转筒烘干机广泛应用于化工、建材、冶金、采矿等行业，是生产复合肥的重要设备之一。托轮通过轮带承担转筒烘干机的全部载荷，并在径向对筒体起定位作用，托轮轴与托轮过盈配合。转筒烘干机在运行中，托轮轴承受的主要是交变的弯曲应力，同时，由于不均匀的热膨胀、磨损等原因，当支承载荷分布不均时，承载较高的托轮轴容易发生塑性变形产生疲劳裂纹，进而导致托轮轴断裂，这不仅极大地影响了托轮轴的使用寿命和设备的正常运行，还可能造成灾难性事故和巨大经济损失。因此，有限元分析转筒烘干机托轮轴的应力分布情况，对预防托轮轴断裂，以及其结构的改进具有重要意义。
      本文首先分析托轮轴和托轮的受力情况，求出施加到托轮轴上的载荷，然后应用ANSYS软件对托轮轴进行有限元分析，得出危险载荷下托轮轴的应力分布和变形，为托轮轴的结构优化设计和调整提供了理论依据。
      转筒烘干机筒体、物料等所有回转部分的载荷通过轮带施加到托轮上，轮带与托轮靠摩擦力传动，带动托轮轴和托轮克服轴端的摩擦力矩而转动，支承组件的安装图如图1所示。
      图1中，L1表示支承到轴肩的距离，L2为托轮轴在配合面上的长度。托轮轴的受力情况如图2所示，R为轮带对托轮的正压力；N为轴承对托轮轴的支反力，α是N与铅垂方向的夹角；F1为轮带与托轮之间的摩擦力；F2为托轮轴与滑动轴承之间的摩擦力，F2=μN，μ为摩擦系数；G1是托轮轴的重力，G2是托轮的重力。根据图2建立x、y方向的力学平衡方程，再根据轴两端F2产生的力矩与F1产生的力矩平衡，其中，r1为托轮轴半径，r2为托轮半径。联立以上三个等式可解得α、F1、F2以Ф1.2×10m的转筒烘干机为例，托轮轴的材料为45号锻钢，其密度为（7.85×e3）kg/m3，弹性模量为（2.06×e11）Pa，泊松比为0.3，托轮轴及托轮的主要参数如表1所示。
      在ANSYS中建立该托轮轴的有限元模型，轴肩处为半径5mm的倒圆角，其它小倒角忽略不计。为了能够较好地逼近托轮轴的曲面边界，选取solid95单元对托轮轴进行离散处理，采用自由网格划分方式，共划分网格52581个，节点73149个，得到托轮轴的有限元模型如图3所示。
      以qx1表示托轮轴L1段在x方向上的均布载荷，qx2表示托轮轴L2段在x方向上的均布载荷，qy1表示托轮轴L1段在y方向上的均布载荷，qy2表示托轮轴L2段在y方向上的均布载荷，则摩擦系数μ=0.017，托轮载荷R=70kN，将这些数据带入平衡方程，用Matlab解得α=31.9807°，F2=575N，F1=279N，进而可算得qx2=220260N/m，qy1=427.63N/m，qy2=385548N/m。
      输入托轮轴的材料参数，将各载荷加载到托轮轴有限元模型的单元并最终施加到节点上。托轮轴上的力通过滑动轴承传到轴承座上，通常情况下，轴承座和轴承的变形很小，因此在研究托轮轴的力学特征时，可将轴承座和轴承视为刚性支承，即可在轴承支撑托轮轴的部位施加固定约束，然后设置求解的步长，将当前载荷步进行求解，进入ANSYS的通用后处理模块，之后得到托轮轴的等效应力云图如图4所示、托轮轴轴向应力分布图如图5所示。

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