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 R | Передаточное отношение шестерни стойки |
| ω P | Скорость вращения вала шестерни |
| v R | Поступательная скорость стойки |
| r P | Эффективный радиус шестерни |
| N P | Количество зубов на шестерне |
| x R | Установите зубной интервал в стойку |
| τ P | Свяжите крутящий момент вала |
| F R | Установите силу в стойку |
| Потеря F | Сила общей суммы убытков |
| F Coul | Сила трения |
| η | Закрутите КПД передачи |
| p th | Порог степени |
| μ P | Коэффициент вязкого трения для вала шестерни |
| μ R | Коэффициент 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 R – потеря 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. Для получения дополнительной информации смотрите, Настраивают Точность Модели.
Порты
| Порт | Описание |
|---|---|
| P | Вращательный порт сохранения, представляющий шестерню |
| R | Поступательный порт сохранения, представляющий стойку |
| H | Тепловой 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 параметрировать 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.
- 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.
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
50J/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
300K.
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.