Loaded-Contact Rotational Friction

Контактное трение с нагрузкой между двумя вращающимися поверхностями.

Тип: Engee1DMechanical.Brakes.LoadedContactRotationalFriction

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Brakes & Detents/Rotational/Loaded-Contact Rotational Friction

Описание

Блок Loaded-Contact Rotational Friction моделирует трение между двумя вращающимися поверхностями, нагруженными нормальной силой.

Блок реализован как структурный компонент на основе блока Fundamental Friction Clutch. Из заблокированного состояния две поверхности расцепляются, если передаваемый крутящий момент превышает статическое трение, определяемое статическим коэффициентом трения и текущей нормальной силой. Подробнее о том, как моделируется блокировка и разблокировка, см.в блоке Fundamental Friction Clutch.

Крутящий момент передается при нормальной силе, превышающей параметр Threshold force.

Уравнения

Этот блок моделирует трение между двумя вращающимися поверхностями, нагруженными нормальной силой. Когда две вращающиеся поверхности не заблокированы, передаваемый крутящий момент определяется с помощью следующих уравнений:

где

– передаваемый крутящий момент;
– нормальная сила;
– коэффициент трения;
– эффективный радиус;
– внешний радиус поверхности;
– внутренний радиус поверхности;
– относительная угловая скорость;
– крутящий момент вязкого трения;
– коэффициент вязкого трения.

Модель, зависящая от скорости

Вы можете смоделировать эффекты изменения скорости вращения, выбрав модель, зависящую от скорости. Чтобы выбрать модель, зависящую от скорости, в настройках Friction установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient. Информацию о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, см. в разделе Тепловая модель, зависящая от скорости.

Тепловая модель

Вы можете смоделировать эффекты теплового потока и изменения температуры, выбрав модель, зависящую от температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую от температуры, в настройках Friction установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients. Информацию о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, см. в разделе Тепловая модель, зависящая от скорости.

Тепловая модель, зависящая от скорости

Вы можете смоделировать эффекты изменения скорости вращения и теплового потока, выбрав модель, зависящую от скорости и температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую и от скорости, и от температуры, в настройках Friction установите для параметра Friction model значение Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Ограничения и допущения

Модель не учитывает инерцию. При необходимости добавьте условия инерции извне к портам B и F.
Модель рассчитывает крутящий момент, предполагая равномерное распределение нормальной силы.

Порты

Ненаправленные

# F — механическое вращение последователя
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведомой (подвижной) поверхностью.

Имя для программного использования

follower_flange

# B — база
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с приводной (базовой) поверхностью.

Имя для программного использования

base_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Ненаправленный порт, связанный с тепловым потоком.

Тепловой порт позволяет моделировать тепловой поток между блоком и подключенной сетью.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Имя для программного использования

thermal_port

Вход

# N — нормальная сила
скаляр

Details

Входной физический сигнал, связанный с нормальной силой. Этот сигнал может быть положительным или нулевым. Сигнал меньше нуля интерпретируется как нулевой.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Геометрические характеристики

# Geometry model — метод параметризации
Define effective radius | Define annular region

Details

Метод параметризации для модели трения нагрузка-контакт. Задается как:

Define effective radius – укажите значение эффективного радиуса трения.
Define annular region – определите радиус площади эффективной поверхности трения через задание внутреннего и внешнего диаметров поверхности трения.

Значения	`Define effective radius` \| `Define annular region`
Значение по умолчанию	`Define effective radius`
Имя для программного использования	`geometry_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Effective torque radius — радиус эффективной поверхности трения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Радиус эффективной поверхности трения, . Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry model установлено значение Define effective radius.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`130.0 mm`
Имя для программного использования	`effective_radius`
Вычисляемый	Да

# Friction surface outside diameter — внешний диаметр поверхности трения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Внешний диаметр поверхности трения, . Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry model установлено значение Define annular region.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`150.0 mm`
Имя для программного использования	`outer_diameter`
Вычисляемый	Да

# Friction surface inside diameter — внутренний диаметр поверхности трения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Внутренний диаметр поверхности трения, . Значение должно лежать в диапазоне .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry model установлено значение Define annular region.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`100.0 mm`
Имя для программного использования	`inner_diameter`
Вычисляемый	Да

Параметры трения

# Friction model — модель трения
Fixed kinetic friction coefficient | Velocity-dependent kinetic friction coefficient | Temperature-dependent friction coefficients | Temperature and velocity-dependent friction coefficients

Details

Модель трения в передаче. Задается как:

Fixed kinetic friction coefficient – предоставить фиксированное значение для коэффициента трения скольжения.
Velocity-dependent kinetic friction coefficient – определить коэффициент трения скольжения путем одномерной интерполяционной таблицы на основе относительной угловой скорости между дисками.
Temperature-dependent friction coefficients – определите коэффициент трения скольжения путем интерполяционной таблицы, построенной на основе температуры.
Temperature and velocity-dependent friction coefficients – определите коэффициент трения скольжения по интерполяционной таблице, основанной на температуре и относительной угловой скорости между дисками.

Значения	`Fixed kinetic friction coefficient` \| `Velocity-dependent kinetic friction coefficient` \| `Temperature-dependent friction coefficients` \| `Temperature and velocity-dependent friction coefficients`
Значение по умолчанию	`Fixed kinetic friction coefficient`
Имя для программного использования	`kinetic_friction_coefficient_type`
Вычисляемый	Нет

# Relative velocity vector — относительная скорость
rpm | deg/s | rad/s

Details

Значения относительной скорости, заданные в виде вектора. Значения в векторе должны монотонно возрастать.

Минимальное количество значений зависит от выбранного метода интерполяции. Для линейной интерполяции укажите не менее двух значений в каждом измерении. Для гладкой интерполяции укажите не менее трех значений на измерение.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Единицы измерения	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
Значение по умолчанию	`[0.0, 100.0, 1000.0] rad/s`
Имя для программного использования	`delta_w_vector`
Вычисляемый	Да

Details

Температура, заданная в виде вектора. Значения в векторе должны монотонно возрастать.

Минимальное количество значений зависит от выбранного метода интерполяции. Для линейной интерполяции укажите не менее двух значений на измерение. Для гладкой интерполяции укажите не менее трех значений на измерение.

Зависимости

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[280.0, 300.0, 320.0] K`
Имя для программного использования	`temperature_vector`
Вычисляемый	Да

# Static friction coefficient — коэффициент статического трения

Details

Статическое, или максимальное, значение коэффициента трения. Статический коэффициент трения должен быть больше, чем коэффициент трения скольжения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Fixed kinetic friction coefficient или Velocity-dependent kinetic friction coefficient.

Значение по умолчанию	`0.35`
Имя для программного использования	`static_friction_coefficient`
Вычисляемый	Да

# Static friction coefficient vector — вектор коэффициентов статического трения

Details

Статические, или максимальные, значения вектора коэффициентов трения. Вектор должен иметь такое же количество элементов, как и вектор температуры. Каждое значение должно быть больше, чем значение соответствующего элемента в векторе коэффициентов трения скольжения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Значение по умолчанию	`[0.4, 0.38, 0.36]`
Имя для программного использования	`static_friction_coefficient_vector`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient — коэффициент трения скольжения

Details

Коэффициент трения скольжения. Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Fixed kinetic friction coefficient.

Значение по умолчанию	`0.3`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient vector — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

Вектор коэффициентов трения скольжения. Все значения должны быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient или Temperature-dependent friction coefficients.

Значение по умолчанию	`[0.3, 0.22, 0.19]`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient_vector`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient matrix — матрица коэффициентов трения скольжения

Details

Матрица коэффициентов трения скольжения. Все значения должны быть . Размер матрицы должен быть равен размеру матрицы, которая является результатом произведения вектора температур на вектор относительной скорости, умноженный на коэффициент трения скольжения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Значение по умолчанию	`[0.34 0.32 0.3; 0.3 0.28 0.25; 0.25 0.2 0.15]`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient_matrix`
Вычисляемый	Да

# Friction coefficient interpolation method — метод интерполяции
Linear | Smooth

Details

Метод интерполяции для аппроксимации выходного значения, когда входное значение находится между двумя последовательными точками сетки. Задается как:

Linear – выберите эту опцию, чтобы получить наилучшую производительность.
Smooth – выберите эту опцию, чтобы получить непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient, Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Значения	`Linear` \| `Smooth`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`friction_coefficient_interpolation_method`
Вычисляемый	Нет

# Friction coefficient extrapolation method — метод экстраполяции
Linear | Nearest

Details

Метод экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение находится за пределами диапазона, указанного в списке аргументов. Задается как:

Linear – выберите эту опцию, чтобы получить кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.
Nearest – выберите эту опцию, чтобы получить экстраполяцию, которая не поднимается выше самой высокой точки в данных или ниже самой низкой точки в данных.

Зависимости

Значения	`Linear` \| `Nearest`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`friction_coefficient_extrapolation_method`
Вычисляемый	Нет

# Velocity tolerance — порог блокировки вращения поверхностей
rpm | deg/s | rad/s

Details

Относительная скорость, ниже которой две поверхности могут заблокироваться. Поверхности блокируются, если крутящий момент через вращательные порты B и F меньше, чем произведение радиуса эффективной поверхности трения, коэффициента статического трения и приложенной нормальной силы.

Единицы измерения	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
Значение по умолчанию	`0.001 rad/s`
Имя для программного использования	`w_slip_threshold`
Вычисляемый	Да

# Threshold force — порог нормальной силы контакта
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Нормальная сила, приложенная к скалярному порту N, прикладывается к контакту только в том случае, если величина силы превышает значение параметра Threshold force. Силы меньше значения параметра Threshold force не прикладываются, поэтому крутящий момент трения не передается.

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`1.0 N`
Имя для программного использования	`F_vertical_threshold`
Вычисляемый	Да

Вязкостные потери

# Viscous drag torque coefficient — крутящий момент вязкого сопротивления
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Коэффициент вязкого сопротивления, , для расчета крутящего момента. Коэффициент зависит от типа рабочей жидкости, температуры жидкости и максимального расстояния между поверхностями.

Единицы измерения	`Nm/(rad/s)` \| `ftlbf/(rad/s)`
Значение по умолчанию	`0.0 N*m/(rad/s)`
Имя для программного использования	`viscous_coefficient`
Вычисляемый	Да

Начальные условия

# Initial state — начальное состояние сцепления
Unlocked | Locked

Details

Состояние внутреннего блока Fundamental Friction Clutch в начале симуляции.

Unlocked – вращательные порты B и F изначально скользящие друг относительно друга.
Locked – вращательные порты B и F изначально заблокированы вместе.

Значения	`Unlocked` \| `Locked`
Значение по умолчанию	`Unlocked`
Имя для программного использования	`initial_state`
Вычисляемый	Нет

Тепловой порт

# Thermal mass — теплоемкость
J/K | kJ/K

Details

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на один градус. Чем больше теплоемкость, тем более устойчив компонент к изменению температуры.

Зависимости

Единицы измерения	`J/K` \| `kJ/K`
Значение по умолчанию	`50.0 kJ/K`
Имя для программного использования	`thermal_mass`
Вычисляемый	Да

Details

Начальная температура, заданная в виде скаляра.

Зависимости

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`300.0 K`
Имя для программного использования	`temperature_start`
Вычисляемый	Да