Translational Detent

Двусторонний пружинный фиксатор поступательного движения.

Тип: Engee1DMechanical.Elements.Translational.Detent

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Brakes & Detents/Translational/Translational Detent

Описание

Блок Translational Detent представляет собой двусторонний пружинный фиксатор поступательного движения с шариком и конической выемкой. Ползунок фиксатора скользит горизонтально по корпусу фиксатора. Это взаимодействие создает горизонтальную сдвиговую силу. Внутри ползунка находится коническая выемка, а в корпусе фиксатора находится вертикальная пружина. Шарик фиксатора находится между пружиной и конической выемкой. В модели также предусмотрено вязкостное демпфирование и кинетическое трение между ползунком и корпусом.

На рисунке показана геометрия фиксатора с шариком и конической выемкой.

translational detent 1 ,

где

— глубина конической выемки;
— радиус шара;
— половина угла конической выемки.

В зависимости от того, как вы параметризуете блок, модель сдвиговой силы определяется геометрическими параметрами и параметрами пружины, максимальной силой и шириной выемки или таблицей, в которой указывается зависимость силы от относительного перемещения.

Параметризация фиксатора поступательного движения

Если для параметра Parameterization установлено значение By peak force and notch width, то блок обеспечивает непрерывность кривой зависимости силы и ее производной от смещения в области фиксации. Максимальные значения силы находятся посередине между центром и границами фиксатора, как показано на рисунке.

translational detent 2 ru

Если для параметра Parameterization установлено значение By geometry, то блок использует четыре области для определения сдвиговой силы. На рисунке показаны эти области.

translational detent 3

Поскольку шарик имеет сферическую форму, а выемка симметрична, зависимость горизонтальной силы от смещения симметрична относительно начала координат.

В таблице описаны положение шарика, угол контакта и влияние сдвиговой силы для каждой области.

Область	Положение шарика и угол контакта	Сдвиговая сила
1	Шарик находится за пределами конической выемки. Угол контакта вертикальный.	Только вязкостное демпфирование и кинетическое трение. Пружина не учитывается.
2	Шарик входит в выемку и соприкасается с ее углом. Угол контакта отклоняется от вертикали.	Влияние пружины, вязкого демпфирования и кинетического трения. Максимумы при переходе из области 2 в область 3.
3	Шарик скользит по поверхности выемки. Угол контакта остается постоянным.	Усилие уменьшается по мере растягивания пружины, пока не достигнет значения силы предварительного натяжения пружины.
4	Шарик перемещается от одной грани к другой. Угол контакта изменяет направление.	Сила изменяет направление. Ширина области изменения направления сдвига определяет плавность этого переключения.

Область

Положение шарика и угол контакта

Сдвиговая сила

Шарик находится за пределами конической выемки. Угол контакта вертикальный.

Только вязкостное демпфирование и кинетическое трение. Пружина не учитывается.

Шарик входит в выемку и соприкасается с ее углом. Угол контакта отклоняется от вертикали.

Влияние пружины, вязкого демпфирования и кинетического трения. Максимумы при переходе из области 2 в область 3.

Шарик скользит по поверхности выемки. Угол контакта остается постоянным.

Усилие уменьшается по мере растягивания пружины, пока не достигнет значения силы предварительного натяжения пружины.

Шарик перемещается от одной грани к другой. Угол контакта изменяет направление.

Сила изменяет направление. Ширина области изменения направления сдвига определяет плавность этого переключения.

Если для параметра Parameterization установлено значение By table lookup, то можно задать произвольную функцию зависимости сдвиговой силы от относительного перемещения. При создании такой функции учитывайте следующие рекомендации.

Сохранение энергии

Если вы хотите обеспечить сохранение энергии при использовании фиксатора, то общий интеграл функции зависимости силы от относительного перемещения должен быть равен нулю.

Производительность моделирования

Для стабилизации моделирования фиксатора следует избегать разрывов в функции зависимости силы от относительного перемещения. Важнейшим требованием является наличие области изменения направления сдвига ненулевой ширины, аналогичной области 4 в геометрической параметризации.

Допущения и ограничения

Модель не учитывает инерцию. При необходимости добавьте условия инерции извне к портам R и C.
Если вы используете параметризацию по максимальной силе и ширине выемки или параметризацию по таблице, то кинетическое трение не зависит от нормальной силы, действующей на фиксатор.

Порты

Ненаправленные

# R — шток фиксатора
поступательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный со штоком фиксатора.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус фиксатора
поступательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с корпусом фиксатора.

Имя для программного использования

case_flange

Параметры

Характеристики фиксатора

# Parameterization — параметризация фиксатора
By peak force and notch width | By table lookup | By geometry

Details

Параметризация характеристик фиксатора:

By peak force and notch width — укажите характеристики фиксатора с помощью максимальной сдвиговой силы и ширины выемки.
By table lookup — определите характеристики фиксатора с помощью таблицы на основе относительного перемещения между ползунком и корпусом.
By geometry — определите характеристики фиксатора с помощью геометрии шарика и выемки и динамики.

Значения	`By peak force and notch width` \| `By table lookup` \| `By geometry`
Значение по умолчанию	`By peak force and notch width`
Имя для программного использования	`parameterization`
Вычисляемый	Да

# Peak force — максимальная сдвиговая сила
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Максимальная сдвиговая сила, возникающая внутри фиксатора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By peak force and notch width.

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`10.0 N`
Имя для программного использования	`F_peak`
Вычисляемый	Да

# Notch width — область сдвиговой силы
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Ширина области, в которой возникает сдвиговая сила.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By peak force and notch width.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`30.0 mm`
Имя для программного использования	`notch_width`
Вычисляемый	Да

# Initial relative position — начальное положение
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Относительное положение ползунка и корпуса в начале симуляции.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`0.0 mm`
Имя для программного использования	`delta_x_start`
Вычисляемый	Да

# Relative displacement vector — вектор значений относительных перемещений
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Вектор значений относительных перемещения, элементы которого соответствуют вектору значений сдвиговой силы Force vector. Эти два вектора должны быть одинакового размера. Перемещения должны быть указаны по возрастанию.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By table lookup.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`[-15.0, -12.3, -7.6, -1.1, 1.1, 7.6, 12.3, 15.0] mm`
Имя для программного использования	`delta_x_vector`
Вычисляемый	Да

# Force vector — вектор сдвиговых сил
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Вектор значений сдвиговых сил, элементы которого соответствуют вектору относительных перемещений Relative displacement vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By table lookup.

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`[0.0, 0.0, -8.365, -5.87, 5.87, 8.365, 0.0, 0.0] N`
Имя для программного использования	`F_vector`
Вычисляемый	Да

# Interpolation method — метод интерполяции
Linear | Smooth

Details

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

Linear – выберите это значение для наименьших вычислительных затрат.
Smooth – выберите эту опцию, чтобы получить непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By table lookup.

Значения	`Linear` \| `Smooth`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`interpolation_method`
Вычисляемый	Да

# Ball diameter — диаметр шарика
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Диаметр поперечного сечения шара.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By geometry.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`12.0 mm`
Имя для программного использования	`ball_diameter`
Вычисляемый	Да

# Notch angle — угол выемки
deg | rad | rev | mrad

Details

Полный угол конической выемки.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By geometry.

Единицы измерения	`deg` \| `rad` \| `rev` \| `mrad`
Значение по умолчанию	`120.0 deg`
Имя для программного использования	`notch_angle`
Вычисляемый	Да

# Notch depth — глубина выемки
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Глубина конической выемки на ползунке.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By geometry.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`4.5 mm`
Имя для программного использования	`notch_depth`
Вычисляемый	Да

# Preload force — сила предварительного натяжения пружины
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Сила для предварительного натяжения пружины фиксатора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By geometry.

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`15.0 N`
Имя для программного использования	`F_preload`
Вычисляемый	Да

# Spring stiffness — жесткость пружины
N/m | lbf/ft | lbf/in

Details

Жесткость пружины фиксатора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By geometry.

Единицы измерения	`N/m` \| `lbf/ft` \| `lbf/in`
Значение по умолчанию	`3000.0 N/m`
Имя для программного использования	`k`
Вычисляемый	Да

# Shear reversal region — длина области изменения направления сдвига
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Ширина области между гранями выемки.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By geometry.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`0.1 mm`
Имя для программного использования	`shear_reversal_region`
Вычисляемый	Да

Параметры трения

# Viscous friction coefficient — коэффициент вязкого трения
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Коэффициент вязкого трения при контакте шарика с выемкой.

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`0.1 N/(m/s)`
Имя для программного использования	`viscous_coefficient`
Вычисляемый	Да

# Friction to peak force ratio — коэффициент кинетического трения

Details

Коэффициент для расчета кинетического трения.

Кинетическое трение определяется как произведение коэффициента кинетического трения на максимальную сдвиговую силу.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By peak force and notch width или By table lookup.

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`friction_to_peak_force_ratio`
Вычисляемый	Да

# Friction velocity threshold — пороговое значение скорости трения
fpm | fps | kph | mph | m/s | cm/s | ft/s | in/s | km/s | mi/s | mm/s

Details

Относительная скорость, необходимая для достижения максимального кинетического трения в фиксаторе.

Единицы измерения	`fpm` \| `fps` \| `kph` \| `mph` \| `m/s` \| `cm/s` \| `ft/s` \| `in/s` \| `km/s` \| `mi/s` \| `mm/s`
Значение по умолчанию	`0.05 m/s`
Имя для программного использования	`v_friction_threshold`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient — коэффициент кинетического трения

Details

Кинетический коэффициент трения для контакта шарик–выемка.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение By geometry.

Значение по умолчанию	`0.1`
Имя для программного использования	`kinetic_friction_coefficient`
Вычисляемый	Да