Силы чувств и крутящие моменты, действующие в соединениях

Обзор

Simscape™ Multibody™ обеспечивает получение значений крутящего момента и силы в блоках соединений. Можно использовать эту измерительную способность для вычисления и вывода различных типов сил и крутящих моментов, действующих непосредственно на соединения. Типы силы и крутящего момента, которые вы можете чувствовать, включают в себя те, которые вызваны:

  • Входные параметры приведения в действие соединений

  • Ограничения, накладываемые на соединения

  • Входные параметры приведения в действие соединений, ограничения и внутренние механики

В этом руководстве вы исследуете различные типы силы и крутящего момента, которые блокам соединений предоставить Simscape Multibody.

Откройте модель

В MATLAB® в командной строке введите smdoc_rack_pinion_c. Simscape Multibody открывает модель стойки и шестерни, которую можно использовать, чтобы исследовать возможности измерения силы и крутящего момента в блоках соединений.

Измерение крутящего момента приведения в действие

Модель рейки и шестерни содержит вход крутящего момента приведения в действие, который управляет шарнирным соединением шестерни. Блок Simulink-PS Converter обрабатывает входной сигнал с помощью фильтра второго порядка, сглаживая любые резкие изменения или разрывы, которые могут иметь сигнал. Для измерения момента приведения в действие, как это наблюдается на блоке Revolute Joint:

  1. В Диалоговое окно блока Revolute Joint выберите Z Revolute Primitive (Rz) > Sensing > Actuator Torque. Блок открывает порт физического сигнала, обозначенный t. Этот порт выводит 3-D векторные компоненты крутящего момента привода соединения в физическом сигнале Simscape.

  2. Перетащите следующие блоки в модель:

  3. Соедините блоки как показано на рисунке.

  4. Симулируйте модель. Блок To Workspace выводит сигнал крутящего момента привода в переменную timeseries, simout, доступную в базовом рабочем пространстве MATLAB.

  5. В командной строке MATLAB введите:

    figure;
plot(simout);
    Графики MATLAB векторные компоненты крутящего момента привода соединений. Все, кроме компонента Z, равны нулю на протяжении всей симуляции.

    Сравните график крутящего момента привода с исходным входным сигналом в блоке Signal Builder. Пренебрегая любым сглаживанием сигнала из-за фильтрации второго порядка, эти два сигнала идентичны. Следующий рисунок показывает исходный входной сигнал.

Сила привода и измерение крутящего момента позволяют вам анализировать необходимые силы и крутящие моменты, чтобы получить предписанную траекторию соединения. Используйте эту функцию в модели, чтобы выполнить обратный динамический и другие типы анализа.

Силы ограничения смысла

Силы ограничений соединений, которые действуют нормально к примитивным осям соединений, ограничивают движение выделенными степенями свободы соединений. В блоке Revolute Joint ограничительные силы сопротивляются тяге тяжести, сохраняя шестерню неподвижной относительно мировой системы координат. Чтобы почувствовать силы ограничения:

  1. В блоке Mechanism Configuration установите Uniform Gravity равным Constant. Эта установка гарантирует, что сила тяжести воздействует на стойку и шестерню. Проверяйте, что вектор силы тяжести [0 0 -9.80665].

  2. В Диалоговое окно блока Revolute Joint выберите Composite Force/Torque Sensing > Constraint Force. Блок открывает порт физического сигнала fc. Этот порт предоставляет векторные компоненты ограничительной силы всего соединения в физическом сигнале Simscape. По умолчанию это - ограничительная сила, которую последующая система координат порта оказывает на базовую систему координат портов, разрешенная в базовой системе координат портов.

  3. Отменить выбор Z Revolute Primitive (Rz) > Sensing > Actuator Torque.

  4. Проверяйте, что блок PS-Simulink Converter теперь соединяется с портом физического сигнала fc.

  5. Симулируйте модель. В командной строке MATLAB введите:

    figure;
plot(simout);
    Графики MATLAB компонентов ограничительной силы относительно времени. Все компоненты, кроме одного, равны нулю во время симуляции. Компонент Z, который противостоит вектору гравитации, является единственным компонентом, необходимым для удержания систем координат соединений на месте.

Ограничительные силы гарантируют, что системы координат сварного соединения остаются неподвижными относительно друг друга. Можно поместить блок Weld Joint в подсистему тела, чтобы чувствовать внутренние силы и крутящие моменты, действующие в этом теле во время симуляции. Пример того, как это можно сделать в модели двойного маятника, см. в разделе Силы ограничения чувств.

Чувствуйте все силы

В дополнение к действию и ограничивающим силам и крутящим моментам системы координат соединений могут также взаимодействовать путем обмена внутренними силами и крутящими моментами. Эти силы и крутящие моменты, которые обусловлены пружинными и демпферными элементами, внутренними к самому соединению, позволяют вам принять во внимание механическое рассеивание энергии и хранение между системами координат соединений. Можно почувствовать общую композитную силу и крутящий момент, действующие на соединение, который включает в себя вклад от приведения в действие, ограничения и внутренние силы и крутящие моменты. Чтобы почувствовать полный крутящий момент, действующий между системами координат порта блока Revolute Joint:

  1. В Диалоговое окно блока Revolute Joint выберите Composite Force/Torque Sensing > Total Torque. Блок открывает порт физического сигнала tt. Этот порт выводит полный крутящий момент, действующий между системами координат соединения в качестве физического сигнала Simscape.

  2. Отменить выбор Composite Force/Torque Sensing > Constraint Force.

  3. Симулируйте модель.

  4. В командной строке MATLAB введите:

    figure;
plot(simout);

    Графики MATLAB компоненты вектора общего крутящего момента как функцию времени. Все компоненты, кроме одного, равны нулю во время симуляции. Ненулевой компонент, крутящий момент, направленный вокруг оси Z, содержит крутящие моменты от приведения в действие и внутренние крутящие моменты, но ни один из ограничительных моментов.

    Peaks крутящего момента соответствуют значениям крутящего момента, заданным в входном сигнале. Этот peaks разрушаются со временем из-за внутренних моментов демпфирования, заданных в Диалоговое окно блока Revolute Joint. Демпфирующие крутящие моменты вызывают рассеивание энергии, заметное в переходных фрагментах общего крутящего момента.

    Чтобы убедиться, что полный крутящий момент исключает любой вклад из ограничительных крутящих моментов, попробуйте измерить ограничительные крутящие моменты непосредственно. График ограничительных моментов покажет, что они на самом деле незначительны.

Документация Simscape Multibody

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте