Rack & Pinion

Установите в стойку и свяжите механизм, связывающий поступательное и вращательное движение с корректируемым радиусом шестерни и потерями на трение

Библиотека

Simscape / Автомобильная трансмиссия / Механизмы / Вращательно-поступательный

Описание

Блок Rack & Pinion представляет стойку и механизм шестерни, который преобразует между поступательным и вращательным движением. Вращательно-поступательный механизм ограничивает шестерню (P) и стойка (R) к, соответственно, вращайте и переведите вместе в фиксированном отношении, которое вы задаете. Можно выбрать, переводит ли ось стойки в положительном или отрицательном направлении, когда шестерня вращается в положительном направлении, при помощи параметра Rack direction.

Тепловое моделирование

Можно смоделировать эффекты теплового потока и изменения температуры через дополнительный тепловой порт сохранения. По умолчанию тепловой порт скрыт. Чтобы осушить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели и, из контекстного меню, выберите Simscape> Block choices. Выберите вариант, который включает тепловой порт. Задайте связанные тепловые параметры для компонента.

Модель механизма

Переменные модели

RP RПередаточное отношение шестерни стойки
ω PСкорость вращения вала шестерни
v RПоступательная скорость стойки
r PЭффективный радиус шестерни
N PКоличество зубов на шестерне
x RУстановите зубной интервал в стойку
τ PСвяжите крутящий момент вала
F RУстановите силу в стойку
Потеря FСила общей суммы убытков
F CoulСила трения
ηЗакрутите КПД передачи
p thПорог степени
μ PКоэффициент вязкого трения для вала шестерни
μ RКоэффициент вязкого трения для движения стойки

Идеальное ограничение механизма и передаточное отношение

Rack & Pinion налагает одно кинематическое ограничение на две связанных оси:

ω P = R RPvR.

Коэффициент передачи:

RP R = 1 / r P = ω P / v N = ± 2π / N PvR.

Эти две степени свободы уменьшаются до одной независимой степени свободы. Соглашение пары механизма прямой передачи (1,2) = (P, R).

Передача силы крутящего момента:

R RPτP + F Rпотеря F = 0,

с потерей F = 0 в идеальном случае.

Неидеальное ограничение механизма

В неидеальном случае, потеря F ≠ 0. Для общих факторов на неидеальном моделировании механизма смотрите Механизмы Модели с Потерями.

В неидеальной паре стойки шестерни (P, R), скорость вращения и геометрические ограничения неизменны. Но переданный крутящий момент, сила и степень уменьшаются:

  • Трение Кулона между зубами появляется на P и R, охарактеризованном постоянным КПД η

  • Вязкая связь карданных валов с подшипниками, параметризованными коэффициентами вязкого трения μ

Поймать в сети КПД

η КПД сцепления между шестерней и стойкой полностью активен, только если переданная степень больше порога степени.

Если степень меньше порога, фактический КПД автоматически упорядочен к единице при нулевой скорости.

КПД принят равный для обоих прямой и противоположный поток энергии.

Вязкая сила трения

Коэффициенты вязкого трения μ P и μ R управляют вязким моментом трения и обеспечивают испытанный стойкой и шестерней от смазанных, неидеальных подшипников. Вязкий момент трения на оси шестерни является –μPωP. Вязкая сила трения на движении стойки является –μRvR.

Ограничения

  • Инерция механизма принята незначительная.

  • Механизмы обработаны как твердые компоненты.

  • Трение Кулона замедляет симуляцию. Смотрите Настраивают Точность Модели.

Порты

ПортОписание
PВращательный порт сохранения, представляющий шестерню
RПоступательный порт сохранения, представляющий стойку
HТепловой порт сохранения для моделирования теплопередачи

P является вращательным портом сохранения. R является поступательным портом сохранения. Они представляют шестерню и стойку, соответственно.

Параметры

Основной

Parameterize by

Выберите, как параметризовать механизм шестерни и стойка. Значением по умолчанию является Pinion radius.

  • Pinion radius — Передаточное отношение задано эффективным радиусом шестерни.

    Pinion radius

    Эффективный радиус шестерни r P. Должен быть больше нуля. Значением по умолчанию является 100.

    Из выпадающего списка выберите модули. Значением по умолчанию являются миллиметры (mm).

  • Tooth parameters — Передаточное отношение задано количеством зубов на механизме шестерни и зубном интервале стойки. Если вы выбираете эту опцию, панель изменяется от ее значения по умолчанию.

     Tooth parameters

Rack direction

Выберите, переводит ли ось стойки в положительном или отрицательном направлении, когда шестерня вращается в положительном направлении. Значением по умолчанию является Positive for positive pinion rotation.

Поймать в сети потери

Параметры для того, чтобы сцепиться и потери на трение меняются в зависимости от выбранного варианта блока — один с тепловым портом для теплового моделирования и один без него.

 Без теплового порта

 С тепловым портом

Вязкие потери

Pinion rotational viscous friction coefficient

Коэффициент вязкого трения μ P для вала шестерни. Значением по умолчанию является 0.

Из выпадающего списка выберите модули. Значением по умолчанию являются ньютон-метры / (радианы/секунда) (N*m/(rad/s)).

Rack translational viscous friction coefficient

Коэффициент вязкого трения μ R для движения стойки. Значением по умолчанию является 0.

Из выпадающего списка выберите модули. Значением по умолчанию является ньютон / (метры/секунда) (N/(m/s)).

Тепловой порт

Thermal mass

Тепловая энергия, требуемая изменить температуру компонента одной степенью. Чем больше количество тепла, тем более стойкий компонент к изменению температуры. Значением по умолчанию является 50 J/K.

Initial temperature

Температура компонента в начале симуляции. Начальная температура изменяет КПД компонента согласно вектору КПД, который вы задаете, влияя на запутывающий запуск или потери на трение. Значением по умолчанию является 300 K.

Симуляция в реальном времени

Аппаратно-программное моделирование

Для оптимальной производительности симуляции используйте Meshing Losses> настройка по умолчанию параметра Friction model, No meshing losses - Suitable for HIL simulation.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Введенный в R2011a

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте