基于APDL的带式输送机滚筒的参数化建模*

于淑政，赵 义

(河北工程大学机电学院，河北邯郸 056038)

基于APDL的带式输送机滚筒的参数化建模*

于淑政，赵 义

(河北工程大学机电学院，河北邯郸 056038)

滚筒是带式输送机的重要部件，其结构和性能直接影响带式输送机的安全可靠性。用ANSYS软件对滚筒进行受力分析.APDL语言是ANSYS提供的参数化设计语言，采用该语言对滚筒进行建模分析，减少不必要的重复劳动，介绍了用APDL语言对传动滚筒参数化建模的方法。

APDL语言;传动滚筒;参数化建模

1 引言

带式输送机是具有大运量、长距离、运输安全可靠的连续运输机械。滚筒作为带式输送机的关键部件和易损坏部件，其使用寿命严重制约着带式输送机的正常运转。根据受力方式的不同，可分为传动滚筒和改向滚筒。在滚筒的设计分析时，技术人员多利用ANSYS软件对滚筒进行受力分析。ANSYS软件提供的参数化设计语言APDL可进行各种零件结构的参数化建模，便于设计修改和优化设计。笔者以某型号带式输送机用传动滚筒为例，介绍了用APDL语言对传动滚筒进行参数化建模的方法，可实现几何实体模型的参数化建立，网格的参数化划分与控制。

2 传动滚筒几何特征

传动滚筒的几何参数如图1所示。

图1 传动滚筒主要参数图

滚筒按结构类型可分为辐板与轴焊接结构、轴与轮毂胀套连接结构、轴与轮毂连接结构、轴与轮毂过盈配合结构和滚筒与轴过盈配合键结构。本设计以轴与轮毂胀套连接结构的传动滚筒为例进行参数化建模。传动滚筒的结构主要包括筒壳、滚筒轴、辐板、胀套和轮毂等几部分。

3 APDL语言参数化建模

参数化建模是用参数而不是用数字来建立的分析模型，用参数表示零部件的尺寸大小和属性特征，设计人员可以更为方便的修改零部件的几何特征，以得到不同参数下模型的应力应变、位移变化等的情况。减少了利用人机交互式建模时的重复性工作，节约时间，速度快且不易出错。APDL语言是ANSYS软件提供的一种参数化设计语言，具有参数、函数、分支、循环、重复、宏命令、矩阵运算等一般程序语言所具有的功能。利用APDL语言建立参数化模型一般应遵循以下步骤。

(1)初始化ANSYS系统，一般执行finish、/clear命令清除内存，执行/title命令指定工作名和标题。

(2)定义参数并赋值，为建立模型做好基础。

(3)进入前处理器利用参数创建模型。对于模型的尺寸输入，要用定义的参数名代替实际的数字。

(4)利用mshkey、amesh等命令划分单元网格生成有限元模型。

编写APDL命令流可以在ANSYS的输入窗口中直接输入要编辑的命令，也可以用文本编辑器，如UltraEdit、Nedit、TextPad等来编写APDL命令流，保存为txt格式。然后在ANSYS软件中通过菜单Utility Menu下的Read Input from菜单项把编辑好的文本文件导入ANSYS中，自动运行即可生成所需的模型。

4 传动滚筒的参数化建模

在ANSYS中建立有限元模型有两种方法:直接建模和间接建模。直接建模时可直接创建节点和单元，没有实体模型，这种建模方法只适用于小型或比较简单的模型。间接建模法又称实体建模，它通过关键点、线、面和体构成几何模型，然后再通过网格划分生成有限元模型。这种方法适用于较复杂的模型，可进行局部网格细化，便于修改和改进。技术人员在做分析研究时大多采用这种建模方法。ANSYS中的实体建模也提供了两种建模方式:自上而下和自下而上的建模。可以根据不同的分析对象选择建模方法，也可以用这两种方法混合使用建模。本研究采用自下向上的建模方法，先建立关键点，由关键点生成线，线生成面，面生成体的方式。传动滚筒的主要参数:直径D=1 800 mm;筒壳长B=2 000 mm;筒壳厚H=50 mm;轴径D1=384 mm;轴径D2=380 mm;轴径D3= 370 mm;轴径D4=340 mm;轴径D5=320 mm;轴伸L1=1 400 mm;轴伸L2=204 mm;轴伸L3=165 mm;轴伸L4=287 mm;轴伸L4=287 mm;轴伸L5=350 mm;辐板与筒壳连接处宽度KD1=60 mm;辐板与轮毂连接处宽度KD2=90 mm;轮毂宽度KD3=200 mm;轮毂高度G=900 mm。

传动滚筒多为对称体，可以先建立一部分模型，然后通过粘接、镜像、旋转等命令绘制出整个实体模型。参数化建立传动滚筒模型的部分程序如下:

首先初始化ANSYS环境，之后定义参数，可以在输入窗口或标量参数对话框中输入(Utility Menu＞Parameter＞Scalar Parameter…)。

建立好的模型如图2所示。

生成实体模型之后，可通过mp命令定义模型中的材料属性，用et命令定义实常数和单元类型，之后通过mshkey、amesh命令分别对模型各部分进行网格划分，得到有限元模型如下图3。用户可以通过修改之前定义的参数，来得到不同规格尺寸的滚筒模型，大大节约了不同尺寸滚筒建模所需耗费的时间。

图2 传动滚筒实体模型图

图3 传动滚筒有限元模型

5 结语

本文以某型号带式输送机用传动滚筒为例，介绍了基于APDL语言的参数化建模方法。在对传动滚筒的建模分析时，通过修改参数可以得到不同型号的传动滚筒的实体模型，减少了技术人员重复建模的劳动，即方便快捷，又不易出错，可大大提高工作效率，同时也可为下一步对滚筒的优化设计打好基础。

［1］ 周 宁.ANSYS APDL高级工程应用实例分析与二次开发［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.

［2］ 孙玉刚.重型滚筒的有限元分析方法的研究［D］.沈阳:东北大学，2005.

［3］ 郭 忠，张艳冬.基于APDL的渐开线直齿圆柱齿轮参数化精确建模［J］.机械制造与自动化，2010(3):33－36.

［4］ 龚曙光，谢桂兰.ANSYS操作命令与参数化编程［M］.北京:机械工业出版社，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，河北邯郸人，教授，硕导，主要从事机械设计及理论方向的研究。