Simple Gear

Простой механизм основы и колеса последователя с корректируемым передаточным отношением, потерями на трение и инициированными отказами

расширьте все на странице

Библиотека:
Simscape / Автомобильная трансмиссия / Механизмы

Описание

Блок Simple Gear представляет коробку передач, которая ограничивает связанные оси автомобильной трансмиссии основного механизма, B, и механизма последователя, F, к corotate с фиксированным отношением, которое вы задаете. Вы выбираете, вращается ли ось последователя в том же или противоположном направлении как основная ось. Если они вращаются в том же направлении, скорости вращения последователя, _ωF и скорости вращения основы, _ωB, имеют тот же знак. Если они вращаются в противоположных направлениях, _ωF и _ωB имеют противоположные знаки.

Идеальное ограничение механизма и передаточное отношение

Кинематическое ограничение, которое блок Simple Gear налагает на две связанных оси,

$r_{F} ω_{F} = r_{B} ω_{B}$

где:

_rF является радиусом механизма последователя.
_ωF является скоростью вращения механизма последователя.
_rB является радиусом основного механизма.
_ωB является скоростью вращения основного механизма.

Основное последователем передаточное отношение

$g_{F B} = \frac{r_{F}}{r_{B}} = \frac{N_{F}}{N_{B}}$

где:

_NB является количеством зубов в основном механизме.
_NBF является количеством зубов в механизме последователя.

Сокращение этих двух степеней свободы к одной независимой степени свободы дает к уравнению передачи крутящего момента

$g_{F B} τ_{B} + τ_{F} - τ_{l o s s} = 0$

где:

_τB является входным крутящим моментом.
_τF является выходным крутящим моментом.
_τloss является потерей крутящего момента из-за трения.

Для идеального случая, $τ_{l o s s} = 0$ .

Неидеальное ограничение механизма и потери

В неидеальном случае, $τ_{l o s s} \neq 0$ . Для общих факторов на неидеальном моделировании механизма смотрите Механизмы Модели с Потерями.

В неидеальной паре механизма (B, F), скорость вращения, радиусы механизма и зубные ограничения механизма неизменны. Но переданный крутящий момент и степень уменьшаются:

Трение Кулона между зубами появляется на механизмах B и F, охарактеризованный КПД, η
Вязкая связь карданных валов с подшипниками, параметризованными коэффициентами вязкого трения, μ

Постоянный КПД

В постоянном случае КПД η является постоянным, независимым от загрузки или переданной степени.

Зависимый загрузкой КПД

В зависимом загрузкой случае КПД η зависит от загрузки или степени, переданной через механизмы. Для любого потока энергии,

$τ_{C o u l} = g_{F B} τ_{i d l e} + k τ_{F}$

где:

_τCoul является зависимым крутящим моментом трения Кулона.
k является коэффициентом пропорциональности.
_τidle является крутящим моментом привода, действующим на входной вал в нерабочем режиме.

КПД, η, связан с _τCoul в стандарте, предыдущей форме, но становится зависящим от загрузки:

$η = \frac{τ_{F}}{g_{F B} τ_{i d l e} + (k + 1) τ_{F}}$

Отказы

Если вы включаете отказы для блока, КПД изменяется в ответ на один или оба из этих триггеров:

Время симуляции — отказ происходит в требуемое время.
Поведение симуляции — отказ происходит в ответ на внешний триггер. Включение внешнего триггера отказа отсоединяет порт T.

Если триггер отказа происходит для остатка от симуляции, блок использует неработающий КПД одним из этих способов:

В течение вращения
Когда угол поворота в неработающем диапазоне, который вы указываете

Можно программировать блок, чтобы выпустить дефектную ведомость как предупреждающее сообщение или сообщение об ошибке.

Тепловая модель

Можно смоделировать эффекты теплового потока и изменения температуры путем осушения дополнительного теплового порта. Чтобы осушить порт, во вкладке Meshing Losses, устанавливают параметр Friction model на Temperature-dependent efficiency.

Кроме того, можно принять решение смоделировать КПД, который меняется в зависимости от загрузки и температуры установкой Friction model к Temperature and load-dependent efficiency. Выбор теплового варианта:

Отсоединяет порт H, порт сохранения в тепловой области.
Включает параметр Thermal mass, который позволяет вам задавать способность компонента сопротивляться изменениям в температуре.
Включает параметр Initial Temperature, который позволяет вам устанавливать начальную температуру.

Переменные

Используйте настройки Variables, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.

Зависимости

Переменные настройки отсоединены только, когда в настройках Meshing Losses параметр Friction model устанавливается на Temperature-dependent efficiency.

Предположения

Инерция механизма принята незначительная.
Механизмы обработаны как твердые компоненты.
Трение Кулона замедляет симуляцию. Для получения дополнительной информации смотрите, Настраивают Точность Модели.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`T` — Внешний триггер отказа
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для внешнего триггера отказа.

Зависимости

Осушать порт T:

На вкладке Meshing Losses, набор Friction model toConstant efficiency, Load-dependent efficiency, Temperature-dependent efficiency, или Temperature and load-dependent efficiency.
На вкладке Faults:
- Установите Enable faults на On.
- Установите Enable external fault trigger на On.
Нажмите OK или Apply.

Для получения информации о связанных зависимостях см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

Сохранение

развернуть все

`B` — Основа
вращательное механическое устройство

Вращательный порт сохранения механического устройства, сопоставленный с основой, или входом, валом.

`F` — Последователь
вращательное механическое устройство

Вращательный порт сохранения механического устройства, сопоставленный с последователем, или выходом, валом.

`H` — Тепловой поток
тепловой

Тепловой порт сохранения сопоставлен с тепловым потоком. Тепловой поток влияет на температуру механизма, и поэтому, КПД механической передачи.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, на вкладке Meshing Losses устанавливает Friction model на также:

Temperature-dependent efficiency
Temperature and load-dependent efficiency

Параметры

развернуть все

Таблица зависимостей от параметра

Таблица показывает, как видимость некоторых параметров Meshing Losses и параметров Faults зависит от тепловой модели и опции, которую вы выбираете для других параметров. Чтобы изучить, как считать таблицу, смотрите Зависимости от Параметра.

Модель по умолчанию — Для нетепловых моделей, тепловой порт H не отображается.					Тепловая Модель — Для тепловых моделей, тепловой порт H отображается.
Поймать в сети потери					Поймать в сети потери
Модель Friction — Выбирает `No meshing losses - Suitable for HIL simulation`, `Constant efficiency`, или `Load-dependent efficiency`					Модель Friction — Выбирает `Temperature-dependent efficiency` или `Temperature and load-dependent efficiency`
Никакие запутывающие потери - Подходящий для Программно-аппаратной симуляции	Постоянный КПД			Зависимый загрузкой КПД	Температурно-зависимый КПД	Температурный и зависимый загрузкой КПД
	Эффективность			Введите крутящий момент вала ни при какой загрузке	Температура	Температура
	Порог степени последователя			Номинальный выходной крутящий момент	Эффективность	Загрузите в основном механизме
				КПД в номинальном выходном крутящем моменте	Порог степени последователя	Матрица КПД
				Порог скорости вращения последователя	Порог степени последователя	Порог скорости вращения последователя
Отказы	Отказы
	Включите отказы — Выбирают `Off` или `On`
	Off	On
		Неработающий КПД
		Включите внешний триггер отказа — Выбирают `Off` или `On`. Выбор `On` делает тепловой порт T видимым.
		Включите временный триггер отказа — Выбирают `Off` или `On`
		Off	On
		Off	Время симуляции для события отказа
		Неработающая угловая область значений
		Создание отчетов, когда отказ происходит — Выбирает `None`, или `Warning`, или `Error`

Основной

`Follower (F) to base (B) teeth ratio (NF/NB)` — Передаточное отношение
2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Фиксированное отношение _gFB оси последователя к основной оси. Передаточное отношение должно быть строго положительным.

`Output shaft rotates` — Направление движения
`In opposite direction to input shaft` (значение по умолчанию) | `In same direction as input shaft`

Направление движения последователя (вывело) карданный вал относительно движения основы (вход) карданный вал.

Поймать в сети потери

Запутывающие параметры потерь зависят от тепловой модели. Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Friction model` — Модель трения по умолчанию
`No meshing losses - Suitable for HIL simulation` (значение по умолчанию) | `Constant efficiency` | `Load-dependent efficiency` | `Temperature-dependent efficiency` | `Temperature and load-dependent efficiency`

Модели трения на различных уровнях точности для оценки потерь мощности из-за запутывающего.

No meshing losses - Suitable for HIL simulation — Пропустите трение между винтиками механизма. Запутывающий идеально.
Constant efficiency — Уменьшайте передачу крутящего момента постоянным коэффициентом полезного действия. Этот фактор падает в области значений 0 <η ≤ 1 и независим от загрузки.
Load-dependent efficiency — Уменьшайте передачу крутящего момента переменным коэффициентом полезного действия. Этот фактор падает в области значений 0 <η <1 и меняется в зависимости от загрузки крутящего момента.
Temperature-dependent efficiency — Уменьшайте передачу крутящего момента постоянным коэффициентом полезного действия, который зависит от температуры, но не рассматривает загрузку механизма. Этот фактор падает в области значений 0 <η ≤ 1 и независим от загрузки. Передача крутящего момента определяется из предоставленных пользователями данных для КПД механизма и температуры.
Temperature and load-dependent efficiency — Уменьшайте передачу крутящего момента переменным коэффициентом полезного действия, который зависит от температуры и загрузки. Этот фактор падает в области значений 0 <η <1 и меняется в зависимости от загрузки крутящего момента. КПД передачи крутящего момента определяется из предоставленных пользователями данных для загрузки механизма и температуры.

`Efficiency` — Закрутите КПД передачи, η
0.8 (значение по умолчанию) | `0`≤ η < 1

Закрутите КПД передачи, η, между валами последователя и основой. КПД обратно пропорционален запутывающим потерям мощности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Constant efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Follower power threshold` — Основание степени коэффициента полезного действия
0.001 `W` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Абсолютное значение степени вала последователя, выше которой полный коэффициент полезного действия в действительности. Ниже этого значения гиперболическая функция тангенса сглаживает коэффициент полезного действия к 1, понижая потери КПД для 0, когда никакая степень не передается.

Как инструкция, порог степени должен быть ниже, чем ожидаемая степень, переданная в процессе моделирования. Более высокие значения могут заставить блок недооценивать потери КПД. Очень низкие значения имеют тенденцию повышать вычислительную стоимость симуляции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Constant efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Input shaft torque at no load` — No-load torque
0.1 `N*m` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Крутящий момент привода, _τidle, действующий на входной вал в нерабочем режиме, то есть, когда передача крутящего момента в выходной вал равняется нулю. Для ненулевых значений входная мощность в нерабочем режиме полностью рассеивается из-за запутывающих потерь.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Load-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Nominal output torque` — Номинальный крутящий момент
5 `N*m` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Выведите крутящий момент, τ _F, в котором можно нормировать зависимый загрузкой КПД.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Load-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Efficiency at nominal output torque` — Номинальный КПД, η
0.8 (значение по умолчанию) | `0`≤ η < 1 | скаляр

Закрутите КПД передачи, η, в номинальном выходном крутящем моменте. Большие значения КПД соответствуют большей передаче крутящего момента между валами ввода и вывода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Load-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Follower angular velocity threshold` — Основание скорости вращения коэффициента полезного действия
0.01 `rad/s` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Абсолютное значение угловой скорости вала последователя, выше которой полный коэффициент полезного действия в действительности, _ωF. Ниже этого значения гиперболическая функция тангенса сглаживает коэффициент полезного действия одному, понижая потери КПД, чтобы обнулить когда в покое.

Как инструкция, порог скорости вращения должен быть ниже, чем ожидаемая скорость вращения в процессе моделирования. Более высокие значения могут заставить блок недооценивать потери КПД. Очень низкие значения имеют тенденцию повышать вычислительную стоимость симуляции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Load-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Temperature` — Температура
[280, 300, 320] `K` (значение по умолчанию) | положительный массив

Массив температур раньше создавал интерполяционную таблицу КПД. Значения массивов должны увеличиться слева направо. Температурный массив должен быть одного размера с массивом КПД в температурно-зависимых моделях. Массив должен быть одного размера с одной строкой матрицы КПД в температуре и загрузить зависимые модели.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на также:

Temperature-dependent efficiency
Temperature and load-dependent efficiency

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Efficiency` — КПД, η
[.95, .9, .85] (значение по умолчанию) | `0`≤ η < 1 | массив

Массив КПД раньше создавал 1D интерполяционную таблицу температурного КПД для температурно-зависимых моделей КПД. Значения массивов являются КПД при температурах в массиве Temperature. Число элементов должно совпасть с числом элементов в массиве Temperature.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Temperature-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Follower power threshold` — Основание степени коэффициента полезного действия
0.001 `W` (значение по умолчанию) | положительный массив

Абсолютное значение степени вала последователя, выше которой полный коэффициент полезного действия в действительности, _pF. Ниже этого значения гиперболическая функция тангенса сглаживает коэффициент полезного действия к 1, понижая потери КПД для 0, когда никакая степень не передается.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Temperature-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Load at base gear` — Основная загрузка механизма
[1, 5, 10] `N*m` (значение по умолчанию) | положительный массив

Массив загрузок основного механизма раньше создавал 2D температурную интерполяционную таблицу КПД загрузки для температуры и загружал зависимые модели КПД. Значения массивов должны увеличиться слева направо. Массив загрузки должен быть одного размера с отдельным столбцом матрицы КПД.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Temperature and load-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Efficiency matrix` Эффективность
[.85, .8, .75; .95, .9, .85; .85, .8, .7] (значение по умолчанию) | числовой массив с положительными элементами в области значений [0,1)

Матрица КПД компонента раньше создавала 2D температурную интерполяционную таблицу КПД загрузки. Элементы матрицы являются КПД при температурах, данных массивом Temperature и при загрузках, данных массивом Load at base gear.

Количество строк должно совпасть с числом элементов в массиве Temperature. Количество столбцов должно совпасть с числом элементов в массиве Load at base gear.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Temperature and load-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

`Follower angular velocity threshold` — Основание скорости вращения коэффициента полезного действия
0.01 `rad/s` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model на Temperature and load-dependent efficiency.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.

Вязкие потери

`Viscous friction coefficients at base (B) and follower (F)` — Коэффициенты вязкого трения
[0, 0] `N*m/(rad/s)` (значение по умолчанию) | положительный массив

Двухэлементный массив с коэффициентами вязкого трения в действительности в основе и валах последователя. Чтобы пропустить вязкие потери, используйте настройку по умолчанию, [0, 0].

Отказы

Вкладка Faults не отображается, когда вы устанавливаете Friction model на No meshing losses - Suitable for HIL simulation.

`Enable faults` — Опция отказа
`on` (значение по умолчанию) | `off`

Включите внешне или временно инициированные отказы.

Зависимости

Этот параметр не отображается, когда вы устанавливаете Friction model на No meshing losses - Suitable for HIL simulation на вкладке Meshing Losses. Этот параметр влияет на видимость других параметров Faults.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу Зависимостей от Параметра.