Harmonic Drive

Высокоскоростной редуктор на основе упругой деформации эллиптической передачи

Библиотека:
Simscape/Трансмиссия/Передачи

Описание

Этот блок представляет компактный, с высоким отношением, механизм снижения скорости, который содержит три ключевых компонента:

Генератор волны деформации
Эллиптическая передача
Кольцевой звонок

Генератор деформационной волны содержит эллиптическую пробку, сопряженную с мячом подшипника. Он находится внутри упругой металлической передачи, деформируя его в легкий эллиптический шаблон. Вращение эллиптического шаблона в корпусе шестерни составляет волну деформации.

Эллиптически деформированная шестерня входит в зацепление с внутренними зубьями неподвижной кольцевой кольцевой шестерни только немного большего диаметра. Зацепление происходит одновременно на двух удлиненных концах эллиптической передачи. Этот проект удваивает зубья в mesh, увеличивая крутящую способность системы привода.

Во время нормальной операции базовый вал управляет генератором деформационной волны. Эллиптическая пробка свободно вращается внутри упругой металлической передачи, распространяя волну деформации вокруг оси вращения шестерни. Эта волна деформации заставляет зубья эллиптической шестерни постепенно зацепляться с внутренними зубьями кольцевой кольцевой шестерни.

Внутреннее зацепление между двумя шестернями заставляет ось эллиптической шестерни вращаться против волны эллиптического напряжения. Для каждого вращения по часовой стрелке, которое завершает генератор деформационной волны, ось эллиптической передачи вращается против часовой стрелки на небольшое количество.

Большие коэффициенты редукции возникают из-за почти одинаковых чисел зубьев. Эффективное передаточное число:

$r = \frac{n_{E}}{n_{C} - n_{E}},$

где:

r - передаточное число.
n C - номер зуба кольцевой кольцевой передачи.
n E является номером зуба деформируемой эллиптической передачи.

Необязательные параметры учитывают потери степени из-за зацепления передач и вязкого трения. Блок Simple Gear обеспечивает основу для этого блока. Для получения дополнительной информации см. раздел «Простая передача».

Тепловая модель

Можно смоделировать эффекты теплового потока и изменения температуры, включив дополнительный тепловой порт. Чтобы включить порт, установите Friction model равным Temperature-dependent efficiency.

Переменные

Используйте настройки Variables, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Цикл

Для оптимальной эффективности вашей симуляции в реальном времени установите Friction model равной No meshing losses - Suitable for HIL simulation на вкладке Meshing Losses.

Порты

Сохранение

расширить все

`B` - Базовый вал
механический вращательный

Вращательный порт, представляющий крутящий момент на валу основания и скорость вращения.

`F` - Последующий вал
механический вращательный

Вращательный порт, представляющий крутящий момент последующего вала и скорость вращения.

`H` - Опционный порт теплопередачи
тепловой

Тепловой порт для теплового моделирования.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Friction model значение:

Temperature-dependent efficiency
Temperature and load-dependent efficiency

Параметры

расширить все

Главный

`Number of teeth on elliptical gear` - Зубья эллиптической передачи
`100` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Общее количество зубьев, выступающих наружу из периметра эллиптической передачи. Это число должно быть немного меньше, чем количество зубьев на кольцевой кольцевой шестерне. Отношение двух зубных чисел механизма определяет относительные скорости вращения валов последователя и основы.

`Number of teeth on circular gear` - Зубья зубчатые круглые
`102` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Количество зубьев, выступающих внутрь от кольцевого звонка зубчатого периметра. Это число должно быть немного больше, чем количество зубьев на эллиптической передаче. Отношение двух зубных чисел механизма определяет относительные скорости вращения валов последователя и основы.

Потери сетки

`Friction model` - Модель трения передачи
`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 - Зацепление передач идеально.
Constant efficiency - Передача крутящего момента между червячным и зубчатым колесами уменьшается трением.
Load-dependent efficiency - Уменьшите передачу крутящего момента на переменный коэффициент эффективности. Этот коэффициент падает в области значений 0 < η < 1 и изменяется с крутящей нагрузкой.
Temperature-dependent efficiency - Уменьшите передачу крутящего момента на постоянный коэффициент эффективности, который зависит от температуры, но не учитывает нагрузку передачи. Этот коэффициент падает в области значений 0 < η ≤ 1 и не зависит от нагрузки. Передача крутящего момента определяется из предоставленных пользователем данных по эффективности и температуре передачи.
Temperature and load-dependent efficiency - Уменьшите передачу крутящего момента на переменный коэффициент эффективности, который зависит от температуры и нагрузки. Этот коэффициент падает в области значений 0 < η < 1 и изменяется с крутящей нагрузкой. Эффективность передачи крутящего момента определяется из предоставленных пользователем данных для загрузки и температуры передачи.

`Efficiency` - эффективность передачи крутящего момента
`0.95` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений (0, 1]

Эффективность передачи крутящего момента (η) между основой и последующими валами. Этот параметр обратно пропорциональен потерям степени сетки.

Зависимости

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

`Follower power threshold` - Значение, выше которого применяется полный КПД
`0.001` W (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Абсолютное значение степени последующего вала, выше которой действует коэффициент полной эффективности. Гиперболическая тангенциальная функция сглаживает коэффициент эффективности с нуля, когда находится в покое, до полного значения эффективности при пороге степени.

Как руководство, порог степени должен быть ниже ожидаемой степени, переданной во время симуляции. Более высокие значения могут привести к занижению потерь эффективности блока. Однако очень низкие значения могут повысить вычислительные затраты на симуляцию.

Зависимости

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

`Input shaft torque at no load` - Крутящий момент привода на малом валу
`0.1` N * m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Крутящий момент привода (τ _{холостом ходу}), действующий на входной вал в режиме холостого хода, например, когда передача крутящего момента к выходному валу равна нулю. Для ненулевых значений вход степени в режиме ожидания полностью рассеивается из-за потерь сетки.

Зависимости

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

`Nominal output torque` - Значение крутящего момента, при котором эффективность нормирована
`5` N * m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Выходной крутящий момент (τ F), при котором можно нормализовать зависимый от нагрузки эффективность.

Зависимости

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

`Efficiency at nominal output torque` - Эффективность передачи
`0.95` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений (0,1]

Эффективность передачи крутящего момента (η) на номинальный выходной крутящий момент. Большие значения эффективности соответствуют большему перемещению крутящего момента между входом и выходным валами.

Зависимости

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

`Follower angular velocity threshold` - Значение, выше которого применяется полный КПД
`0.01` рад/с (по умолчанию) | положительной скалярной величиной

Абсолютное значение угловой скорости последующего вала, выше которой действует полный КПД (ω F). Ниже этого значения гиперболическая тангенциальная функция сглаживает коэффициент эффективности до единицы, снижая потери КПД до нуля, когда находится в покое.

Как руководство, порог скорости вращения должен быть ниже ожидаемой скорости вращения во время симуляции. Более высокие значения могут привести к занижению потерь эффективности блока. Однако очень низкие значения могут повысить вычислительные затраты на симуляцию.

Зависимости

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

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

Массив температур, используемых для создания интерполяционной таблицы эффективности. Значения массива должны увеличиться слева направо. Температурный массив должен быть такого же размера, как и массив эффективность в зависящих от температуры моделях. Массив должен быть того же размера, что и Efficiency массив.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model либо на:

Temperature-dependent efficiency
Temperature and load-dependent efficiency

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

Массив эффективностей, используемых для создания 1-D интерполяционной таблицы температурного КПД для зависящих от температуры моделей эффективности. Элементы массива являются эффективностями при температурах в массиве Temperature. Два массива должны иметь одинаковый размер.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Friction model либо на:

Temperature-dependent efficiency
Temperature and load-dependent efficiency

`Follower power threshold` - Степень, ниже которой применяется численное сглаживание
`0.001` W (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Абсолютное значение степени последующего вала, выше которой действует коэффициент полной эффективности. Гиперболическая тангенциальная функция сглаживает коэффициент эффективности между нулем в покое и значением, предоставленным интерполяционной таблицей температурного КПД при пороге степени.

Зависимости

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

`Load at elliptical gear` - Нагрузки эллиптической передачи для табличной параметризации эффективности
`[1 5 10]` N * m (по умолчанию) | числовой массив

Массив эллиптических нагрузок, используемых для создания 2-D интерполяционной таблицы температура-нагрузка-КПД для зависимых от температуры и нагрузки моделей эффективности. Значения массива должны увеличиться слева направо. Массив нагрузки должен быть такого же размера, как и один столбец матрицы эффективности.

Зависимости

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

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

Матрица эффективности компонента, используемая для создания 2-D интерполяционной таблицы температура-нагрузка-эффективность. Элементы матрицы являются эффективностями при температурах в Temperature массиве и при нагрузках в Load at elliptical gear массиве.

Количество строк должно совпадать с количеством элементов в Temperature массиве. Количество столбцов должно совпадать с количеством элементов в Load at elliptical gear массиве.

Зависимости

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

`Follower angular velocity threshold` - Скорость вращения, ниже которой применяется численное сглаживание
`0.01` рад/с (по умолчанию) | положительной скалярной величиной

Абсолютное значение угловой скорости последующего вала, выше которой коэффициент полной эффективности в эффект. Ниже этого значения гиперболическая тангенциальная функция сглаживает коэффициент эффективности до единицы, снижая потери КПД до нуля, когда находится в покое.

Зависимости

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

Вязкие потери

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

Двухэлементный массив с коэффициентами вязкого трения, действующими на основании и последующем валах. Массив по умолчанию соответствует нулевым вязким потерям.

Тепловой порт

`Thermal mass` - Тепловая масса
`50` J/K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Initial temperature` - Начальная температура
`300` K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Документация

Harmonic Drive

Описание

Тепловая модель

Переменные

Цикл

Порты

Сохранение

B - Базовый вал механический вращательный

F - Последующий вал механический вращательный

H - Опционный порт теплопередачи тепловой

Зависимости

Параметры

Главный

Number of teeth on elliptical gear - Зубья эллиптической передачи 100 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Number of teeth on circular gear - Зубья зубчатые круглые 102 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Потери сетки

Friction model - Модель трения передачи 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) | положительная скалярная величина в области значений (0, 1]

Зависимости

Follower power threshold - Значение, выше которого применяется полный КПД 0.001 W (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Input shaft torque at no load - Крутящий момент привода на малом валу 0.1 N * m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Nominal output torque - Значение крутящего момента, при котором эффективность нормирована 5 N * m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Efficiency at nominal output torque - Эффективность передачи 0.95 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений (0,1]

Зависимости

Follower angular velocity threshold - Значение, выше которого применяется полный КПД 0.01 рад/с (по умолчанию) | положительной скалярной величиной

Зависимости

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

Зависимости

Efficiency - Массив КПД передачи [0.95 0.9 0.85] (по умолчанию) | вектор

Зависимости

Follower power threshold - Степень, ниже которой применяется численное сглаживание 0.001 W (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Load at elliptical gear - Нагрузки эллиптической передачи для табличной параметризации эффективности [1 5 10] N * m (по умолчанию) | числовой массив

Зависимости

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

Зависимости

Follower angular velocity threshold - Скорость вращения, ниже которой применяется численное сглаживание 0.01 рад/с (по умолчанию) | положительной скалярной величиной

Зависимости

Вязкие потери

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

Тепловой порт

Thermal mass - Тепловая масса 50 J/K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Initial temperature - Начальная температура 300 K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Расширенные возможности

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

См. также

Блоки Simscape

Темы

Документация по Simscape Driveline

Поддержка

`B` - Базовый вал
механический вращательный

`F` - Последующий вал
механический вращательный

`H` - Опционный порт теплопередачи
тепловой

`Number of teeth on elliptical gear` - Зубья эллиптической передачи
`100` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Number of teeth on circular gear` - Зубья зубчатые круглые
`102` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Friction model` - Модель трения передачи
`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) | положительная скалярная величина в области значений (0, 1]

`Follower power threshold` - Значение, выше которого применяется полный КПД
`0.001` W (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Input shaft torque at no load` - Крутящий момент привода на малом валу
`0.1` N * m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal output torque` - Значение крутящего момента, при котором эффективность нормирована
`5` N * m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Efficiency at nominal output torque` - Эффективность передачи
`0.95` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений (0,1]

`Follower angular velocity threshold` - Значение, выше которого применяется полный КПД
`0.01` рад/с (по умолчанию) | положительной скалярной величиной

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

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

`Follower power threshold` - Степень, ниже которой применяется численное сглаживание
`0.001` W (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Load at elliptical gear` - Нагрузки эллиптической передачи для табличной параметризации эффективности
`[1 5 10]` N * m (по умолчанию) | числовой массив

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

`Follower angular velocity threshold` - Скорость вращения, ниже которой применяется численное сглаживание
`0.01` рад/с (по умолчанию) | положительной скалярной величиной

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

`Thermal mass` - Тепловая масса
`50` J/K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Initial temperature` - Начальная температура
`300` K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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