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滾筒是皮帶輸送機的主要承載元件，其可靠性和壽命直接影響輸送機的性能。國內的滾筒設計往往采用經驗公式法和類比法，設計工程師根據自己的理論知識和工程設計經驗，經過不斷地選擇、試算、分析、校核直至達到設計要求為止。這種設計方法往往使用很高的安全系數來保證結構的安全，結果造成滾筒結構尺寸和重量加大，增加了不必要的制造成本。與美國、日本傳遞相同動力的滾筒相比，國產滾筒的質量平均高出1/3左右。增大滾筒尺寸不能解決滾筒失效問題，因為滾筒是一個復雜的系統，各個構件的強度和剛度互相影響，單方面增加某個尺寸可能會給其他構件帶來不利的影響。為使滾筒既能滿足剛度和強度條件，又便于制造、使用、維修和節約成本，需要用有限單元法對其進行精確的應力分析和結構優化。本文基于國際大型通用有限元分析軟件ANSYS，討論改向滾筒的優化設計數學模型建立和求解方法。
1.滾筒類型的確定
圖1 等截面輻板滾筒結構示意圖
以等截面輻板輪轂結構的改向滾筒為例進行優化（見圖1），它主要包括筒殼、輻板、輪轂、滾筒軸4個部分。為了計算方便，整個滾筒假設采用同種材料，滾筒的力學參數和材料屬性見表1所示。
表1 滾筒力學參數和材料屬性
| 參數含義 | 參數符合 | 參數數值 | |
| 力學參數 | 輸送帶合張力 | F | 25kN |
| 包角 |
