Муфта с зубчатыми пластинами, которые входят в зацепление, когда зубья пластины становятся сетчатыми
Simscape/Трансмиссия/Сцепления
Этот блок представляет собой неконтактную муфту, механическое устройство, которое опирается на положительное зацепление блокирующих зубьев для передачи крутящего момента между валами трансмиссии. Муфта содержит три ключевых компонента:
Кольцо
Центр
Сдвигающая связь
Кольцо и ступица являются зубчатыми элементами. Кольцо вращается вместе с выходным валом, скользя вдоль его продольной оси для зацепления или расцепления коаксиальной ступицы. Ступица, которая расположена на подшипнике, окружающем тот же вал, может вращаться независимо до зацепления.
Зацепление происходит при блокировке зубчатых компонентов. Будучи включенными, кольцо и ступица вращаются вместе как единое целое. Для управления зацеплением собачья муфта содержит передаточное звено, которое регулирует положение кольца относительно ступицы.
Перемещение кольца в направлении ступицы таким образом, чтобы их зубья блокировались, приводит к переключению состояния сцепления на зацепление. Перекрытие зубов должно превышать минимальное значение для зацепления. Перемещение кольца в обратном направлении таким образом, чтобы два набора зубьев больше не блокировались, приводит к тому, что сцепление снова отключается.
Порт S определяет положение передачи. Когда муфта полностью выведена из зацепления, положение переключения передач равно нулю. Когда муфта полностью сцеплена, положение звена переключения равно сумме высоты зуба и зазора между кольцом и ступицей полностью расцепленного состояния:
zGap,
где:
z - положение звена переключения.
h - высота зуба.
zGap - зазор между кольцом и ступицей при расцеплении.
На рисунке показаны вид сбоку и спереди сцепления собаки и некоторые из его соответствующих переменных.
Блок Dog Clutch обеспечивает выбор двух моделей передачи крутящего момента.
Рассматривайте сцепление муфты как явление трения между кольцом и ступицей. Эта модель игнорирует специальные эффекты, такие как обратная реакция, аппроксимация, которая делает блок лучше подходящим для линеаризации, моделирования с фиксированным шагом и моделирования аппаратного обеспечения в цикле (HIL). Фундаментальный блок сцепления трения обеспечивает основу для модели.
В приближенной модели трения муфта имеет три возможные конфигурации: расцепленная, включенная и зафиксированная. При расцеплении контактное усилие между кольцом и ступицей равно нулю. Эта сила остается нулевой до тех пор, пока передаточное звено не достигнет минимального положения для зацепления.
Когда зубец кольца-ступицы перекрывается, h, превышает минимальное значение для зацепления, контактная сила между двумя компонентами начинает увеличиваться линейно с положением z соединения сдвига.
При полном зацеплении контактное усилие достигает своего максимального значения, и состояние сцепления переключается в заблокированное. В этом состоянии кольцо и ступица вращаются как блок без скольжения. Для разблокировки муфты передаваемый крутящий момент должен превышать указанное максимально допустимое значение.
Улавливайте такие явления сцепления, как люфт, скручивание и контактные усилия между зубьями кольца и ступицы. Эта модель обеспечивает большую точность, чем приближение фрикционной муфты.
В динамической модели муфта имеет две возможные конфигурации: расцепленная и включенная. При расцеплении контактное усилие между кольцом и ступицей равно нулю. Эта сила остается нулевой до тех пор, пока передаточное звено не достигнет минимального положения для зацепления.
Когда зубец кольца-ступицы перекрывается, h, превышает минимальное значение для зацепления, контактное усилие вставляется между двумя компонентами. Эта сила представляет собой сумму компонентов пружины кручения и демпфера. Включая люфт между кольцом и зубьями ступицы:
<−δ2,
где:
kRH - жесткость на кручение муфты кольцо-ступица.
δ - относительный угол, вокруг общей оси вращения, между кольцом и ступицей.
δ - зазор между зубьями кольца и ступицы.
λ - относительная угловая скорость между кольцом и ступицей. Эта переменная описывает скорость прохождения двух компонентов друг за другом.
Податливые концевые упоры ограничивают поступательное движение звена переключения сцепления и кольца. Модель соответствия рассматривает концевые упоры как линейные наборы пружин и демпферов. Расположение концевых упоров зависит от относительного угла и угловой скорости между зубьями кольца и ступицы:
Если зубья выровнены и относительная угловая скорость меньше, чем максимальное значение для зацепления муфты, положение концевого упора представляет собой сумму зазора между кольцом и ступицей при полном расцеплении и высоты зуба. При конечной остановке в этом месте муфта может входить в зацепление.
Если зубья не выровнены или относительная угловая скорость превышает максимальное значение для зацепления муфты, положение концевого упора устанавливается так, чтобы предотвратить зацепление кольца со ступицей. Муфта остается выключенной.
Поступательное трение противодействует сдвигу звена и движению кольца. Это трение представляет собой сумму кулоновских и вязких компонентов:
) − мкТв,
где:
FZ - результирующая сила поступательного трения, действующая на передаточное звено и кольцо.
kK - коэффициент кинетического трения между зубьями кольца и ступицы.
FN - нормальная сила между зубьями кольца и ступицы.
v - скорость поступательного движения сдвиговой связи и кольца.
vth - порог скорости поступательного движения. Ниже этого порога функция гиперболической касательной сглаживает силу трения Кулона до нуля, когда связь сдвига и скорость кольца стремится к нулю.
мкТ - коэффициент демпфирования вязкости, действующий на передаточное звено и кольцо.
Сцепление сцепляется, когда удовлетворяет набору геометрических и динамических условий. Эти условия определяют значения, которые могут принимать определенные переменные для зацепления муфты:
Минимальное положение, в котором может взаимодействовать кольцо и ступица:
zGap,
где h0 - минимальное перекрытие зубьев для зацепления муфты. Отрегулируйте этот параметр, чтобы минимизировать нестабильность зацепления, то есть тенденцию муфты быстро переключаться между включенным и выключенным состояниями
Величина относительной угловой скорости между кольцом и ступицей меньше максимальной скорости зацепления, то есть:
startmax |,
где startmax - максимальное значение относительной угловой скорости, при которой может происходить зацепление.
При использовании приближенной модели фрикционной муфты зацепление происходит только в том случае, если передача крутящего момента между кольцом и ступицей остается меньшей, чем максимальный передаваемый крутящий момент, который поддерживает муфта.
При использовании динамической модели с зазором зацепление происходит только в том случае, если относительное угловое положение зубьев кольца и ступицы позволяет им блокироваться.
Когда муфта проскальзывает под приложенным крутящим моментом, она рассеивает мощность. Потеря мощности равна произведению угловой скорости скольжения и контактного момента между кольцом и ступицей:
,
где:
Плосс - рассеиваемая мощность из-за проскальзывания.
TC - момент кинетического контакта.
Можно моделировать влияние теплового потока и изменения температуры с помощью дополнительного порта сохранения тепла. По умолчанию тепловой порт скрыт. Чтобы открыть тепловой порт, в настройках сцепления задайте для параметра Тепловой порт значение Model. Укажите связанные тепловые параметры для компонента.