Построение материальной модели привода валковой подачи

       Федеральное агентство по образованию

      Тульский  государственный университет 

      Механико-технологический факультет

      Кафедра механики пластического формоизменения

      им. Н. Демидова 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Контрольно-курсовая работа

      по  дисциплине

      Элементы  теории планирования многофакторного эксперимента.

      на тему:

              «Построение математической модели привода валковой подачи». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Выполнил:     ____________        ст. гр. 621581

                                                               _______2010г.    А. Г.   Пищулина  

      Проверил:    ____________          доц., к. т. н.

                                                               _______2010г.      А. С. Маленичев  
 
 

                                        
 

      Тула,  2010

Задание

 

            1. Построить математическую модель на основе многофакторного эксперимента привода валковой подачи. 

            2.Исходные данные для расчетов:

          Диаметр заготовки, мм –   100

          Толщина материала, мм –   3,0

          Частота ходов ползуна, 1/с, -     100

          Материал заготовки -    сталь

          Коэффициент длины шатуна -    0,1

          Ход ползуна, мм -    75

          Скорость движения поршня, м/с   0,49…0,50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аннотация 

     Тема  контрольно-курсовой работы: «Построение математической модели привода валковой подачи»

     Объектом  исследования работы является валковая подача и пневмопривод.

     Предметом исследования – математическая модель привода.

     Контрольно-курсовая работа изложена на 51 листе, состоит из 3 разделов и 8 подпунктов. В работе представлено 5 рисунков, 15 файл-отчетов и 4 таблицы.

     Первый  раздел «Расчет валковой подачи». В нем рассмотрено, что собой представляет валковая подача, приведен образец схемы и файл – отчет расчета.

     Второй  раздел «Расчет параметров пневмопривода». В нем проведено исследование назначения и описания пневмопривода. Приведен расчет 17 факторов работы пневмопривода и файлы – отчетов.

          Третий раздел  «Построение математической модели привода валковой подачи» состоит из 8 подпунктов. В них описываются факторы, параметры, выбор модели и дисперсия параметра оптимизации, далее приведены три этапа проведения эксперимента и построение математической модели второго порядка.

      При написании работы использованы ППП кафедры МПФ и библиографические источники. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        1 Расчет валковой подачи 

      Валковая  подача (рисунок 1) представляет собой 2 валка вращающихся в противоположном направлении, между которыми захватывается заготовка и посредством силы трения между валком и заготовкой вращением валков подается в рабочую зону штампа/пресса. Передаточное число между валками равно 1, т. е. валки вращаются с одинаковой угловой скоростью. 
 

      Рисунок 1 – валковая подача

                                                                                                       а) схема валковой подачи;

                                                                                                       б) муфта обгона 

          

      Принимаем диаметр валка, равным диаметру детали (160-200), рабочий угол , минимальную частоту ходов пресса – 40 мин , диаметр ролика определяем геометрически.

      Для расчета параметров валковой подачи используем ППП кафедры МПФ. После ввода характеристик валковой подачи получаем файл-отчет расчета: 
 
 

       

ФАМИЛИЯ - pishylina         ГРУППА  - 621581

        

  ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ 

  ТОЛЩИНА ДЕТАЛИ ,                                 [ мм ] -  3

  ДИАМЕТР ДЕТАЛИ ,                                 [ мм ] -  100

 передаточное  отношение зубчатой передачи

 от вала  рычага к валу валка                              -  1

 передаточное  отношение от нижнего валка  к верхнему валку -  1

 ширина валка,                                     [ мм ] -  150

 коэффициент  запаса                                       -  1.2

 максимальное  угловое ускорение нижнего валка  , [ 1/с^2 ] -  26.78594  

        РЕЗУЛЬТАТЫ  РАСЧЕТА 

 диаметр валка  ,                                   [ мм ] -  160

 радиус валка,                                     [ мм ] -  80

 шаг подачи,                                       [ мм ] -  150

 рабочий угол  валка,                             [градус] -  107.4

 угол качания  рычага механизма привода ,         [градус] -  110.4

 длина рычага  механизма привода ,                  [ мм ] -  120

 максимальный  радиус кривошипа подачи,             [ мм ] -  98.55

 приведенный  модуль упругости,                 [ Н/мм^2 ] -  100000

 усилие прижима  валков ,                            [ Н ] -  3065.97

 Максимально допустимое усилие прижима валков,      [ H ] -  2414

 тяговое усилие  подачи,                             [ Н ] -  1226.39  

            параметры МУФТЫ ОБГОНА 

 радиус ролика  муфты,                              [ мм ] -  5

 число роликов  муфты                                     -  4

 ширина ролика  муфты                               [ мм ] -  20

 радиус муфты,                                     [ мм ] -  40

 угол заклинивания  муфты обгона,               [ градус ] -  3.01

 максимальная  нормальная сила                       [ Н ] -  457.86

 КРУТЯЩИЙ  момент в муфте обгона, максимальный     [ Н*м ] -  7.325  

           параметры ТОРМОЗА валков  

 наружный  диаметр,                                 [ мм ] -  140

 внутренний  диаметр,                              [ мм ] -  46.6

 средний диаметр поверхности трения,               [ мм ] -  93.3

 момент инерции  нижнего валка,                 [ кг*м^2 ] -  0.786

 момент инерции  верхнего валка,                [ кг*м^2 ] -  0.786

 приведенный  момент инерции валков,            [ кг*м^2 ] -  1.572

 расчетный  тормозной момент,                      [ Н*м ] -  50.556

 усилие пружины  для обеспечения тормозного момента, [ H ] -  3611.19

 удельное  давление на фрикционный материал,  [ H/мм ^ 2 ] -  0.2639

             2 Расчет параметров пневмопривода

 

             Пневматический привод (пневмопривод (рисунок 2)) — устройства, преобразующие энергию сжатого газа в энергию перемещения выходного механического звена привода. Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель. 

            Пневмопривод, подобно гидроприводу, представляет собой своего рода «пневматическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).

           Основное назначение пневмопривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

              Основные требования к пневмоприводу – скорость движения поршня должна составлять 0,49…0,50 м/с. Изменение скорости осуществляется за счет изменения диаметра подвода и отвода воздуха в пневмоцилиндр. При этом определяется основной уровень факторов: диаметр подвода и диаметр отвода воздуха, при коэффициенте расхода воздуха µ=0,2…0,6.  

  отвод воздуха   подвод воздуха

Рисунок  2 – пневмопривод 

      Работа  пневмопривода зависит от 17 факторов, среди которых подлежат расчету:

• Диаметр поршня цилиндра – принимаем равным диаметру валка подачи, 0,16 м
• Диаметр штока цилиндра принимаем равным 0,3 диаметра поршня, 0,16·0,3=0,053 м
• Начальные диаметры подвода/отвода воздуха принимаем 0,02 м
• Ход поршня

, где  - рабочий угол из расчета валковой подачи

• Давление в магистрали принимаем равным 0,4МПа
• Технологическая нагрузка:

, где Ртягов – тяговая сила подачи из расчета валковой подачи,  lp – длинна рычага механизма привода

• Масса подвижных частей:

Откуда  m=11.66 кг

• Коэффициент расхода воздуха µ=0,2…0,6; за начальное значение принимаем 0,3

 
 
 
 
 

       Исходя  из задания, параметром оптимизации  при поиске нулевого уровня варьирования факторов, служит скорость срабатывания пневмопривода.

       Значимыми факторами выберем диаметры подвода  и отвода воздуха в пневмоцилиндр, а также коэффициент расхода  воздуха µ.

       После ввода расчетных значений факторов, начинаем поиск нулевого уровня варьирования факторов (диаметра подвода/отвода воздуха и коэффициента расхода воздуха). Для этого в ППП вводим различные комбинации значений факторов (в пределах их области изменения), ориентируясь на изменение параметра оптимизации – скорости срабатывания пневмопривода. После достижения требуемого значения этого параметра, получаем два файла-отчета - для прямого хода пневмопривода и для обратного. Разделение на прямой и обратный ход обусловлено различными площадями поверхности поршня: во время прямого хода воздух давит на круг, а во время обратного – на кольцо, так как шток цилиндра закрывает некоторую часть площади обратной стороны поршня. Далее приведено содержимое файлов-отчетов.