Cone Clutch

Фрикционная муфта с коническими пластинами, которые зацепляются, когда нормальная сила превышает порог

  • Библиотека:
  • Simscape/Driveline/Сцепления

  • Cone Clutch block

Описание

Блок Cone Clutch представляет собой фрикционную муфту с коническим контактным интерфейсом. Коническая граница уменьшает нормальную силу, необходимую для зацепления муфты, создавая заклинивающее действие между компонентами муфты, конусом и чашкой. Применение конусной муфты включает в себя синхромеханические коробки передач, которые синхронизируют скорость привода и ведомого вала, чтобы обеспечить более плавное зацепление между трансмиссиями.

Компонент жестко соединяется с валом, вращаясь вместе с ним как с модулем. Конусный компонент жестко соединяется с ведомым валом, который находится в осевом выравнивании с ведущим валом. Муфта зацепляется, когда конус скользит к стакану и плотно прижимается к его внутренней поверхности. Трение на контактном интерфейсе конусного стакана позволяет муфте передавать степень между ведущим и ведомым валами. Модель трения этого блока включает как статические, так и кинетические вклады трения, последний из которых приводит к рассеиванию степени во время скольжения между конусом и компонентами.

Блок Cone Clutch основан на блоке Fundamental Friction Clutch. Полную модель фрикционной муфты см. в Fundamental Friction Clutch. В этом разделе рассматривается специализированная модель, реализованная в блоке Cone Clutch.

Когда вы прикладываете нормальную силу, FN, Cone Clutch блок может применить два вида трения, кинетические и статические, к движению привода. Муфта применяет кинетический крутящий момент трения только, когда одна ось привода вращается относительно другой оси привода. Муфта применяет статический крутящий момент трения, когда две оси привода фиксируются и вращаются вместе. Блок итерации через многоступенчатую проверку, чтобы определить, когда блокировать и разблокировать муфту.

Можно также включить отказ. Когда происходит отказ, муфта остается заблокированной или не сможет передать степень. Отказы могут возникнуть в указанное время или из-за внешнего триггера на порте T.

Геометрия сцепления и переменные

Рисунок показывает геометрию муфты конуса.

Переменные муфты

ПараметрОпределениеЗначение
d oВнешний диаметр конической контактной поверхностиСм. предыдущий рисунок
d iВнутренний диаметр конической контактной поверхностиСм. предыдущий рисунок
αПоловина конуса углаСм. предыдущий рисунок
ωОтносительная скорость вращения (скольжение)ω F - ω B
ω ТолДопуск скольжения для фиксации муфтыСмотрите следующую модель
F NНормальная сила, приложенная к коническим поверхностямПриложенная нормальная сила, если больше порога: F N > F th
αКонусные полууглыСм. предыдущий рисунок
r effЭффективный радиус крутящего моментаРычаг эффективного момента силы трения муфты
k KКоэффициент кинетического тренияБезразмерный коэффициент кинетического трения конических поверхностей трения. Функция ω.
k SСтатический коэффициент тренияБезразмерный коэффициент статического трения конических поверхностей трения.
τ KКинетический крутящий момент тренияСмотрите следующую модель
τ SПредел крутящего момента трения(статический коэффициент трения)· (кинетический крутящий момент трения для ω → 0)
(См. Следующую модель)

Отношение к основной фрикционной муфте

Блок Cone Clutch основан на блоке Fundamental Friction Clutch. Вместо того, чтобы требовать крутящие моменты предела кинетического и статического трения в качестве входных сигналов, блок Cone Clutch вычисляет кинетическое и статическое трение из параметров муфты и входа FN сигнала нормальной силы.

Кинетическое трение

Кинетический крутящий момент трения является продуктом четырех факторов:

τK=kKFNreffsgn(ω)

Кинетический крутящий момент трения противоположен относительному скольжению и прикладывается с общим знаком минус. Он изменяет знак, когда ω изменяет знак.

Вы задаете кинетический коэффициент трения, kK, как константу или табличную дискретную функцию относительной скорости вращения, ω. Сведенная в таблицу функция принята симметричной для положительных и отрицательных значений относительной скорости вращения. Поэтому задайте k K только для положительных значений ω.

Эффективный радиус крутящего момента, reff, является эффективным радиусом, измеренным от оси привода, при котором кинетические силы трения прикладываются к фрикционным поверхностям. Оно связано с геометрией геометрии конической поверхности трения следующим образом:

reff=13sinαdo3di3do2di2

do и di являются максимальным и минимальным диаметрами контактной поверхности, соответственно.

Статическое трение

Статический предел трения связан с кинетическим трением, установлением ω на нуль и заменой кинетического коэффициентом трения:

TS=kSFNreff0

k S > k K, так что крутящий момент, τ, нужен через муфту, чтобы разблокировать ее, преодолевая статическое трение, больше, чем кинетическое трение в момент разблокировки, когда ω = 0.

Статический предел трения определяет симметричные пределы статического момента трения как:

τSτS+=τS

Диапазон [τ S, τ S+] используется фрикционной муфтой.

Условия взаимодействия и блокировки

Муфта входит в зацепление (передает крутящий момент), когда конические поверхности трения подвержены положительной нормальной силе, и генерирует кинетическое трение: F N > 0 и τK > 0.

Муфта блокируется тогда и только тогда, когда она включена, и скольжение меньше, чем допуск скорости: |<reservedrangesplaceholder1>| < ω Tol.

Степень, рассеянная муфтой

Рассеянное муфтой степень |<reservedrangesplaceholder2>·<reservedrangesplaceholder1>|. Муфта рассеивает степень только в том случае, если она скользит (в ≠ 0) и применяет кинетическое трение (τK > 0).

Скоростезависимая модель

Можно смоделировать эффекты изменения скорости вращения, выбрав зависящую от скорости модель. Чтобы выбрать модель, зависящую от скорости, в настройках Friction установите параметр Friction model равным Velocity-dependent kinetic friction coefficient. Для получения информации о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, смотрите Тепловую, Скоростезависимую Модель.

Для модели, зависящей от скорости, эти связанные параметры становятся видимыми в Friction настройках:

  • Relative velocity vector

  • Kinetic friction coefficient vector

  • Friction coefficient interpolation method

  • Friction coefficient extrapolation method

Тепловая модель

Можно смоделировать эффекты теплового потока и изменения температуры, выбрав зависящую от температуры модель. Чтобы выбрать температурно-зависимую модель, в настройках Friction установите параметр Friction model равным Temperature-dependent friction coefficients. Для получения информации о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, смотрите Тепловую, Скоростезависимую Модель.

Для зависящей от температуры модели видны тепловые H портов и эти настройки:

  • В настройках Friction:

    • Temperature vector

    • Static friction coefficient vector

    • Kinetic friction coefficient vector

    • Friction coefficient interpolation method

    • Friction coefficient extrapolation method

  • В настройках Thermal Port:

    • Thermal mass

    • Initial Temperature

Тепловая, зависящая от скорости модель

Можно смоделировать эффекты изменения скорости вращения и теплового потока, выбрав зависимую от скорости и зависящую от температуры модель. Чтобы выбрать модель, которая зависит и от скорости, и от температуры, в настройках Friction установите параметр Friction model равным Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Для модели, зависящей от скорости и температуры, тепловой порт H и эти соответствующие настройки и параметры становятся видимыми:

  • В настройках Friction:

    • Relative velocity vector

    • Temperature vector

    • Static friction coefficient vector

    • Kinetic friction coefficient matrix

    • Friction coefficient interpolation method

    • Friction coefficient extrapolation method

  • В настройках Thermal Port:

    • Thermal mass

    • Initial Temperature

Дефектное поведение

Вы можете включить дефектное поведение в ответ на:

  • Время симуляции - Нарушение происходит в указанное время.

  • Симуляция поведения - Нарушение происходит в ответ на внешний триггер. Это открывает T порта.

Можно выбрать одну или обе из этих настроек для отказа блоков. Если срабатывает отказ, муфта реагирует в соответствии с настройкой Behavior when faulted для оставшейся части симуляции. Опции отказа:

  • Cannot transmit power

  • Cannot unlock

Можно задать блок, чтобы выдать отчет о неисправности как предупреждение или сообщение об ошибке в Simulink Diagnostic Viewer с параметром Reporting when fault occurs.

Порты

Вход

расширить все

Порт физического сигнала сопоставлен с нормальной силой. Этот сигнал положительный или нулевой. Сигнал меньше нуля интерпретируется как ноль.

Зависимости

Этот порт видим, только если в настройках Geometry параметр Shift linkage control установлен на Physical signal. Для получения дополнительной информации смотрите Сдвиг редактирования управления и Зависимости параметров геометрии.

Порт физического сигнала для внешнего триггера отказа. Триггер происходит, когда значение больше 0,5. Единица измерения, сопоставленная со значением триггера, отсутствует.

Зависимости

Этот порт видим, когда Enable faults установлено на On и Enable external fault trigger установлено на On.

Выход

расширить все

Порт физического сигнала сопоставлен с сдвигом редактирования положения.

Зависимости

Этот порт видим только, когда в настройках Geometry, параметр Shift linkage control установлен на Conserving port. Для получения дополнительной информации смотрите Сдвиг редактирования управления и Зависимости параметров геометрии.

Сохранение

расширить все

Механический вращательный порт сопоставлен с ведущим (базовым) валом. Движение муфты измеряется как скольжение ω = ωF - ωB, скорость вращения последующего устройства относительно основания.

Механический вращательный порт сопоставлен с ведомым или последующим валом

Тепловой порт сопоставлен с тепловым потоком.

Зависимости

Этот порт видим только, когда в настройках Friction, параметр Friction model установлен на Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «модель трения» и «Зависимости параметра трения».

Механический вращательный порт сопоставлен с сдвигом редактирования.

Зависимости

Этот порт видим только, когда в настройках Geometry, параметр Shift linkage control установлен на Conserving port. Для получения дополнительной информации смотрите Сдвиг редактирования управления и Зависимости параметров геометрии.

Параметры

расширить все

Геометрия

Таблица показывает, как видимость некоторых параметров зависит от опции, которую вы выбираете для других параметров. Чтобы узнать, как считать таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметров геометрии

Geometry
Contact surface maximum diameter
Contact surface minimum diameter
Cone half angle
Shift linkage control
Physical signalConserving port

Отображает входной порт физического сигнала N

Выставляет:

  • Сохранение портов S

  • Выходной порт физического сигнала X

  • Shift Linkage настройки

Наружный конический диаметр do.

Внутренний конический диаметр di.

Половина угла открытия α геометрии конуса.

Сдвиг редактирования модели управления:

  • Physical signal - Откройте порты N физического сигнала, который вводит нормальную силу и X, который выводит для хода редактирования сдвига.

  • Conserving port - Откройте порт S, который связан с управлением редактированием сдвигов.

Зависимости

Видимость настроек Shift Linkage и портов S, X и N зависит от этой настройки. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Зависимости параметров геометрии».

Сдвиг редактирования

Эти настройки видны, только если в настройках Geometry параметр Shift linkage control установлен на Conserving port. Для получения дополнительной информации смотрите Сдвиг редактирования управления и Зависимости параметров геометрии.

Жёсткий упор в задней части сдвига редактирования

Зазор кольцевой ступицы при разъединении

Звонок останавливает жесткость

Кольцевой упор демпфирования

Коэффициент вязкого трения сдвига редактирования

Направление перемещения редактирования, которое разъединяет муфту

Трение

Таблица показывает, как видимость некоторых портов, параметров и настроек зависит от опции, которую вы выбираете для других параметров. Чтобы узнать, как считать таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметра трения

Friction
Friction model
Fixed kinetic friction coefficientVelocity-dependent kinetic friction coefficientTemperature-dependent friction coefficientsTemperature and velocity-dependent friction coefficients

Выставляет:

  • Сохранение портов H

  • Тепловые параметры в настройках Friction

  • Thermal Port настройки

Выставляет:

  • Сохранение портов H

  • Тепловые параметры в настройках Friction

  • Thermal Port настройки

--Temperature vectorTemperature vector
-Relative velocity vector-Relative velocity vector
Static friction coefficientStatic friction coefficientStatic friction coefficient vectorStatic friction coefficient vector
Kinetic friction coefficientKinetic friction coefficient vectorKinetic friction coefficient vectorKinetic friction coefficient matrix
-Friction coefficient interpolation methodFriction coefficient interpolation methodFriction coefficient interpolation method
-Friction coefficient extrapolation methodFriction coefficient extrapolation methodFriction coefficient extrapolation method
Velocity toleranceVelocity toleranceVelocity toleranceVelocity tolerance
Threshold forceThreshold forceThreshold forceThreshold force
Viscous drag torque coefficientViscous drag torque coefficientViscous drag torque coefficientViscous drag torque coefficient

Метод параметризации для моделирования кинетического коэффициента трения. Опции и значения по умолчанию для этого параметра зависят от модели трения, которую вы выбираете для блока. Опции:

  • Fixed kinetic friction coefficient - Задайте фиксированное значение коэффициента кинетического трения.

  • Velocity-dependent kinetic friction coefficient - Задайте кинетический коэффициент трения одномерным поиском в таблице на основе относительной скорости вращения между дисками.

  • Temperature-dependent friction coefficients - Определите коэффициент кинетического трения по поиску таблицы на основе температуры.

  • Temperature and velocity-dependent friction coefficients - Задайте коэффициент кинетического трения по поиску таблицы на основе температуры и относительной скорости вращения между дисками.

Зависимости

Установка модели трения влияет на видимость других параметров, настроек и портов. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Входные значения для относительной скорости как вектора. Значения в векторе должны увеличиться слева направо. Минимальное количество значений зависит от выбранного метода интерполяции. Для линейной интерполяции задайте по крайней мере два значения на размерность. Для сплайна-интерполяции задайте по крайней мере три значения на размерность.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Friction model установлен в Velocity-dependent kinetic friction coefficient или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Входные значения температуры как вектора. Минимальное количество значений зависит от выбранного метода интерполяции. Для линейной интерполяции задайте по крайней мере два значения на размерность. Для сплайна-интерполяции задайте по крайней мере три значения на размерность. Значения в векторе должны увеличиться слева направо.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Friction model установлен в Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Статическое или пиковое значение коэффициента трения. Статический коэффициент трения должен быть больше, чем кинетический коэффициент трения.

Зависимости

этот параметр видим только, когда параметру Friction model задано значение Fixed kinetic friction coefficient или Velocity-dependent kinetic friction coefficient. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Статические, или пиковые, значения коэффициента трения в качестве вектора. Вектор должен иметь то же количество элементов, что и вектор температуры. Каждое значение должно быть больше, чем значение соответствующего элемента в векторе коэффициента кинетического трения.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Friction model установлен в Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Кинетический, или Кулонский, коэффициент трения. Коэффициент должен быть больше нуля.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Friction model установлен в Fixed kinetic friction coefficient. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Выходные значения для коэффициента кинетического трения в качестве вектора. Все значения должны быть больше нуля.

Если для параметра Friction model задано значение

  • Velocity-dependent kinetic friction coefficient - Вектор должен иметь то же количество элементов, что и вектор относительной скорости.

  • Temperature-dependent friction coefficients - Вектор должен иметь то же количество элементов, что и вектор температуры.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Friction model установлен в Velocity-dependent kinetic friction coefficient или Temperature-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Выходные значения для коэффициента кинетического трения в виде матрицы. Все значения должны быть больше нуля. Размер матрицы должен равняться размеру матрицы, которая является результатом вектора температуры × вектора относительной скорости коэффициента кинетического трения.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Friction model установлен в Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Метод интерполяции для аппроксимации значения выхода, когда значение входа находится между двумя последовательными сеточными точками:

  • Linear - Выберите эту опцию, чтобы получить лучшую эффективность.

  • Smooth - Выберите эту опцию, чтобы создать непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах интерполяции смотрите PS Lookup Table (1D) блочной страницы с описанием.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Friction model установлен в Velocity-dependent kinetic friction coefficient, Temperature-dependent friction coefficients, или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Метод экстраполяции для определения значения выхода, когда значение входа находится вне диапазона, заданного в списке аргументов:

  • Linear - Выберите эту опцию, чтобы создать кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на контуре с областью интерполяции.

  • Nearest - Выберите эту опцию, чтобы создать экстраполяцию, которая не идет выше высшей точки в данных или ниже самой нижней точки в данных.

  • Error - Выберите эту опцию, чтобы избежать перехода в режим экстраполяции, когда вы хотите, чтобы ваши данные находились в области значений. Если входной сигнал находится вне области значений таблицы, симуляция останавливается и генерирует ошибку.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции см. PS Lookup Table (1D) блочной страницы с описанием.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Friction model установлен в Velocity-dependent kinetic friction coefficient, Temperature-dependent friction coefficients, или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Относительная скорость, ниже которой две поверхности могут заблокироваться. Поверхности блокируются, если крутящий момент через B и F порты вращения меньше, чем продукт эффективного радиуса, статического коэффициента трения и приложенной нормальной силы.

Нормальная сила, приложенная к порту N физического сигнала, прикладывается к контакту только, если величина силы превышает значение параметра Threshold force. Силы ниже Threshold force не прикладываются, поэтому переданный фрикционный крутящий момент отсутствует.

Коэффициент крутящего момента вязкого сопротивления.

Начальные условия

Состояние муфты в начале симуляции. Муфта может быть в одном из двух состояний, заблокирована и разблокирована. Заблокированная муфта ограничивает основу и последующие валы вращаться с той же скоростью, то есть как один модуль. Разблокированная муфта позволяет двум валам вращаться с различными скоростями, что приводит к скольжению между пластинами муфты.

Ошибки

Включите внешние или временные отказы. Когда происходит отказ, муфта не разблокируется или не может передать степень, в соответствии с Behavior when faulted настройкой.

Установите ответ на отказ. Можно выбрать отказ муфты как:

  • Cannot transmit power

  • Cannot unlock

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On.

Включает T портов. Физический сигнал в T порта, который больше 0.5 инициирует отказ.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On.

Включает запуск отказа в указанное время. При достижении Simulation time for fault event муфта реагирует в соответствии с настройкой Behavior when faulted.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On.

При достижении Simulation time for fault event муфта реагирует в соответствии с настройкой Behavior when faulted.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On и Enable temporal fault trigger к On.

Оповещение о выборе условия отказа. Когда для отчетов задано значение Warning или Errorсообщение отображается в Simulink Diagnostic Viewer. Когда Error выбран, симуляция остановится, если произойдет сбой.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On.

Тепловой порт

Thermal Port настройки видны только тогда, когда в настройках Friction параметру Friction model задано значение Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на одну степень. Чем больше тепловая масса, тем более устойчивым компонентом является изменение температуры.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда в настройках Friction параметр Friction model равен Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Температура компонента в начале симуляции. Начальная температура изменяет эффективность компонента в соответствии с заданным вектором эффективности, влияя на начальное зацепление или потери на трение.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда в настройках Friction параметр Friction model равен Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients. Для получения дополнительной информации см. «Зависимости параметра трения».

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.
Введенный в R2011a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте