Flexible Shaft

具有扭转柔性的轴。

类型: Engee1DMechanical.Elements.Rotational.FlexibleShaft

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Couplings & Drives/Flexible Shaft

资料描述

座 Flexible Shaft 它是一个万向轴,可弯曲扭转. 轴由柔性材料制成，在施加的扭矩的作用下扭转。

扭转减缓了轴两端之间的动力传递，改变了驱动系统的动态特性。

flexible shaft 1

集中质量法用于表示块中的扭转-柔性轴。该模型通过弹簧阻尼器的并联系统将轴分成各种元件。元件确保轴的惯性，弹簧阻尼器系统确保其柔顺性。

该模块提供了四种参数化方法，允许对均匀轴和轴向不均匀轴的柔度进行建模。轴向不均匀的轴是其中任何这些参数沿轴的长度变化的轴。:

扭转刚度;
扭转惯性;

密度;
剪切模量;

外径/外径;
的内径。

一个额外的参数允许您模拟轴承由于轴端粘性摩擦造成的功率损失。有关详细信息，请参阅扭转模型。

轴两端的粘性摩擦不同于材料的内部阻尼，这对应于轴材料本身发生的损失。

在集中质量法中，模型被划分为许多确定轴惯性的单元，刚度矩阵确定柔度。

支座可以被建模为理想或使用刚度和阻尼矩阵。它可以为每个支持而变化:

位置-沿轴长度的任何点。
类型是理想的钳位，理想的别针，自由，与恒定的轴承僵硬和阻尼，或者与僵硬和阻尼取决于自转速度。
数字是两个，三个或四个。

扭转模型的参数化可以使用任一刚度进行设置和转动惯量，或轴材料的尺寸和性能。

扭转模型

对于扭转模型，块 Flexible Shaft 使用集中质量法近似轴的分布连续特性。该模型包含一个有限数（）具有阻尼的串联集中弹簧元件，以及有限的转动惯量。其结果是一系列的惯性块连接旋转弹簧和旋转阻尼器。

flexible shaft 2 cn

该块认为轴是一个等效的物理网络弹性元件。各弹性元件它是轴的一个短节，包含:

一个春天以确保扭转顺应性。网上总数弹簧。
一个阻尼器以在材料中提供阻尼。网上总数阻尼器。
两个惯性矩和以提供对旋转的阻力。相邻弹性元件的惯性矩求和，使得网络中的总转动惯量。

对于轴向均匀的轴，弹性元件的长度，延展性，阻尼和物理网络中的分布惯性矩是相等的，因此

对于轴向不均匀的轴，*R*节点和*C*节点的柔度、阻尼和惯性对于物理网络模型中的单个弹性元件可能不同。

节点放置的_algorithm_

模型精度和仿真速度之间的平衡取决于 -块用于表示轴的弹性元件的数量。有关仿真速度和模型精度之间平衡的信息，请参阅提高仿真的速度或精度。

块允许您设置弹性元件的最小数量。作为参数值 Minimum number of flexible elements . 然而，块使用的弹性元件的实际数量取决于模拟轴的复杂性。如果要求解包含轴向不均匀性的模型，中间支撑,

块需要比您指定的更多的弹性元素，则 .

例如，假设对于图中的复杂轴，您指定了支座的轴向位置和

径较大的截面。

您为参数设置意义 10.

flexible shaft 3 cn

块算法确定解决建模问题所需的弹性单元的数量和单个单元的长度。:

该装置在轴的驱动端和从动端各放置一个节点。这些节点被认为是固定在轴向位置上的，因为它们是沿着轴的轴线的物理对象。在图中，固定节点显示为红色。块均匀分布其他八个（ )沿轴的长度的内部节点。然后，他在每个连续的节点对之间放置一个弹性元件。

对于在前端有支撑的轴，轴向均匀,

根据其他指定的参数和值，该块可以仅使用等长的弹性元件:

然而，在大多数情况下，块只有在添加更多弹性元件时才能解决建模问题。

要添加更多弹性元素，块将固定的内部节点放置在以下位置:
- 轴的每个位置支撑。该块允许您指定轴支撑的数量和位置。对于图中的轴，支撑位于点处和 .

参数化段的每个边界。参数化边界是沿轴向不均匀轴的位置，其中两个相邻轴段的刚度、惯性或几何形状不同。此块允许您确定参数化段边界的位置。对于图中的轴，段边界位于点和 .
1. 块调整非固定节点在固定节点之间的位置，使其均匀分布。
最后，块在每个节点之间放置弹性元件。每个弹性元件的长度对应于相邻节点之间的中心到中心距离。块根据每个元件的长度和轴的相应几何形状在弹性元件之间分配惯性。最终，这个复杂的轴由 13 弹性元件: , , , 和 .

flexible shaft 7 cn

如果如果未固定节点的数量足够大以超过固定节点的数量，则块在每组相邻固定节点之间分配多于一个的未固定节点。

尺寸和材料特性

扭转模型的参数化可以使用任一刚度进行设置和极转动惯量，或轴材料的尺寸和性能。

根据轴尺寸和材料属性计算每个元件的刚度和惯性，如下所示:

哪里

-轴在弹性元件位置的极转动惯量;
-弹性元件位置处的轴的外径;
-弹性元件位置处的轴的内径；对于实心轴；对于环形轴 ;
-弹性元件的长度;
-轴在弹性元件位置的质量;
-轴在弹性元件位置的转动惯量;
-轴材料密度;
-轴材料的剪切模量;
-弹性元件的扭转刚度。

材料中的内部阻尼

对于任何扭转参数化，材料中的内部阻尼由阻尼系数决定对于具有相同扭转刚度和惯性的单个弹性元件的模型。这种情况下的阻尼系数为，其中无阻尼振荡的固有频率为 . 施加在集中质量模型的单个弹性元件上的阻尼力矩相当于阻尼系数与此弹性元件的相对旋转速度的乘积。

提高仿真的速度或精度

仿真精度和性能之间的平衡取决于 -块用来表示轴的弹性元件的数量。建模精度是建模结果与数学和经验模型的对应关系的度量。作为一项规则，随着增加建模的准确性和可靠性提高。然而，建模的计算成本也与，并且随着计算成本的增加，性能下降。反之亦然，随着减少仿真速度增加，但精度下降。

提高扭转模型集中质量建模的精度

增加弹性元件的最小数量, . 具有一个弹性元件的扭转模型具有接近于具有连续参数分布的模型的第一固有频率的自然扭转频率。为了更准确，您可以选择 2, 4, 8 或多个弹性元件。例如，精确表示四个最低自然扭转频率 0.1, 1.9, 1.6 和 5.3 百分比，分别在模型与 16 弹性元件。

假设和限制

连续扭转轴具有分布参数的模型由有限数量的集中质量近似。 .
轴旋转和扭转挠性导致轴弯曲，但弯曲不影响轴旋转和扭转挠性。

轴的外径与轴的长度相比较小。

轴支撑固定。

轴的陀螺效应没有被考虑在内。

如果轴仅模拟扭转并使用参数化值 By stiffness and inertia 或 By segment stiffness and inertia 该块只使用两个支撑，每个支撑在*B*和*F*的末端。

港口

非定向

# base_flange — 描述缺失

Details

描述缺失

程序使用名称

base_flange

# follower_flange — 描述缺失

Details

描述缺失

程序使用名称

follower_flange

参数

Shaft

# Model torsional flexibility — 弹性扭转模型

Details

是否模拟扭转柔性。

默认值	`true (已开启)`
程序使用名称	`enable_torsion_flexibility`
可计算	无

# Minimum number of flexible elements — 最小数量的柔性元件

Details

最小数量的柔性元件为近似值。

可能的是，柔性元件具有不同的长度或模拟数量的柔性元件。更多 . 有关详细信息，请参阅节点放置算法。

更灵活的元素增加了仿真的精度，但降低了仿真性能。具有一个柔性元件的模型（ )具有接近于具有连续参数分布的模型的第一固有频率的自然扭转频率。

如果模型精度比性能更重要，请选择 2, 4, 8 或更柔性的元件。例如，四个最低自然扭转频率用精确表示 0.1, 1.9, 1.6 和 5.3 百分比，分别在模型与 16 柔性元件。

有关详细信息，请参阅提高仿真的速度或精度。

依赖关系

若要使用此选项，请选中该选项旁边的复选框 Model torsional flexibility .

默认值	`1`
程序使用名称	`segment_count`
可计算	是

# Parameterization — 参数化方法
By stiffness and inertia | By material and geometry | By segment stiffness and inertia | By material and segment geometry

Details

的参数化方法。您可以使用以下任何参数对均匀轴或轴向不均匀轴进行建模:

扭转刚度;
扭转惯性;
密度;
剪切模量;
外径/外径;
的内径。

选择以下选项之一以参数化均质轴:

By stiffness and inertia -指定扭转刚度和惯性。
By material and geometry -根据内部和外部直径指定轴的轴向截面的长度和几何形状。指定轴材料的密度和剪切模量。

对于轴向不均匀轴模型，可以使用以下参数:

By segment stiffness and inertia —对于每个轴段，指定每单位长度的扭转刚度、扭转惯性和密度。
By material and segment geometry —对于每个轴段，指定轴向段的长度和几何形状，包括内径和外径。指定轴材料的密度和剪切模量。

值	`By stiffness and inertia` \| `By material and geometry` \| `By segment stiffness and inertia` \| `By material and segment geometry`
默认值	`By stiffness and inertia`
程序使用名称	`parameterization`
可计算	无

Details

轴扭转的每弧度扭矩。

依赖关系

若要使用此选项，请选中该选项旁边的复选框 Model torsional flexibility 并为参数设置 Parameterization 意义 By stiffness and inertia.

计量单位	`Nm/rad` \| `mNm/rad` \| `kNm/rad` \| `kgfm/rad` \| `lbfft/rad` \| `Nm/deg` \| `mNm/deg` \| `kNm/deg` \| `kgfm/deg` \| `lbfft/deg` \| `Ws/rad` \| `HP_DIN/rpm` \| `HP_DINs/rad`
默认值	`200000.0 N*m/rad`
程序使用名称	`k_torsional`
可计算	是

Details

轴在扭转过程中承受加速度的能力。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By stiffness and inertia.

计量单位	`kgm^2` \| `gm^2` \| `kgcm^2` \| `gcm^2` \| `lbmin^2` \| `lbmft^2` \| `slugin^2` \| `slugft^2`
默认值	`0.02 kg*m^2`
程序使用名称	`I_torsional`
可计算	是

# Shaft length — 轴长
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

轴长度。

依赖关系

要使用此参数, 为参数设置 Parameterization 意义 By material and geometry.

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`1.0 m`
程序使用名称	`shaft_length`
可计算	是

# Material density — 材料密度
kg/m^3 | g/m^3 | g/cm^3 | g/mm^3 | lbm/ft^3 | lbm/gal | lbm/in^3

Details

轴材料的密度。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By material and geometry 或 By material and segment geometry.

计量单位	`kg/m^3` \| `g/m^3` \| `g/cm^3` \| `g/mm^3` \| `lbm/ft^3` \| `lbm/gal` \| `lbm/in^3`
默认值	`7800.0 kg/m^3`
程序使用名称	`rho`
可计算	是

# Shear modulus — 剪切模量
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

轴材料的剪切模量。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By material and geometry 或 By material and segment geometry.

计量单位	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
默认值	`7.93e9 Pa`
程序使用名称	`G`
可计算	是

# Shaft geometry — 横截面的几何形状
Solid | Annular

Details

沿轴的长度的横截面的几何形状。如果轴或其段是空心的，请选择值 Annular. 否则，选择值 Solid.

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By material and geometry 或 By material and segment geometry.

值	`Solid` \| `Annular`
默认值	`Solid`
程序使用名称	`cross_section_geometry`
可计算	无

# Shaft outer diameter — 轴的外径
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

轴的外径。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By material and geometry.

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`0.075 m`
程序使用名称	`outer_diameter`
可计算	是

# Shaft inner diameter — 轴的内径
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

环形轴的内径。该值必须小于为参数指定的值。 Shaft outer diameter .

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By material and geometry，而对于参数 Shaft geometry 意义 Annular.

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`0.05 m`
程序使用名称	`inner_diameter`
可计算	是

Details

每个轴段的每弧度旋转扭矩。向量中的元素数必须与为参数指定的元素数相匹配。 Segment length [B,…,F] . 向量中元素的顺序对应于段相对于轴*b*的前导端的顺序。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By segment stiffness and inertia.

计量单位	`Nm/rad` \| `mNm/rad` \| `kNm/rad` \| `kgfm/rad` \| `lbfft/rad` \| `Nm/deg` \| `mNm/deg` \| `kNm/deg` \| `kgfm/deg` \| `lbfft/deg` \| `Ws/rad` \| `HP_DIN/rpm` \| `HP_DINs/rad`
默认值	`[400000.0, 200000.0, 100000.0] N*m/rad`
程序使用名称	`k_torsional_segment`
可计算	是

Details

每个轴段在扭转过程中承受加速度的能力。向量中的元素数必须与为参数指定的元素数相匹配。 Segment length [B,…,F] . 向量中元素的顺序对应于段相对于轴*b*的前导端的顺序。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By segment stiffness and inertia.

计量单位	`kgm^2` \| `gm^2` \| `kgcm^2` \| `gcm^2` \| `lbmin^2` \| `lbmft^2` \| `slugin^2` \| `slugft^2`
默认值	`[0.025, 0.02, 0.015] kg*m^2`
程序使用名称	`I_torsional_segment`
可计算	是

# Segment length [B,...,F] — 每个轴段的长度
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

每个轴段的长度，将其除以长度以模拟轴向不均匀的轴。矢量中元素的数量等于用于对非均匀轴建模的段数。向量中元素的顺序对应于段相对于轴*b*的前导端的顺序。

依赖关系

要使用此参数, 为参数设置 Parameterization 意义 By material and segment geometry.

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`[1.0, 0.5, 0.25] m`
程序使用名称	`shaft_segment_length_vector`
可计算	是

# Segment outer diameters [B,...,F] — 各轴段的外径
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

各轴段的外径。向量中的元素数必须与为参数指定的元素数相匹配。 Segment length [B,…,F] . 向量中元素的顺序对应于段相对于轴*b*的前导端的顺序。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By material and segment geometry.

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`[0.085, 0.075, 0.065] m`
程序使用名称	`outer_diameter_vector`
可计算	是

# Segment inner diameters [B,...,F] — 各轴段的内径
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

轴段的内径。向量中的元素数必须与为参数指定的元素数相匹配。 Segment length [B,…,F] . 向量中元素的顺序对应于段相对于轴*b*的前导端的顺序。每个值必须小于为参数指定的相应值。 Segment outer diameters [B,…,F] . 如果轴段为实心，则指定 0 为向量的对应元素。向量中至少有一个元素必须为正。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Parameterization 意义 By material and segment geometry，而对于参数 Shaft geometry 意义 Annular.

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`[0.055, 0.05, 0.045] m`
程序使用名称	`inner_diameter_vector`
可计算	是

Torsion

# Damping ratio from internal losses — 材料阻尼系数

Details

材料的阻尼系数。

依赖关系

若要使用此选项，请选中该选项旁边的复选框 Model torsional flexibility .

默认值	`0.01`
程序使用名称	`material_damping_ratio`
可计算	是

# Viscous friction coefficients at base (B) and follower (F) — 粘性摩擦系数
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

轴的驱动*B*和驱动*F*端处的粘性摩擦系数。向量必须包含两个元素。

依赖关系

要使用此参数, 为参数设置 Parameterization 意义 By stiffness and inertia 或 By segment stiffness and inertia.

计量单位	`Nm/(rad/s)` \| `ftlbf/(rad/s)`
默认值	`[0.0, 0.0] N*m/(rad/s)`
程序使用名称	`viscous_coefficient_vector`
可计算	是

# Initial shaft torsional deflection — 扭转过程中轴的初始偏转
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon

Details

轴在模拟开始时的角度偏差。

正的初始偏差导致轴的驱动端*B*相对于轴的从动端*F*的正旋转。

依赖关系

若要使用此选项，请选中该选项旁边的复选框 Model torsional flexibility .

计量单位	`rad` \| `deg` \| `rev` \| `mrad` \| `arcsec` \| `arcmin` \| `gon`
默认值	`0.0 rad`
程序使用名称	`phi_start`
可计算	是

Details

轴在模拟开始时的角速度。

依赖关系

若要使用此选项，请选中该选项旁边的复选框 Model torsional flexibility .

计量单位	`rad/s` \| `deg/s` \| `rad/min` \| `deg/min` \| `rpm` \| `rps`
默认值	`0.0 rpm`
程序使用名称	`w_start`
可计算	是

# Viscous friction coefficients at each support [B1,...,F1] — 粘性摩擦系数
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

每个支撑物上的粘性摩擦系数。向量中元素的数量必须与为参数指定的数量匹配。 Number of supports . 元件的顺序必须对应于轴*b*的前导端的各支承件的顺序排列。

依赖关系

要使用此参数, 为参数设置 Parameterization 意义 By material and geometry 或 By material and segment geometry.

计量单位	`Nm/(rad/s)` \| `ftlbf/(rad/s)`
默认值	`[0.0, 0.0] N*m/(rad/s)`
程序使用名称	`support_viscous_coefficient_vector`
可计算	是

Supports

# Number of supports — 描述缺失
2 | 3 | 4

Details

描述缺失

值	`2` \| `3` \| `4`
默认值	`2`
程序使用名称	`support_count`
可计算	无

# Support locations relative to base (B) — 描述缺失
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

描述缺失

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`[0.0, 1.0] m`
程序使用名称	`support_position_vector`
可计算	是

文学作品

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Kane和Torby，"应用于转子动态问题的扩展模态减少方法"，_journal Of Vibration And Acoustics_113，no.1（1991年1月1日）：79-84。 https://doi.org/10.1115/1.2930159…;
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Rao，S.S._连续系统的调试。_霍博肯,NJ:约翰*威利&儿子,2007.