Simple Gear

传动简单,传动齿轮比可调,摩擦损失大.

类型: Engee1DMechanical.Transmission.Gears.Simple

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Gears/Simple Gear

资料描述

座 Simple Gear 它是一个变速箱，其中驱动齿轮的轴连接（ )和从动齿轮( ）以您指定的固定齿轮比旋转。您还可以选择从动齿轮的轴线是否在与驱动齿轮的轴线相同或相反的方向上旋转。

如果它们以相同的方向旋转，则从动齿轮的角速度（）和驱动齿轮的角速度（）具有相同的标志。
如果它们以相反的方向旋转, 和他们有相反的迹象。

您可以添加和删除间隙和热效应。

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。要使用热端口*H*，请设置参数 Friction model 意义 Temperature-dependent efficiency.

此外，您还可以通过设置参数来选择根据负载和温度而变化的效率模型 Friction model 意义 Temperature and load-dependent efficiency. 启用热模型:

打开非定向端口*H*。
包括参数 Thermal mass ，它允许您指定组件抵抗温度变化的能力。
启用*初始温度*参数，该参数允许您设置初始温度。

理想的齿轮和传动比

座 Simple Gear 对两个连接的轴施加两个运动约束:

哪里

-从动齿轮的半径;
-从动齿轮的角速度;
-驱动齿轮的半径;
-驱动齿轮的角速度。

从动齿轮和驱动齿轮啮合的齿轮比为:

哪里

-驱动齿轮的齿数;
-从动齿轮的齿数。

两个自由度减少到一个独立档位。

扭矩的传递如下进行:

哪里

-输入扭矩;
-输出扭矩;
-扭矩传递过程中的损失。

为完美的场合 .

齿轮的不完善限制和损失

在不完美的情况下 . 有关详细信息，请参阅文章具有损耗的机械齿轮建模.

在不完美的齿轮副中角速度、齿轮比和对齿数的限制保持不变。但传递的扭矩和功率通过:

齿轮齿面之间的库仑摩擦和，这是由效率决定的, .
传动轴与轴承的粘性摩擦耦合，由粘性摩擦系数决定, .

恒定的效率

在恒定效率的情况下, 它是不依赖于负载或传输功率的恒定值。

依赖于负载的效率

效率（）取决于通过齿轮传递的负载或动力。对于任何电力流:

哪里

-依赖于库仑摩擦的扭矩;
-比例系数;
-怠速模式下作用在输入轴上的扭矩。

效率（ )与在标准形式，但变得依赖于负载:

反弹效应

您可以在模型中包含反弹效应。

Luft是齿轮齿和与其配对的另一个齿轮的齿之间的多余空间。增加的齿隙补偿了制造公差的降低，并确保齿轮中润滑剂的自由移动，以防止卡住。然而，过大的齿隙可导致系统部件过早磨损并影响取决于齿轮位置的测量。此块使用块实现将backlash应用于launch和reverse Translational Hard Stop.

如果启用参数 Enable backlash ，该块将齿轮旋转与线性齿隙关联为:

哪里

-齿轮齿的相对线速度;
-对应于参数的值 Base (B) gear radius ;
-从动齿轮的半径，其中，而参数 Follower (F) to base (B) teeth ratio (NF/NB) 对应于比 ;
和 -分别驱动齿轮和从动齿轮的角速度;
-齿轮旋转方向的标志。如果为参数 Output shaft rotates 值设置:
- In same direction as input shaft 然后 .
- In opposite direction to input shaft 然后 .

块将齿啮合视为一个位置, ，关于线性齿隙, ，在哪里 . 对应于参数 Linear backlash . 变量的初始值 Backlash position 对应于初始位置 .

如果为参数设置 Hard stop model 意义 Based on coefficient of restitution，那么硬停止可以使用非零参数值 Coefficient of restitution , ，在动量守恒方程中。在碰撞的情况下:

哪里和 -分别为碰撞前后的时间点。据认为，是在范围内的 [0, 1].

座 Simple Gear 将传输的模式状态登记为中间状态*M*。

条件	意义
	已关闭
	直接与
	倒档从
	正向和反向运行之间的即时模式转换
	反向和正向运行之间的即时模式转换
	即时冲击模式

条件

意义

已关闭

直接与

倒档从

正向和反向运行之间的即时模式转换

反向和正向运行之间的即时模式转换

即时冲击模式

刚性止动装置模拟边界处的静态接触。齿轮在发生碰撞时被阻塞，当 . 一旦齿轮被锁定: . 条件一满足，齿轮解锁。

在这些公式中:

-参数值 Static contact release force threshold ;
-参数值 Static contact speed threshold ;
-这是齿轮的齿之间的接合力，使得 .

热模型

您可以通过打开额外的热端口来模拟热流和温度变化的影响。要使用热端口，请设置参数 Friction model 意义 Temperature-dependent efficiency 或 Temperature and load-dependent efficiency.

选择热模型时:

使用非定向热端口*H*。
参数使用 Thermal mass ，这允许您确定组件承受温度变化的能力。

假设和限制

齿轮的惯性可以忽略不计。
齿轮作为固体处理。
库仑摩擦减慢了模拟。（有关详细信息，请参阅这里)

港口

非定向

# B — 驱动齿轮
旋转力学

Details

与所述驱动齿轮连接的非定向端口。

程序使用名称

base_flange

# F — 从动齿轮
旋转力学

Details

与从动齿轮连接的非定向端口。

程序使用名称

follower_flange

# H — 热流量
温暖

Details

热流相连的非定向端口。

热端口允许您模拟单元和连接网络之间的热流。

依赖关系

要使用此端口，请设置参数 Friction model 意义 Temperature-dependent efficiency 或 Temperature and load-dependent efficiency.

程序使用名称

thermal_port

参数

主

# Follower (F) to base (B) teeth ratio (NF/NB) — 从动齿轮到驱动齿轮的传动比

Details

恒定齿轮比, ，从动齿轮的转数到驱动齿轮的转数。齿轮比必须严格 >0.

默认值	`2.0`
程序使用名称	`ratio`
可计算	是

# Output shaft rotates — 驱动齿轮的旋转方向
In same direction as input shaft | In opposite direction to input shaft

Details

从动齿轮相对于驱动齿轮的运动的运动方向。

值	`In same direction as input shaft` \| `In opposite direction to input shaft`
默认值	`In opposite direction to input shaft`
程序使用名称	`rotation_direction_type`
可计算	无

网格损失

# Friction model — 摩擦模型
No meshing losses - Suitable for HIL simulation | Constant efficiency | Load-dependent efficiency | Temperature-dependent efficiency | Temperature and load-dependent efficiency

Details

传动中摩擦的模型。设置为:

No meshing losses - Suitable for HIL simulation -齿轮啮合被认为是理想的。
Constant efficiency -通过恒定的效率降低齿轮对之间的扭矩传递, ，这样 .
Load-dependent efficiency -通过可变效率降低扭矩传递。该系数在这取决于负载。
Temperature-dependent efficiency -通过温度和转矩效率的对应关系的插值表确定成对齿轮之间的转矩的传递。
Temperature and load-dependent efficiency -根据温度和负载的不同，通过效率来减少扭矩的传递。该系数在它根据负载而变化。扭矩传输的效率是根据用户提供的变速箱负载和温度数据确定的.

值	`No meshing losses - Suitable for HIL simulation` \| `Constant efficiency` \| `Load-dependent efficiency` \| `Temperature-dependent efficiency` \| `Temperature and load-dependent efficiency`
默认值	`No meshing losses - Suitable for HIL simulation`
程序使用名称	`friction_model`
可计算	无

# Input shaft torque at no load — 怠速扭矩
N*m | uN*m | mN*m | kN*m | MN*m | GN*m | kgf*m | lbf*in | lbf*ft

Details

扭矩, 在怠速模式下作用在驱动齿轮上，即当扭矩到从动齿轮的传递为零时。在非零值时，由于齿轮损耗，空闲模式下的输入功率完全耗散。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Load-dependent efficiency.

计量单位	`Nm` \| `uNm` \| `mNm` \| `kNm` \| `MNm` \| `GNm` \| `kgfm` \| `lbfin` \| `lbf*ft`
默认值	`0.1 N*m`
程序使用名称	`T_no_load`
可计算	是

# Nominal output torque — 额定扭矩
N*m | uN*m | mN*m | kN*m | MN*m | GN*m | kgf*m | lbf*in | lbf*ft

Details

从动齿轮上的扭矩, ，在该效率被归一化取决于负载。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Load-dependent efficiency.

计量单位	`Nm` \| `uNm` \| `mNm` \| `kNm` \| `MNm` \| `GNm` \| `kgfm` \| `lbfin` \| `lbf*ft`
默认值	`5.0 N*m`
程序使用名称	`T_nominal`
可计算	是

# Efficiency at nominal output torque — 额定效率

Details

扭矩传递效率, ，在从动齿轮上的标称扭矩处。高效率值对应于驱动和从动齿轮之间更大的扭矩传递。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Load-dependent efficiency.

默认值	`0.8`
程序使用名称	`nominal_efficiency`
可计算	是

# Efficiency — 扭矩传递效率

Details

驱动和从动齿轮之间的扭矩传递的效率。效率值与接合中的功率损耗成反比。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Constant efficiency.

默认值	`0.8`
程序使用名称	`efficiency_const`
可计算	是

Details

用于构造温度与转矩传递效率的对应关系的插值表的温度值的向量。向量的元素应该单调增加。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Temperature-dependent efficiency 或 Temperature and load-dependent efficiency.

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	是

# Load at base gear — 基齿轮上的载荷矢量
N*m | uN*m | mN*m | kN*m | MN*m | GN*m | kgf*m | lbf*in | lbf*ft

Details

基齿轮上的载荷矢量，用于构建取决于温度和载荷值的效率匹配的二维插值表。向量的元素应该单调增加。负载向量必须与效率矩阵的一列大小相同。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Temperature and load-dependent efficiency.

计量单位	`Nm` \| `uNm` \| `mNm` \| `kNm` \| `MNm` \| `GNm` \| `kgfm` \| `lbfin` \| `lbf*ft`
默认值	`[1.0, 5.0, 10.0] N*m`
程序使用名称	`load_vector`
可计算	是

# Efficiency — 扭矩传输效率值的向量

Details

驱动齿轮和从动齿轮的齿轮传动的扭矩传递效率值的矢量。

块使用这些值构建温度和效率对应关系的插值表。

每个元素是与参数值的向量中的相应温度值相关的效率。 Temperature . 向量的长度必须等于参数向量的长度。 Temperature .

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Temperature-dependent efficiency.

默认值	`[0.95, 0.90, 0.85]`
程序使用名称	`efficiency_vector`
可计算	是

# Efficiency matrix — 扭矩传输效率值矩阵

Details

驱动和从动齿轮的齿轮传动的扭矩传递效率值的矩阵。

块使用这些值来构建取决于温度和负载值的效率匹配的二维插值表。

每个元素是与参数值的向量中的相应温度值相关的效率。 Temperature 并且在参数值向量中指定的载荷下 Load at base gear .

行数必须与参数向量中的元素数匹配。 Temperature . 列数必须等于参数向量中的元素数。 Load at base gear .

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Temperature and load-dependent efficiency.

默认值	`[0.85 0.80 0.75; 0.95 0.90 0.85; 0.85 0.80 0.70]`
程序使用名称	`efficiency_matrix`
可计算	是

Details

从动齿轮的角速度的绝对值，在该绝对值处实现转矩传递效率的最大值, . 在低于此值时，使用双曲正切函数将效率平滑为1，将损耗减少为0。

角速度的阈值应低于仿真期间的预期角速度。较高的值可能会导致块低估效率的损失。非常低的值会增加建模的计算成本。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Temperature and load-dependent efficiency.

计量单位	`rad/s` \| `deg/s` \| `rad/min` \| `deg/min` \| `rpm` \| `rps`
默认值	`0.01 rad/s`
程序使用名称	`w_threshold`
可计算	是

# Follower power threshold — 最小阈值功率值
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

从动齿轮功率的绝对值，在该绝对值以上施加转矩传递效率的全部值, . 在低于所示值时，使用双曲正切函数平滑效率，以 1，减少损失至 0.

功率阈值必须低于仿真期间传输的预期功率。较高的值可能导致块低估效率损失。非常低的值会增加建模的计算成本。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 意义 Constant efficiency.

计量单位	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
默认值	`0.001 W`
程序使用名称	`power_threshold`
可计算	是

背隙

# Enable backlash — 启用反弹

Details

选中此框以解释反弹。

默认值	`false (关掉)`
程序使用名称	`enable_backlash`
可计算	无

# Hard stop model — 过渡到硬停止期间的行为
Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound | Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound | Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound | Based on coefficient of restitution

Details

刚性限幅器模型的刚度和回弹参数。设置为:

Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound;
Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound;
Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound;
Based on coefficient of restitution

有关详细信息，请参阅 Translational Hard Stop.

依赖关系

要使用此选项，请启用选项复选框。 Enable backlash .

值	`Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound` \| `Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound` \| `Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound` \| `Based on coefficient of restitution`
默认值	`Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound`
程序使用名称	`hardstop_model`
可计算	无

# Linear backlash — 牙齿自由移动的距离
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

齿轮齿能够在啮合齿之间行进的距离。

依赖关系

若要使用此选项，请选中该选项的复选框 Enable backlash .

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`1e-3 mm`
程序使用名称	`backlash_distance`
可计算	是

# Base (B) gear radius — 驱动齿轮的半径
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

齿轮中心到齿的啮合点的距离。

依赖关系

若要使用此选项，请选中该选项的复选框 Enable backlash .

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`0.1 m`
程序使用名称	`base_tooth_radius`
可计算	是

# Transition region — 硬停止逐渐影响的区域
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

块逐渐施加刚度和阻尼效应的距离。

如果为参数设置 Hard stop model 意义 Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound 当刚性止挡接近完全刚性时，块从一个刚度平滑地过渡到另一个刚度。

依赖关系

要使用此选项，请选中选项复选框。 Enable backlash 而对于参数 Hard stop model 意义 Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound.

计量单位	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
默认值	`1e-4 mm`
程序使用名称	`transition_region`
可计算	是

# Linear stiffness — 平移刚性
N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

Details

齿轮碰撞时弹簧的平移刚度。

依赖关系

要使用此选项，请选中选项复选框。 Enable backlash 而对于参数 Hard stop model 下列值之一:

Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound;
Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound;
Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound.

计量单位	`N/m` \| `mN/m` \| `kN/m` \| `MN/m` \| `GN/m` \| `kgf/m` \| `lbf/ft` \| `lbf/in`
默认值	`1e6 N/m`
程序使用名称	`k_backlash`
可计算	是

# Linear damping — 平移阻尼
N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

Details

齿轮碰撞时平移能量的阻尼。

依赖关系

要使用此选项，请选中选项复选框。 Enable backlash 而对于参数 Hard stop model 下列值之一:

Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound;
Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound;
Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound.

计量单位	`Ns/m` \| `kgfs/m` \| `lbfs/ft` \| `lbfs/in`
默认值	`1e3 N*s/m`
程序使用名称	`C_backlash`
可计算	是

# Coefficient of restitution — 碰撞中的能量损失系数

Details

碰撞中平移动能的损失。意义 0 意味着非弹性碰撞，而值 1 -齿轮保留所有动能的完美弹性碰撞。

默认值 0 它相当于模拟齿轮接触时的扭矩，消除齿轮改变方向和齿向齿隙行进距离时的扭矩。

依赖关系

要使用此选项，请选中选项复选框。 Enable backlash 而对于参数 Hard stop model 意义 Based on coefficient of restitution.

默认值	`0.7`
程序使用名称	`restitution_coefficient`
可计算	是

# Static contact speed threshold — 碰撞前齿轮齿之间的阈值相对速度
m/s | mm/s | cm/s | km/s | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

Details

速度, 在其下方，齿轮齿与啮合齿锁定。块安装何时 .

依赖关系

要使用此选项，请选中选项复选框。 Enable backlash 而对于参数 Hard stop model 意义 Based on coefficient of restitution.

计量单位	`m/s` \| `mm/s` \| `cm/s` \| `km/s` \| `m/hr` \| `km/hr` \| `in/s` \| `ft/s` \| `mi/s` \| `ft/min` \| `mi/hr` \| `kn`
默认值	`0.001 m/s`
程序使用名称	`v_static_contact_threshold`
可计算	是

# Static contact release force threshold — 从接触模式切换到自由模式所需的阈值力
N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

Details

使齿轮脱离静接触模式所需的最小力。

依赖关系

要使用此选项，请选中选项框。 Enable backlash 而对于参数 Hard stop model 意义 Based on coefficient of restitution.

计量单位	`N` \| `nN` \| `uN` \| `mN` \| `kN` \| `MN` \| `GN` \| `dyn` \| `lbf` \| `kgf`
默认值	`0.001 N`
程序使用名称	`F_static_contact_release_threshold`
可计算	是

粘度损失

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

Details

分别用于驱动和从动齿轮的运动的粘性摩擦系数的值的向量。要忽略粘性损失，请使用默认值。

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

热端口

# Thermal mass — 热容量
J/K | kJ/K

Details

将组件的温度改变一度所需的热能。热容量越高，组件对温度变化的抵抗力就越强。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 Friction model 下列值之一:

Temperature-dependent efficiency;
Temperature and load-dependent efficiency.

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	是