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滚筒是皮带输送机的主要承载元件，其可靠性和寿命直接影响输送机的性能。国内的滚筒设计往往采用经验公式法和类比法，设计工程师根据自己的理论知识和工程设计经验，经过不断地选择、试算、分析、校核直至达到设计要求为止。这种设计方法往往使用很高的安全系数来保证结构的安全，结果造成滚筒结构尺寸和重量加大，增加了不必要的制造成本。与美国、日本传递相同动力的滚筒相比，国产滚筒的质量平均高出1/3左右。增大滚筒尺寸不能解决滚筒失效问题，因为滚筒是一个复杂的系统，各个构件的强度和刚度互相影响，单方面增加某个尺寸可能会给其他构件带来不利的影响。为使滚筒既能满足刚度和强度条件，又便于制造、使用、维修和节约成本，需要用有限单元法对其进行精确的应力分析和结构优化。本文基于国际大型通用有限元分析软件ANSYS，讨论改向滚筒的优化设计数学模型建立和求解方法。
1.滚筒类型的确定
图1 等截面辐板滚筒结构示意图
以等截面辐板轮毂结构的改向滚筒为例进行优化（见图1），它主要包括筒壳、辐板、轮毂、滚筒轴4个部分。为了计算方便，整个滚筒假设采用同种材料，滚筒的力学参数和材料属性见表1所示。
表1 滚筒力学参数和材料属性
| 参数含义 | 参数符合 | 参数数值 | |
| 力学参数 | 输送带合张力 | F | 25kN |
| 包角 |
