Simple Gear
Простой механизм основы и колеса последователя с корректируемым передаточным отношением, потерями на трение и инициированными отказами
- Библиотека:
Simscape / Автомобильная трансмиссия / Механизмы
Описание
Блок Simple Gear представляет коробку передач, которая ограничивает связанные оси автомобильной трансмиссии основного механизма, B, и механизма последователя, F, к corotate с фиксированным отношением, которое вы задаете. Вы выбираете, вращается ли ось последователя в том же или противоположном направлении как основная ось. Если они вращаются в том же направлении, скорости вращения последователя, ωF и скорости вращения основы, ωB, имеют тот же знак. Если они вращаются в противоположных направлениях, ωF и ωB имеют противоположные знаки. Можно легко добавить и удалить обратную реакцию, отказы и термальные эффекты.
Идеальное ограничение механизма и передаточное отношение
Кинематическое ограничение, которое блок Simple Gear налагает на две связанных оси,
где:
rF является радиусом механизма последователя.
ωF является скоростью вращения механизма последователя.
rB является радиусом основного механизма.
ωB является скоростью вращения основного механизма.
Основное последователем передаточное отношение
где:
NB является количеством зубов в основном механизме.
NBF является количеством зубов в механизме последователя.
Сокращение этих двух степеней свободы к одной независимой степени свободы дает к уравнению передачи крутящего момента
где:
τB является входным крутящим моментом.
τF является выходным крутящим моментом.
τloss является потерей крутящего момента из-за трения.
Для идеального случая, .
Неидеальное ограничение механизма и потери
В неидеальном случае, . Для общих факторов на неидеальном моделировании механизма смотрите Механизмы Модели с Потерями.
В неидеальной паре механизма (B, F), скорость вращения, радиусы механизма и зубные ограничения механизма неизменны. Но переданный крутящий момент и степень уменьшаются:
Трение Кулона между зубами появляется на механизмах B и F, охарактеризованный КПД, η
Вязкая связь карданных валов с подшипниками, параметризованными коэффициентами вязкого трения, μ
В постоянном случае КПД η является постоянным, независимым от загрузки или переданной степени.
В зависимом загрузкой случае КПД η зависит от загрузки или степени, переданной через механизмы. Для любого потока энергии,
где:
τCoul является зависимым крутящим моментом трения Кулона.
k является коэффициентом пропорциональности.
τidle является крутящим моментом привода, действующим на входной вал в нерабочем режиме.
КПД, η, связан с τCoul в стандарте, предыдущей форме, но становится зависящим от загрузки:
Обратная реакция
Можно включить эффекты обратной реакции в модели. Backlash является избыточным пробелом между зубом механизма и сцепляющимися зубами механизма. Увеличение обратной реакции компенсирует понижение производственных допусков и позволяет свободному движению смазок в механизмах предотвращать затор. Однако избыточная обратная реакция может вызвать преждевременный износ ваших компонентов системы и может влиять на измерения, которые используют положение механизма. Блок применяет обратную реакцию для стартапов и реверсирований.
Можно установить Backlash model на:
No backlash— Блок игнорирует эффекты обратной реакции.Spring-damper— Блок использует реализацию Translational Hard Stop, чтобы симулировать обратную реакцию, похожую на пружину и демпфер параллельно.Instantaneous impulse— Блокировки на уровне блока данных механизмы в контакте, в то время как относительная скорость обратной реакции остается ниже параметра Static Contact Threshold. Блок разблокировал механизмы, когда сила контакта изменяет направление.Эта опция подходит для Программно-аппаратной симуляции.
Когда вы устанавливаете Backlash model на Spring-damper или Instantaneous impulse, блок связывает вращение механизма с линейной обратной реакцией как:
где:
vTooth является относительной линейной скоростью зуба механизма.
rB является параметром Base (B) gear radius, сопоставленным с основным механизмом.
rF является радиусом механизма последователя, где rF = NF/NB· rB и параметр Follower (F) to base (B) teeth ratio (NF/NB) представляет NF/NB.
ωB и ωF являются скоростями вращения основы и механизмов последователя, соответственно.
β является указателем направления механизма. Когда вы устанавливаете:
Output shaft rotates к
In same direction as input shaft, β = 1.Output shaft rotates к
In opposite direction as input shaft, β = -1.
Блок обрабатывает запутывающий зуб механизма как положение, xTooth, относительно линейной обратной реакции, Backlash, где -1/2·Backlash < xTooth < 1/2·Backlash. Backlash эквивалентен параметру Linear backlash. Параметр Initial offset эквивалентен исходному положению xTooth.
Когда вы устанавливаете Backlash model на Instantaneous impulse, жесткий упор может включить ненулевое значение для параметра Coefficient of restitution, e, в уравнение баланса импульса. Во время столкновения,
где t- и t+ являются моментами до и после столкновения, соответственно. Блок утверждает 0 < e < 1. Для получения дополнительной информации смотрите, что Сброс состояния Моделирует. Simscape™ регистрирует состояние режима механизма как промежуточный M.
| Состояние | Значение |
|---|---|
| M = 0 | Разъединенный |
| M = 1 | Вперед занятый xtooth = 1/2·Backlash |
| M = -1 | Назад занятый xtooth = -1/2·Backlash |
Жесткий упор симулирует статический контакт в границах. Механизмы блокируют, когда столкновение происходит и |vTooth| < vtol, такой что vTooth = 0. Здесь, vtol эквивалентен параметру Static Contact Threshold.
Отказы
Если вы включаете отказы для блока, КПД изменяется в ответ на один или оба из этих триггеров:
Время симуляции — отказ происходит в требуемое время.
Поведение симуляции — отказ происходит в ответ на внешний триггер. Включение внешнего триггера отказа отсоединяет порт T.
Если триггер отказа происходит для остатка от симуляции, блок использует неработающий КПД одним из этих способов:
В течение вращения
Когда угол поворота в неработающем диапазоне, который вы указываете
Можно программировать блок, чтобы выпустить дефектную ведомость как предупреждающее сообщение или сообщение об ошибке.
Тепловая модель
Можно смоделировать эффекты теплового потока и изменения температуры путем включения дополнительного теплового порта. Чтобы включить порт, установите Friction model на Temperature-dependent efficiency.
Кроме того, можно принять решение смоделировать КПД, который меняется в зависимости от загрузки и температуры установкой Friction model к Temperature and load-dependent efficiency. Выбор теплового варианта:
Отсоединяет порт H, порт сохранения в тепловой области.
Включает параметр Thermal mass, который позволяет вам задавать способность компонента сопротивляться изменениям в температуре.
Включает параметр Initial Temperature, который позволяет вам устанавливать начальную температуру.
Переменные
Используйте настройки Variables, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.
Предположения
Инерция механизма принята, чтобы быть незначительной.
Механизмы обработаны как твердые компоненты.
Трение Кулона замедляет симуляцию. Для получения дополнительной информации смотрите, Настраивают Точность Модели.
