基于Creo静态分析的干燥机滚筒设计选优

摘 要：通过Creo Simulate有限元分析模块，对干燥机三种滚筒进行静态分析，对比性能参数选出最优设计方案，缩短开发周期，降低成本以及提高产品性能。

关键词：Creo；Simulate；静态分析；滚筒；干燥机；静力学分析；有限元

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0049-01

现价段，干燥机已经是市场上的成熟产品，各品牌生产商除了在功能多样性以及结构优化方面改进，还着重于提高核心部件的质量可靠性。针对用户实际使用中滚筒出现十字架焊缝开裂的质量问题，要求提高滚筒连续工作可靠性，本文对三种不同构造的滚筒进行静力学分析，从中选出最优结构方案。

1 设计分析

目前，各大干燥机生产商的滚筒，它的十字架轴普遍采用的是槽钢型材或C形折弯件做臂架，围绕焊接了方块板的轴体拼接焊接而成的结构，方块板作为十字架与轴体的中间焊接件，而筒体由外周板与前后封板、V形筋拼焊而成，并与十字架各个臂架采用单拉杆螺母连接，如图1A所示，是此类滚筒结构的基本构型；图1B所示是将槽钢更换为矩形管，取消方块板，相应的在矩形管两侧增加圆板作为十字架与轴体的中间焊接件，筒体及其与十字架的臂架连接形式相同；图1C所示的十字架轴与B相同，筒体结构也与A、B一致，但筒体与十字架的臂架采用双拉杆螺母连接。

本文使用Creo Simulate模块进行静力学分析，计算焊接件在加载情况下整体应力分布及应变，判断部件是否达到设计要求，选出最优方案。

1.1 预处理

滚筒的零件是在Creo Parametric创建并简化，然后进入Creo Simulate定义并分配材料。筒体圆周板、前后封板及提升筋是不锈钢，轴体是合金结构钢，其他为碳素结构钢。添加重力加速度，以及按干燥机对应的额定装载重量定义载荷。对整个装配体按实际零件焊接及螺栓紧固添加连接。约束定义，轴体的轴承支撑位做销约束，轴体端面做平移限制。然后创建网格，网格化选择AutoGEM即可。

1.2 分析计算

开始运行模拟计算前，创建位移測量及应力测量，然后点击“Start Run”运行静态分析。分析按负载方向为平行于臂架轴线、与臂架轴线夹角45°两种。

1.3 后处理

对完成的静态分析，点击“Review Results”，调出“Result Window Definition”查看分析结果图，如图2。

分析结果图显示危险点是各臂架拼接焊接处、中间连接板的焊缝。以上各方案分析的性能参数如表1。

从表1可以看到，方案B、C 比方案A负载大10%条件下，最大位移减少30%，最大等效应力降低54%，主应力的最大拉、压应力降低65%；方案C比方案B最大压应力降低22%，最大等效应力基本一致，但最大位移增加约8%，原因是方案C双拉杆自重增加的影响。

2 结语

采用矩形管做臂架并在臂架两侧用圆板作为十字架与轴体的中间焊接件，能大幅降低位移量、等效应力及压应力，而采用双拉杆连接筒体将进一步降低压应力，比目前的基本构型承重能力、稳定性更高。

参考文献

[1]成大先主编.机械设计手册[M].化学工业出版社，2007，11.

[2]Creo Simulate 2.0帮助文档[K].

[3]Creo Simulate 2.0官方培训教材[K].