Disc Friction Clutch

Фрикционная муфта с дисковыми пластинами, которые сцепляются, когда давление на пластину превышает пороговое значение.

Тип: Engee1DMechanical.Clutches.DiscFriction

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Clutches/Disc Friction Clutch

Описание

Блок Disc Friction Clutch представляет собой фрикционную муфту с двумя плоскими фрикционными пластинами, которые входят в контакт для сцепления. Сцепление происходит, когда приложенное на пластину давление превышает пороговое давление включения. После сцепления пластины испытывают крутящий момент, который позволяет им передавать мощность между ведущим и ведомым валами.

Муфта может быть двунаправленной или однонаправленной. Двунаправленная муфта может проскальзывать в положительном и отрицательном направлениях. Однонаправленная муфта может проскальзывать только в положительном направлении. Направление проскальзывания положительное, если ведомый вал вращается быстрее ведущего, и отрицательное, если он вращается медленнее. Блок определяет скорость проскальзывания как разность:

где

— относительная угловая скорость или скорость проскальзывания;
— угловая скорость ведомого вала;
— угловая скорость ведущего вала.

В блоке предусмотрен входной порт P, на который поступает значение давления между дисками муфты. Приложенное давление должно быть больше или равно нулю. Если входной сигнал падает ниже нуля, то блок воспринимает давление на диск как нулевое.

Уравнения

Блок Disc Friction Clutch — это упрощенная реализация блока Fundamental Friction Clutch. Для блока Fundamental Friction Clutch необходимо в виде входных сигналов задать кинетический и статический моменты трения. В блоке Disc Friction Clutch этого не требуется, так как трение скольжения и статическое трение рассчитываются на основе параметров муфты и входного сигнала давления P.

Если значение давления на порту P выше порогового , то блок может применить два вида трения к движению трансмиссии — кинетическое и статическое. Муфта прикладывает кинетический момент трения только тогда, когда одна ось трансмиссии вращается относительно другой оси трансмиссии. Муфта прикладывает статический момент трения, когда две оси трансмиссии сцепляются и вращаются вместе. Блок выполняет многоэтапные проверки, чтобы определить момент блокировки и разблокировки муфты.

Трение скольжения

Кинетический момент трения противостоит относительному проскальзыванию и прикладывается со знаком минус. Математически, кинетический момент трения представляет собой положительную сумму моментов вязкого трения и поверхностного контактного трения:

где

— момент трения скольжения;
— коэффициент вязкого трения;
— относительная угловая скорость или скорость проскальзывания;
— крутящий момент при контакте.

Контактное трение — это произведение шести коэффициентов:

где

— безразмерный коэффициент трения скольжения дисков муфты, который является функцией ;
— коэффициент износа муфты;
— количество поверхностей трения;
— эффективный радиус крутящего момента, то есть эффективное плечо момента силы трения муфты;
— фрикционная способность муфты, такая, что ;
— площадь поверхности сцепления.

Коэффициент кинетического трения скольжения можно задать как константу или как табличную дискретную функцию от угловой скорости . Предполагается, что табличная функция симметрична для положительных и отрицательных значений относительной угловой скорости. Поэтому укажите только для положительных значений .

Муфта прикладывает к поршню нормальную силу, равную произведению фрикционной способности муфты и площади поверхности сцепления , на каждой из фрикционных поверхностей. Значение давления на порту должен быть неотрицательным. Если меньше порогового значения давления , то муфта не применяет никакого трения.

Эффективный радиус крутящего момента — это эффективное плечо момента силы трения муфты, измеренное от оси трансмиссии, при котором кинетические моменты трения действуют на поверхности трения. Он связан с геометрией поверхности трения следующим образом:

где, для поверхности трения в виде кольцевого диска,

— внешний радиус диска;
— внутренний радиус диска.

Коэффициент учитывает износ муфты. Для новой муфты . Для муфты, приближающейся к состоянию равномерного износа:

Статическое трение

Предел статического трения связан с кинетическим трением, если установить на ноль и заменить кинетическое трение коэффициентом статического трения:

где

— предельный статический момент трения, который представляет собой произведение пикового коэффициента статического трения и кинетического момента трения по мере приближения к 0;
— безразмерный коэффициент статического трения дисков муфты;
— коэффициент износа муфты;
— количество поверхностей трения;
— эффективный радиус крутящего момента, то есть эффективное плечо момента силы трения муфты;
— фрикционная способность муфты, такая, что ;
— площадь поверхности сцепления.

Так как , крутящий момент , необходимый для разблокировки муфты путем преодоления статического момента трения, больше, чем кинетический момент трения в момент разблокировки, когда .

Диапазон или пределы крутящего момента статического трения определяются симметрично:

Состояние ожидания: блокировка и разблокировка

Состояние ожидания дисковой фрикционной муфты идентично состоянию ожидания базовой фрикционной муфты, с заменой состояния положительного трения скольжения на состояние положительной фрикционной способности муфты, при котором прилагаемое давление равно или превышает пороговое давление, то есть .

Мощность, рассеиваемая муфтой

Мощность, рассеиваемая муфтой, равна абсолютному значению произведения скорости проскальзывания и кинетического момента трения , то есть . Муфта рассеивает мощность только в том случае, если она одновременно проскальзывает, , и совершает трение скольжения, .

Модели трения, зависящие от скорости и температуры

Модель, зависящая от скорости

Вы можете моделировать эффекты изменения скорости вращения, выбрав модель, зависящую от скорости. Чтобы выбрать модель, зависящую от скорости, в группе параметров 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. Тепловая модель, зависящая от скорости.

Для модели, зависящей от скорости, установите значения параметров в группе параметров Friction:

Relative velocity vector
Kinetic friction coefficient vector
Friction coefficient interpolation method
Friction coefficient extrapolation method

Тепловая модель

Вы можете моделировать эффекты теплопередачи и изменения температуры, выбрав модель, зависящую от температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую от температуры, в группе параметров 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. Тепловая модель, зависящая от скорости.

Тепловая модель, зависящая от скорости

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

Порты

Вход

# P — давление, Па
скаляр

Details

Входной порт для давления между дисками муфты, в Па. Значения меньше нуля приравниваются нулю.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Ненаправленные

# F — ведомый вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведомым валом.

Имя для программного использования

follower_flange

# B — ведущий вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведущим валом.

Имя для программного использования

base_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Ненаправленный порт, связанный с тепловым потоком.

Зависимости

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

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Geometry

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

Details

Метод параметризации для моделирования геометрии фрикционной муфты.

Если для этого параметра установлено значение Define effective radius, то в блоке задается значение Effective torque radius.

Если для этого параметра установлено значение Define annular region, то в блоке задаются значения:

Friction surface outside diameter;
Friction surface inside diameter.

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

# Effective torque radius — плечо момента силы трения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Эффективный радиус плеча момента , который определяет кинетический момент трения внутри муфты.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry model 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

# Number of friction surfaces — количество поверхностей трения

Details

Количество контактных поверхностей , генерирующих трение внутри муфты.

Значение по умолчанию	`4`
Имя для программного использования	`friction_surfaces_count`
Вычисляемый	Да

# Engagement piston area — площадь приложения давления
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Эффективная площадь поршня муфты, когда поршень оказывает давление на муфту.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`0.001 m^2`
Имя для программного использования	`effective_piston_area`
Вычисляемый	Да

# Directionality — допустимые направления проскальзывания
Bidirectional | Unidirectional

Details

Направления проскальзывания муфты между ее дисками. Двунаправленная муфта допускает положительные и отрицательные скорости проскальзывания. Однонаправленная муфта допускает только положительное проскальзывание.

Однонаправленная муфта эквивалентна фрикционной муфте, соединенной параллельно с односторонней муфтой, которая отключается только тогда, когда скорость проскальзывания становится положительной. Чтобы смоделировать одностороннюю муфту с проскальзыванием в отрицательном направлении, поменяйте местами соединения ведущего и ведомого портов.

Значения	`Bidirectional` \| `Unidirectional`
Значение по умолчанию	`Bidirectional`
Имя для программного использования	`directionality`
Вычисляемый	Да

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

Details

Внешний диаметр кольцевой поверхности фрикционного диска.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry model 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 кольцевой поверхности фрикционного диска.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry model 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

Friction

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

Details

Метод параметризации для моделирования коэффициента трения скольжения:

Fixed kinetic friction coefficient — задается фиксированное значение для коэффициента трения скольжения.
Velocity-dependent kinetic friction coefficient — коэффициент трения скольжения определяется по таблице на основе относительной угловой скорости между дисками.
Temperature-dependent friction coefficients — коэффициент трения скольжения определяется по таблице на основе температуры.
Temperature and velocity-dependent friction coefficients — коэффициент трения скольжения определяется по таблице на основе температуры 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	Да

# Static friction coefficient — коэффициент статического трения

Details

Статическое или пиковое значение коэффициента трения. Статический коэффициент трения должен быть больше, чем кинетический коэффициент трения.

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_const`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient — коэффициент трения скольжения

Details

Коэффициент кинетического или кулоновского трения. Коэффициент должен быть больше нуля.

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_const`
Вычисляемый	Да

# De-rating factor — коэффициент износа муфты

Details

Безразмерный коэффициент износа муфты , который учитывает износ диска муфты, пропорционально снижая трение муфты.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`de_rating_factor`
Вычисляемый	Да

# Clutch velocity tolerance — пороговое значение относительной скорости блокировки
rpm | deg/s | rad/s

Details

Максимальная скорость проскальзывания, при которой муфта может заблокироваться. Скорость проскальзывания определяется как разность между угловыми скоростями ведущего и ведомого валов, то есть . Если кинетический момент трения ненулевой, а передаваемый момент находится в пределах статического момента трения, то муфта блокируется, если фактическая скорость проскальзывания ниже пороговой скорости.

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

# Engagement threshold pressure — пороговое значение нормальной силы контакта
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Минимальное давление , при котором муфта включается. Если входной сигнал давления на порту P падает ниже этого порогового значения, то муфта автоматически расцепляется.

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`100.0 Pa`
Имя для программного использования	`p_threshold`
Вычисляемый	Да

# Relative velocity vector — вектор относительных скоростей
rpm | deg/s | rad/s

Details

Вектор значений относительных скоростей. Значения в векторе должны увеличиваться слева направо. Минимальное количество элементов вектора зависит от выбранного метода интерполяции. Если для параметра Friction coefficient interpolation method установлено значение:

Linear, то минимальное количество элементов вектора равно двум.
Smooth, то минимальное количество элементов вектора равно трем.

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

# Kinetic friction coefficient vector — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

Вектор значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Relative velocity vector.

Зависимости

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

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

# Friction coefficient interpolation method — метод интерполяции
Linear | Smooth

Details

Метод, используемый для интерполяции между опорными точками таблицы данных:

Linear — выберите это значение для наименьших вычислительных затрат;
Smooth — выберите это значение, 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	Да

# Friction coefficient extrapolation method — метод экстраполяции
Linear | Nearest | Error

Details

Метод, используемый для экстраполяции опорных точек в таблице данных. Этот метод определяет выходное значение, когда входное значение выходит за пределы диапазона, указанного в списке аргументов:

Linear — выберите это значение, чтобы получить кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.
Nearest — выберите это значение, чтобы использовать экстраполяцию, которая не поднимается выше самого большого значения в данных или не опускается ниже самого маленького значения в данных.
Error — выберите это значение, чтобы избежать экстраполяции, когда вы хотите, чтобы данные находились в пределах диапазона таблицы. Если входной сигнал выходит за пределы диапазона таблицы, симуляция останавливается и выводит ошибку.

Зависимости

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

Details

Вектор значений температуры. Значения в векторе должны увеличиваться слева направо. Минимальное количество элементов вектора зависит от выбранного метода интерполяции. Если для параметра Friction coefficient interpolation method установлено значение:

Linear, то минимальное количество элементов вектора равно двум.
Smooth, то минимальное количество элементов вектора равно трем.

Зависимости

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

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 vector — вектор коэффициентов статического трения

Details

Вектор коэффициентов статического или пикового трения. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Temperature vector. Каждое значение должно быть больше, чем значение соответствующего элемента в векторе Kinetic friction coefficient vector.

Зависимости

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

# Kinetic friction coefficient vector — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

Вектор значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Temperature vector.

Зависимости

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

Значение по умолчанию	`[0.3, 0.28, 0.25]`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient_vector_temperature`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient matrix — матрица коэффициентов трения скольжения

Details

Матрица значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность матрицы должна быть (Temperature vector) на (Kinetic friction coefficient vector).

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

Viscous Losses

# Viscous drag torque coefficient — коэффициент вязкого трения
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Коэффициент вязкого трения , применяемый к относительному скольжению между ведущей и ведомой осями.

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

Initial Conditions

# Initial state — начальное состояние муфты
Unlocked | Locked

Details

Состояние муфты в начале симуляции. Муфта может находиться в одном из двух состояний — заблокированном и разблокированном. Заблокированная муфта (Locked) заставляет ведущий и ведомый валы вращаться с одинаковой скоростью, то есть как единое целое. Разблокированная муфта (Unlocked) позволяет двум валам вращаться с разными скоростями, что приводит к проскальзыванию между дисками муфты.

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

Thermal Port

# 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

Температура компонента в начале симуляции. Начальная температура задает начальное значение эффективности компонентов в соответствии с указанными для них векторами, влияя на начальное сцепление или потери на трение.

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