带式输送机托辊有限元分析及疲劳寿命预测

作     者：都平安 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩刚

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 

主      题：带式输送机 托辊应力 nCode 托辊疲劳寿命 BP神经网络 

摘      要：带式输送机是现代物流飞速发展不可或缺的高效连续输送设备,托辊是带式输送机等连续输送设备的关键部件,与带式输送机的各种性能参数密不可分。作为带式输送机的主要运动部件,托辊长时间处在较差的工作环境当中,成为带式输送机的主要易损件。托辊的失效会带来难以预料的经济损失,对托辊进行疲劳寿命分析,找出影响其疲劳寿命的因素,指导设计生产就显得尤为重要。 本文根据托辊轴承损坏这一主要失效模式展开研究,结合托辊受力情况对轴承进行寿命计算。并介绍了托辊轴承疲劳累积损伤理论模型,详细说明了利用有限元法计算托辊寿命的过程。 基于有限元理论,对槽型三托辊组中间平托辊进行了研究。利用Solidworks平台建立了托辊的三维实体模型,并将其与ANSYS Workbench相关联进行仿真分析。通过这种方式,得出了托辊应力和应变分布的云图。接着,以托辊的有限元结果为输入,导入nCode Design Life进行疲劳失效分析。最终,确定了托辊各节点的疲劳寿命,并找出了托辊疲劳寿命最低的部位。 结合托辊的实际运行工况,分析托辊的失效形式和失效部位后,提出改变轴承类型、在托辊内表面中间位置焊接腹盘是提高托辊整体耐久性的有效方法。将改进的两种方案用nCode进行寿命验证,可以得出结论:更换圆锥滚子轴承后的托辊寿命明显提升;采用加强型辊皮对托辊寿命的提高也较为显著。 设定托辊的总形变、等效应力和等效应变为输入量,托辊的疲劳寿命为输出量,应用BP神经网络的误差反传原理对一部分数据进行训练,并用剩余数据去验证训练模型的准确性。得到BP神经网络预测的托辊疲劳寿命具有较小的误差,充分反映了输入量与输出量之间的关系。