Гармонический привод

Скоростной редуктор, основанный на упругой деформации эллиптической передачи

Библиотека:
Simscape/трансмиссия/зубчатые колеса

Описание

Этот блок представляет собой компактный, высокократный, механизм снижения скорости, который содержит три ключевых компонента:

Генератор деформационных волн
Эллиптическая передача
Кольцевое зубчатое колесо

Генератор деформационных волн содержит эллиптическую заглушку, сопряженную с зубчатым шарикоподшипником. Он сидит внутри упругого металлического зубчатого колеса, деформируя его в небольшой эллиптический рисунок. Вращение эллиптического рисунка в корпусе шестерни образует деформационную волну.

Эллиптически деформированное зубчатое колесо входит в зацепление с внутренними зубьями неподвижного кольцевого зубчатого колеса только немного большего диаметра. Зацепление происходит одновременно на двух удлиненных концах эллиптической передачи. Эта конструкция удваивает зубья в сетке, повышая крутящий момент системы привода.

При нормальной работе базовый вал приводит в действие генератор деформационных волн. Эллиптическая заглушка свободно вращается внутри упругого металлического зубчатого колеса, распространяя волну деформации вокруг оси вращения зубчатого колеса. Эта деформационная волна вызывает постепенное зацепление зубьев эллиптического зубчатого колеса с внутренними зубьями кольцевого зубчатого колеса.

Внутреннее зацепление между двумя зубчатыми колесами заставляет ось эллиптического зубчатого колеса вращаться против эллиптической волны деформации. При каждом повороте по часовой стрелке, который завершает генератор деформационных волн, ось эллиптической шестерни поворачивается против часовой стрелки на малую величину.

Большие понижающие отношения возникают из почти равных чисел зубьев шестерен. Эффективное передаточное число редуктора составляет:

$r \frac{=_{}}{_{} {nEnC}_{}} −$ nE,

где:

r - передаточное число редуктора.
nC - число зубьев кольцевого зубчатого колеса.
nE - число зубьев деформируемого эллиптического зубчатого колеса.

Дополнительные параметры учитывают потери мощности из-за зацепления шестерен и вязкого трения. Блок Simple Gear обеспечивает основу для этого блока. Дополнительные сведения см. в разделе Простая передача.

Тепловая модель

Можно смоделировать влияние теплового потока и изменения температуры, включив дополнительный тепловой порт. Чтобы включить порт, задайте для модели трения значение Temperature-dependent efficiency.

Переменные

Параметры «Переменные» используются для установки приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.

Аппаратное моделирование в контуре

Для обеспечения оптимальной производительности моделирования в реальном времени задайте для модели трения значение No meshing losses - Suitable for HIL simulation на вкладке Потери сетки (Meshing Loss).

Порты

Сохранение

развернуть все

`B` - Базовый вал
механическое вращение

Сохранение поворотного отверстия, представляющего крутящий момент и угловую скорость базового вала.

`F` - Вал толкателя
механическое вращение

Сохранение поворотного отверстия, представляющего крутящий момент ведомого вала и угловую скорость.

`H` - Дополнительный порт теплопередачи
тепловой

Термосберегающий порт для теплового моделирования.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, задайте для модели трения значение:

Temperature-dependent efficiency
Temperature and load-dependent efficiency

Параметры

развернуть все

Главный

`Number of teeth on elliptical gear` - Зубья эллиптической передачи
`100` (по умолчанию) | положительный скаляр

Общее число зубьев, выступающих наружу из периметра эллиптической шестерни. Это число должно быть немного меньше числа зубьев на кольцевом зубчатом венце. Отношение чисел зубьев двух зубьев определяет относительные угловые скорости вала основания и ведомого вала.

`Number of teeth on circular gear` - Зубья круглой шестерни
`102` (по умолчанию) | положительный скаляр

Количество зубьев, выступающих внутрь от периметра кольцевого зубчатого колеса. Это число должно быть немного больше числа зубьев на эллиптической передаче. Отношение чисел зубьев двух зубьев определяет относительные угловые скорости вала основания и ведомого вала.

Потери сетки

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

No meshing losses — Suitable for HIL simulation - Зубчатая сетка идеальна.
Constant efficiency - Передача крутящего момента между червяком и шестерней уменьшается трением.
Load-dependent efficiency - Уменьшить передачу крутящего момента на переменный коэффициент полезного действия. Этот коэффициент находится в диапазоне от 0 до 1 и изменяется в зависимости от нагрузки крутящим моментом.
Temperature-dependent efficiency - Уменьшить передачу крутящего момента на постоянный коэффициент полезного действия, зависящий от температуры, но не учитывающий нагрузку на шестерню. Этот коэффициент попадает в диапазон 0 < start ≤ 1 и не зависит от нагрузки. Передача крутящего момента определяется по предоставленным пользователем данным по эффективности передачи и температуре.
Temperature and load-dependent efficiency - Уменьшить передачу крутящего момента на переменный коэффициент полезного действия, зависящий от температуры и нагрузки. Этот коэффициент находится в диапазоне от 0 до 1 и изменяется в зависимости от нагрузки крутящим моментом. Эффективность передачи крутящего момента определяют по данным, предоставленным пользователем для нагрузки на шестерню и температуры.

`Efficiency` - Эффективность передачи крутящего момента
`0.95` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне (0, 1]

Эффективность передачи крутящего момента (start) между базовым и ведомым валами. Этот параметр обратно пропорционален потерям мощности сетки.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Constant efficiency.

`Follower power threshold` - Значение, выше которого применяется полный коэффициент полезного действия
`0.001` W (по умолчанию) | положительный скаляр

Абсолютное значение мощности ведомого вала, выше которого действует полный коэффициент полезного действия. Гиперболическая касательная функция сглаживает коэффициент эффективности от нуля, когда находится в состоянии покоя, до полного значения эффективности при пороге мощности.

Как правило, пороговое значение мощности должно быть ниже ожидаемой мощности, передаваемой во время моделирования. Более высокие значения могут привести к недооценке блоком потерь эффективности. Однако очень низкие значения могут увеличить вычислительную стоимость моделирования.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Constant efficiency.

`Input shaft torque at no load` - Чистый крутящий момент на холостом валу
`0.1` N * m (по умолчанию) | положительный скаляр

Чистый крутящий момент, действующий на входной вал в режиме холостого хода, например, когда передача крутящего момента на выходной вал равна нулю. Для ненулевых значений входная мощность в режиме ожидания полностью рассеивается из-за потерь сетки.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Load-dependent efficiency.

`Nominal output torque` - Значение крутящего момента, при котором нормируется КПД
`5` N * m (по умолчанию) | положительный скаляр

Выходной крутящий момент (startF), при котором нормируется зависящая от нагрузки эффективность.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Load-dependent efficiency.

`Efficiency at nominal output torque` - Эффективность передачи
`0.95` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне (0,1]

Эффективность передачи крутящего момента (start) при номинальном выходном крутящем моменте. Большие значения КПД соответствуют большей передаче крутящего момента между входным и выходным валами.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Load-dependent efficiency.

`Follower angular velocity threshold` - Значение, выше которого применяется полный коэффициент полезного действия
`0.01` rad/s (по умолчанию) | положительный скаляр

Абсолютное значение угловой скорости вала толкателя, выше которой действует коэффициент полного КПД (startF). Ниже этого значения гиперболическая касательная функция сглаживает коэффициент КПД до единицы, снижая потери КПД до нуля, когда находится в состоянии покоя.

В качестве ориентира порог угловой скорости должен быть ниже ожидаемой угловой скорости во время моделирования. Более высокие значения могут привести к недооценке блоком потерь эффективности. Однако очень низкие значения могут увеличить вычислительную стоимость моделирования.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Load-dependent efficiency.

`Temperature` - Массив для табличной параметризации эффективности
`[280 300 320]` K (по умолчанию) | вектор

Массив температур, используемый для построения таблицы поиска эффективности. Значения массива должны увеличиваться слева направо. Температурный массив должен быть того же размера, что и массив эффективности в моделях, зависящих от температуры. Размер массива должен совпадать с размером массива Efficiency.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение:

Temperature-dependent efficiency
Temperature and load-dependent efficiency

`Efficiency` - Массив показателей эффективности зубчатой передачи
`[0.95 0.9 0.85]` (по умолчанию) | вектор

Массив показателей эффективности, используемых для построения 1-D таблицы параметров температурной эффективности для моделей эффективности, зависящих от температуры. Элементы массива - это эффективность при температурах в массиве Temperature. Два массива должны иметь одинаковый размер.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение:

Temperature-dependent efficiency
Temperature and load-dependent efficiency

`Follower power threshold` - Мощность, ниже которой применяется численное сглаживание
`0.001` W (по умолчанию) | положительный скаляр

Абсолютное значение мощности ведомого вала, выше которого действует полный коэффициент полезного действия. Гиперболическая касательная функция сглаживает коэффициент КПД между нулем, когда находится в состоянии покоя, и значением, предоставленным таблицей поиска температурного КПД, когда находится на пороге мощности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Temperature-dependent efficiency.

`Load at elliptical gear` - Эллиптически-зубчатые нагрузки для табличной параметризации КПД
`[1 5 10]` N * m (по умолчанию) | числовой массив

Множество грузов эллиптического механизма раньше строило 2-ю справочную таблицу температурной эффективности груза для температуры и загружало зависимые модели эффективности. Значения массива должны увеличиваться слева направо. Массив нагрузки должен быть того же размера, что и один столбец матрицы эффективности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Temperature and load-dependent efficiency.

`Efficiency matrix` - Массив эффективности для табличной параметризации эффективности
`[ 0.85 0.8 0.75; 0.95 0.9 0.85; 0.85 0.8 0.7 ]` (по умолчанию) | числовой массив

Матрица составляющих полезных действий раньше строила 2-ю справочную таблицу температурной эффективности груза. Матричные элементы - это КПД при температурах в матрице температур и нагрузках в матрице нагрузок на эллиптических зубчатых передачах.

Число строк должно совпадать с числом элементов в массиве Temperature. Число столбцов должно совпадать с числом элементов в матрице «Нагрузка в эллиптической шестерне».

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Temperature and load-dependent efficiency.

`Follower angular velocity threshold` - Угловая скорость, ниже которой применяется численное сглаживание
`0.01` rad/s (по умолчанию) | положительный скаляр

Абсолютное значение угловой скорости вала толкателя, выше которой действует полный коэффициент полезного действия. Ниже этого значения гиперболическая касательная функция сглаживает коэффициент КПД до единицы, снижая потери КПД до нуля, когда находится в состоянии покоя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для модели трения значение Temperature and load-dependent efficiency.

Вязкие потери

`Viscous friction coefficients at base (B) and follower (F)` - Коэффициенты динамического трения жидкости
`[0 0]` `N*m/(rad/s)` (по умолчанию) | положительный двухэлементный вектор

Двухэлементная матрица с коэффициентами вязкого трения, действующими на базовом и ведомом валах. Массив по умолчанию соответствует нулю вязких потерь.

Тепловой порт

`Thermal mass` - Тепловая масса
`50` J/K (по умолчанию) | положительный скаляр

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на один градус. Чем больше тепловая масса, тем больше устойчивость компонента к изменению температуры.

`Initial temperature` - Начальная температура
`300` K (по умолчанию) | положительный скаляр

Температура компонента в начале моделирования. Начальная температура изменяет эффективность компонента в соответствии с заданным вектором эффективности, влияя на начальную сетку или потери на трение.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Блоки Simscape

Циклоидальный привод | Простая передача | Простая передача с переменной эффективностью

Темы

Представлен в R2014a

Документация

Гармонический привод

Описание

Тепловая модель

Переменные

Аппаратное моделирование в контуре

Порты

Сохранение

B - Базовый вал механическое вращение

F - Вал толкателя механическое вращение

H - Дополнительный порт теплопередачи тепловой

Зависимости

Параметры

Главный

Number of teeth on elliptical gear - Зубья эллиптической передачи 100 (по умолчанию) | положительный скаляр

Number of teeth on circular gear - Зубья круглой шестерни 102 (по умолчанию) | положительный скаляр

Потери сетки

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

Efficiency - Эффективность передачи крутящего момента 0.95 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне (0, 1]

Зависимости

Follower power threshold - Значение, выше которого применяется полный коэффициент полезного действия 0.001 W (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Input shaft torque at no load - Чистый крутящий момент на холостом валу 0.1 N * m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Nominal output torque - Значение крутящего момента, при котором нормируется КПД 5 N * m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Efficiency at nominal output torque - Эффективность передачи 0.95 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне (0,1]

Зависимости

Follower angular velocity threshold - Значение, выше которого применяется полный коэффициент полезного действия 0.01 rad/s (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Temperature - Массив для табличной параметризации эффективности [280 300 320] K (по умолчанию) | вектор

Зависимости

Efficiency - Массив показателей эффективности зубчатой передачи [0.95 0.9 0.85] (по умолчанию) | вектор

Зависимости

Follower power threshold - Мощность, ниже которой применяется численное сглаживание 0.001 W (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Load at elliptical gear - Эллиптически-зубчатые нагрузки для табличной параметризации КПД [1 5 10] N * m (по умолчанию) | числовой массив

Зависимости

Efficiency matrix - Массив эффективности для табличной параметризации эффективности [ 0.85 0.8 0.75; 0.95 0.9 0.85; 0.85 0.8 0.7 ] (по умолчанию) | числовой массив

Зависимости

Follower angular velocity threshold - Угловая скорость, ниже которой применяется численное сглаживание 0.01 rad/s (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Вязкие потери

Viscous friction coefficients at base (B) and follower (F) - Коэффициенты динамического трения жидкости [0 0] N*m/(rad/s) (по умолчанию) | положительный двухэлементный вектор

Тепловой порт

Thermal mass - Тепловая масса 50 J/K (по умолчанию) | положительный скаляр

Initial temperature - Начальная температура 300 K (по умолчанию) | положительный скаляр

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Блоки Simscape

Темы

Документация по приводу Simscape

Поддержка

`B` - Базовый вал
механическое вращение

`F` - Вал толкателя
механическое вращение

`H` - Дополнительный порт теплопередачи
тепловой

`Number of teeth on elliptical gear` - Зубья эллиптической передачи
`100` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Number of teeth on circular gear` - Зубья круглой шестерни
`102` (по умолчанию) | положительный скаляр

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

`Efficiency` - Эффективность передачи крутящего момента
`0.95` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне (0, 1]

`Follower power threshold` - Значение, выше которого применяется полный коэффициент полезного действия
`0.001` W (по умолчанию) | положительный скаляр

`Input shaft torque at no load` - Чистый крутящий момент на холостом валу
`0.1` N * m (по умолчанию) | положительный скаляр

`Nominal output torque` - Значение крутящего момента, при котором нормируется КПД
`5` N * m (по умолчанию) | положительный скаляр

`Efficiency at nominal output torque` - Эффективность передачи
`0.95` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне (0,1]

`Follower angular velocity threshold` - Значение, выше которого применяется полный коэффициент полезного действия
`0.01` rad/s (по умолчанию) | положительный скаляр

`Temperature` - Массив для табличной параметризации эффективности
`[280 300 320]` K (по умолчанию) | вектор

`Efficiency` - Массив показателей эффективности зубчатой передачи
`[0.95 0.9 0.85]` (по умолчанию) | вектор

`Follower power threshold` - Мощность, ниже которой применяется численное сглаживание
`0.001` W (по умолчанию) | положительный скаляр

`Load at elliptical gear` - Эллиптически-зубчатые нагрузки для табличной параметризации КПД
`[1 5 10]` N * m (по умолчанию) | числовой массив

`Efficiency matrix` - Массив эффективности для табличной параметризации эффективности
`[ 0.85 0.8 0.75; 0.95 0.9 0.85; 0.85 0.8 0.7 ]` (по умолчанию) | числовой массив

`Follower angular velocity threshold` - Угловая скорость, ниже которой применяется численное сглаживание
`0.01` rad/s (по умолчанию) | положительный скаляр

`Viscous friction coefficients at base (B) and follower (F)` - Коэффициенты динамического трения жидкости
`[0 0]` `N*m/(rad/s)` (по умолчанию) | положительный двухэлементный вектор

`Thermal mass` - Тепловая масса
`50` J/K (по умолчанию) | положительный скаляр

`Initial temperature` - Начальная температура
`300` K (по умолчанию) | положительный скаляр

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™