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Rack & Pinion

齿轮齿条连接平移和旋转运动,具有可调节的齿轮半径和摩擦损失。

类型: Engee1DMechanical.Transmission.Gears.RotationalTranslational.RackAndPinion

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Gears/Rotational-Translational/Rack & Pinion

资料描述

齿轮齿条块代表齿轮齿条传动,转换平移和旋转运动。

旋转平移传动使齿轮(端口*P*)和齿条(端口*R*)分别以指定的固定比率旋转和移动。 使用*齿条方向*参数,您可以选择齿条轴是朝正方向移动还是朝负方向移动,而齿轮则朝正方向旋转。

模型变量

齿轮比

/齿轮轴的角速度

轨运动的速度

有效齿轮半径

齿轮上的齿数

轨的齿之间的距离

齿轮轴的电磁转矩

铁路上的努力

总损耗功率

摩擦力

扭矩传递效率

阈值功率

齿轮轴粘滞摩擦系数

理想的传动限制和传动比

齿轮齿条传动对两个相连的轴施加一个运动学限制:

齿轮比为:

两个自由度减少到一个独立的自由度。 一对前进档的符号是*(1,2)=(P,R)*。

扭矩的传递如下进行:

与此同时 在理想的情况下。

不完善的转让限制

在不完美的情况下 .

在不完美的齿轮-齿条对*(P,R)*中,角速度和几何约束保持不变。 但传递的扭矩、力和功率由于以下因素而降低:

  • P和R上的齿面之间的库仑摩擦,其特征在于恒定的效率, .

  • 万向轴与轴承的粘性耦合,由粘性摩擦系数参数化, .

耦合效率

成效 只有当传递的功率超过阈值功率时,齿轮和齿条之间的耦合才完全有效。

如果功率小于阈值,则在零速度下自动将实际效率调整为单位。

假设效率对于正向和反向功率流是相同的。

粘性摩擦力

粘性摩擦系数 确定了齿轮齿条由于润滑的不完美轴承所经受的扭矩和粘性摩擦力。 齿轮轴上的粘性摩擦的扭矩为 . 轨运动过程中粘滞摩擦力的作用力为 .

热模型

您可以通过打开额外的热端口*H*来模拟热流和温度变化的影响。 要打开热端口,请将*摩擦模型*参数设置为"温度依赖效率"。

假设和限制

  • 齿轮的惯性可以忽略不计。

  • 齿轮被视为刚性部件。

  • 库仑摩擦减慢了模拟。

港口

非定向

# P — 齿轮
旋转机械

Details

与齿轮相关的非定向端口。

程序使用名称

pinion_flange

# R — 铁轨

Details

与轨道相关的非定向端口。

程序使用名称

rack_flange

# H — 热通量
热量

Details

与热流相关的非定向端口。

热流端口可以模拟设备和连接网络之间的热流。

依赖关系

要启用此端口,请将 摩擦模型 设置为 "温度相关效率"。

程序使用名称

thermal_port

参数

主机

# Parameterize by — 齿轮齿条参数化方法
Pinion radius | Tooth parameters

Details

齿轮齿条的参数化方法如下:

  • 小齿轮半径"--传动比由小齿轮的有效半径决定。

  • 齿参数"--传动比由小齿轮的齿数和齿条齿之间的距离决定。

Pinion radius | Tooth parameters

默认值

Pinion radius

程序使用名称

parameterization

可计算

# Pinion radius — 有效齿轮半径
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

有效齿轮半径 。该值必须大于零。

依赖关系

要使用该参数,请将*参数化*参数设置为 "小齿轮半径"。

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

100.0 mm

程序使用名称

pinion_radius

可计算

# Number of pinion teeth — 齿轮齿数

Details

小齿轮上的齿数 。该值必须大于零。

依赖关系

要使用该参数,请将*参数化*参数设置为 "齿参数"。

默认值

20

程序使用名称

teeth_count

可计算

# Rack tooth spacing — 齿条齿间距
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

导轨 上的齿间距。该值必须大于零。

依赖关系

要使用此参数,请将*参数化*参数设置为 "齿参数"。

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

5.0 mm

程序使用名称

spacing

可计算

# Rack direction — 小齿轮旋转时齿条的方向
Negative for positive pinion rotation | Positive for positive pinion rotation

Details

选择当小齿轮正向旋转时,导轨轴是向正方向移动还是向负方向移动。

Negative for positive pinion rotation | Positive for positive pinion rotation

默认值

Positive for positive pinion rotation

程序使用名称

rack_directionality

可计算

网格损失

# Friction model — 齿轮和齿条齿非理想耦合造成的摩擦损失
No meshing losses - Suitable for HIL simulation | Constant efficiency | Temperature-dependent efficiency

Details

摩擦损失为

  • 无啮合损耗 - 适用于 HIL 仿真` - 齿轮完全啮合;

  • 效率不变"-齿条和小齿轮之间的扭矩传输因摩擦而减少;

  • 取决于温度的效率"- 根据用户提供的效率和温度数据确定扭矩传输。

No meshing losses - Suitable for HIL simulation | Constant efficiency | Temperature-dependent efficiency

默认值

No meshing losses - Suitable for HIL simulation

程序使用名称

friction_model

可计算

# Efficiency — 扭矩传递效率

Details

齿轮齿条啮合时的扭矩传输效率 ,正向和反向动力流相同。必须大于零但小于或等于 1。

依赖关系

要使用此参数,请将*摩擦模型*参数设置为 "恒定效率"。

默认值

0.8

程序使用名称

efficiency_const

可计算

# Temperature — 效率参数表格阵列
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Details

用于构建一维温度-效率表的温度数组。数组值应从左到右递增。温度数组的维数必须与 Efficiency 参数数组相同。

依赖关系

要使用该参数,请将*摩擦模型*参数设置为 "随温度变化的效率"。

计量单位

K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

默认值

[280.0, 300.0, 320.0] K

程序使用名称

temperature_vector

可计算

# Efficiency — 一系列效率

Details

元件效率数组,用于构建温度效率一维表。数组值为 Temperature 数组中温度下的效率。两个数组的维数必须相同。

依赖关系

要使用此参数,请将*摩擦模型*参数设置为 "随温度变化的效率"。

默认值

[0.95, 0.90, 0.85]

程序使用名称

efficiency_vector

可计算

# Rack power threshold — 功率阈值,低于该阈值时将进行数值平滑处理
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

Details

功率阈值,高于该值时将应用全效率因子。低于该值时,双曲正切函数将平滑效率系数,在无功率传输时将效率损失降至零。

计量单位

W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

默认值

0.001 W

程序使用名称

power_threshold

可计算

粘性损失

# Pinion rotational viscous friction coefficient — 齿轮粘性摩擦系数
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

小齿轮轴的粘性摩擦系数

计量单位

N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

默认值

0.0 N*m/(rad/s)

程序使用名称

pinion_viscous_coefficient

可计算

# Rack translational viscous friction coefficient — 板条粘性摩擦系数
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

齿条齿轮机构的粘性摩擦系数

计量单位

kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

默认值

0.0 N/(m/s)

程序使用名称

rack_viscous_coefficient

可计算

热端口

# Thermal mass — 热容
J/K | kJ/K

Details

元件温度变化一度所需的热能。热容量越大,元件对温度变化的抵抗力越强。

计量单位

J/K | kJ/K

默认值

50.0 J/K

程序使用名称

thermal_mass

可计算