所示。
132.25 MPa，均远远小于 355 MPa，所以结构安全。

4 特殊条件的受力仿真模拟
以上模拟情况为辊筒在一个长期稳定运行状态下
的模拟。而在辊筒转动过程中还存在一个特殊的工况，
即是设备急停或启动时，加减速状态下扭矩对轴头的
冲击情况。这种情况下对于辊筒的稳定性及安全性是
较大的考验，如果出现辊筒断裂的情况，造成的后果
是比较严重的。在此分析进程中模拟的极限情况是一
端固定，另一端承受电机传递的扭矩，观察轴头处的
图 17 法兰式等效应力值
应力大小是否会超过材料的屈服极限。模拟亦采用静
力学分析，由于辊筒存在对称性，故此受力仿真模拟 辊筒的屈服强度为 355 MPa。从上面的模拟结果
过程中将其分成一半进行分析。前处理及网格划分步 得到筋板式焊接轴头辊筒最大应力值为 150.48 MPa，
骤按前次分析进程，在此不再赘述。对辊筒添加转速、 法兰式焊接轴头辊筒最大应力值为 153.34 MPa，均远
扭矩，对辊筒的中心添加固定约束。约束条件的设定 远小于 355 MPa，所以结构安全。
如图 15 所示。
6 结语
从结果上看 ：
（1）筋板式焊接轴头辊筒和法兰式焊接轴头辊筒
在相同条件下，变形量基本一致。变形量较小，都能
满足生产工艺的要求。
（2）筋板式焊接轴头辊筒的等效应力比法兰式焊
接轴头辊筒的等效应力偏小一些，也更安全。
图 15 约束条件 对牵引装置的辊筒而言，运行平稳、可靠是重中
之重，从模拟分析的结果上看，两种不同的轴头焊接
5 特殊条件的受力仿真模拟结果分析 形式的辊筒在变形量与等效应力上都相差不大，基本
模拟分析结果可看出，筋板式焊接轴头辊筒等效 都能满足使用要求。但是筋板式焊接轴头辊筒在平稳
应力值最大为 150.48 MPa，位于轴头处，筋板处应力 运行、急停或启动时的等效应力大小都会更小，也更
较小。如图 16 所示。 安全。
由此分析进程对法兰式焊接轴头辊筒进行受力分 通过软件分析模拟，提前对机械结构件的设计进
析。模拟分析结果可看出，法兰式焊接轴头辊筒等效 行模拟分析，从而实现设计的优化，进而降低实际加
应力值最大为 153.34 MPa，位于轴头处，法兰处应力 工过程中的容错率。

年
2023 第 49 卷 ·61·