Cycloidal Drive

Редуктор скорости с высоким передаточным числом на основе движения циклоидального диска.

Тип: Engee1DMechanical.Transmission.CycloidalDrive

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Gears/Cycloidal Drive

Описание

Блок Cycloidal Drive представляет собой компактный механизм снижения скорости с высоким передаточным числом, который содержит четыре ключевых компонента:

циклоидальный диск;
эксцентриковый кулачок;
корпус кольцевой шестерни;
ролики.

Эксцентрик выходящий из ведущего вала, находится внутри циклоидального диска. Этот диск входит в зацепление с корпусом кольцевой шестерни. Ролики, идущие от ведомого вала, входят в соответствующие отверстия на циклоидальном диске.

cycloidal drive 1 ru

При нормальной работе ведущий вал приводит в движение эксцентриковый кулачок. Кулачок вращается внутри циклоидального диска, заставляя его вращаться эксцентрично вокруг смещенной оси. При движении циклоидальный диск входит в зацепление с внутренними зубьями корпуса кольцевой шестерни. Внутреннее зацепление изменяет направление скорости вращения.

Ролики, проходящие через отверстия циклоидального диска, передают вращательное движение на ведомый вал. Этот вал вращается против ведущего вала с очень низкой скоростью. Высокое передаточное число обусловлено почти одинаковым числом зубьев циклоидального диска и кольцевой шестерни. Блок рассчитывает эффективное передаточное число как

где

— передаточное число;
— число зубьев на кольцевой шестерне;
— число зубьев на циклоидальном диске.

Передаточное число ограничивает угловые скорости ведущего и ведомого валов в соответствии с выражением

где

— угловая скорость ведомого вала;
— угловая скорость ведущего вала.

Передаточное число также ограничивает крутящие моменты, действующие на ведущий и ведомый валы, в соответствии с выражением

где

— крутящий момент на ведущем валу;
— крутящий момент на ведомом валу;
— потеря крутящего момента из-за трения. Подробнее см. в статье Моделирование механических передач с потерями.

На рисунке показан циклоидальный привод спереди и сбоку. Кинематика системы привода приводит к изменению угловых скоростей ведущего и ведомого валов, так что оба вала вращаются в противоположных направлениях.

cycloidal drive 2

Циклоидальный привод может работать в реверсивном режиме, то есть с передачей мощности от ведомого вала к ведущему валу. В режиме реверса КПД передачи крутящего момента обычно незначительна. КПД можно регулировать, изменяя значение параметра Efficiency from follower shaft to base shaft.

Вращение кольцевой шестерни

При установке флажка Ring gear rotation блок использует порт R, который позволяет моделировать вращательное движение кольцевой шестерни. Блок реализует это движение как

где — крутящий момент на кольцевой шестерне.

Модель трения

Вы можете установить для Friction model:

значение No meshing losses - Suitable for HIL simulation, которое игнорирует потери для оптимальной производительности вашей симуляции в реальном времени;
значение Constant efficiency, которое позволяет задать КПД компонента, остающийся постоянным на протяжении всей симуляции;
значение Temperature-dependent efficiency, которое моделирует зависящий от температуры КПД компонента путем создания интерполяционной таблицы на основе вектора Temperature и заданного вектора КПД компонента. Эта опция также открывает ненаправленный порт H. Порт H принимает тепловой поток в блок, который преобразуется в температуру блока в соответствии со значением параметра Thermal mass.

Тепловая модель

Вы можете моделировать эффекты теплового потока и изменения температуры, включив дополнительный тепловой порт. Чтобы использовать тепловой порт, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

Порты

Ненаправленные

# F — ведомый вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведомым валом.

Имя для программного использования

follower_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 efficiency.

Имя для программного использования

thermal_port

# R — кольцевая шестерня
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с кольцевой шестерней.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Ring gear rotation.

Имя для программного использования

ring_flange

# B — ведущий вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведущим валом.

Имя для программного использования

base_flange

Параметры

Meshing Losses

# Power threshold — минимальное пороговое значение мощности
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Абсолютное значение мощности циклоидального диска, при превышении которого применяется значение полного КПД. При значении ниже указанного, значение КПД сглаживается.

Если для параметра Friction model установлено значение Constant efficiency, блок использует гиперболическую функцию тангенса для сглаживания КПД до единицы, так что потери КПД в состоянии покоя равны нулю.
Если для параметра Friction model установлено значение Temperature-dependent efficiency, блок использует гиперболическую функцию тангенса для сглаживания КПД в диапазоне от нуля в состоянии покоя до значений, предоставляемых интерполяционными таблицами зависимости КПД от температуры при пороговых значениях мощности.

Пороговое значение мощности должно быть ниже ожидаемой мощности, передаваемой во время симуляции. Более высокие значения могут привести к тому, что блок будет недооценивать потери эффективности. Однако очень низкие значения могут увеличить вычислительные затраты.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Constant efficiency или Temperature-dependent efficiency.

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`0.001 W`
Имя для программного использования	`power_threshold`
Вычисляемый	Да

# Efficiency from follower shaft to base shaft — КПД передачи крутящего момента от ведомого вала к ведущему валу

Details

КПД передачи крутящего момента, когда ведомый вал приводит в движение ведущий вал, то есть в режиме реверса. Значения КПД должны лежать в интервале (0, 1]. Большие значения КПД соответствуют большей передаче крутящего момента между ведущим и ведомым валами. Типичными являются значения, близкие к нулю.

Если для параметра Friction model задано значение Constant efficiency, то укажите значение Efficiency from follower shaft to base shaft в виде скаляра.

Если для параметра Friction model задано значение Temperature-dependent efficiency, то укажите значение Efficiency from follower shaft to base shaft в виде вектора. Значения вектора — это КПД при соответствующих значениях температуры в параметре Temperature. Оба вектора должны быть одинакового размера.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.05`
Имена для программного использования	`follower_to_base_efficiency_const`, `follower_to_base_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

# Efficiency from base shaft to follower shaft — КПД передачи крутящего момента от ведущего вала к ведомому

Details

КПД передачи крутящего момента, когда ведущий вал приводит в движение ведомый вал. Значения КПД должны лежать в интервале (0, 1]. Большие значения КПД соответствуют большей передаче крутящего момента между ведущим и ведомым валами. Типичными являются значения, близкие к нулю.

Если для параметра Friction model задано значение Constant efficiency, то укажите значение Efficiency from base shaft to follower shaft в виде скаляра.

Если для параметра Friction model задано значение Temperature-dependent efficiency, то укажите значение Efficiency from base shaft to follower shaft в виде вектора. Значения вектора — это КПД при соответствующих значениях температуры в параметре Temperature. Оба вектора должны быть одинакового размера.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.9`
Имена для программного использования	`base_to_follower_efficiency_const`, `base_to_follower_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

# Friction model — модель трения
No meshing losses - Suitable for HIL simulation | Constant efficiency | Temperature-dependent efficiency

Details

Модель потерь на трение при зацеплении:

No meshing losses - Suitable for HIL simulation — потери при зацеплении не учитываются.
Constant efficiency — задается КПД, который остается постоянным на протяжении всей симуляции.
Temperature-dependent efficiency — КПД передачи крутящего момента зависит от значений на порту H.

Значения	`No meshing losses - Suitable for HIL simulation` \| `Constant efficiency` \| `Temperature-dependent efficiency`
Значение по умолчанию	`No meshing losses - Suitable for HIL simulation`
Имя для программного использования	`friction_model`
Вычисляемый	Нет

Details

Вектор значений температуры, используемых для построения интерполяционной таблицы зависимости КПД передачи крутящего момента от температуры. Элементы вектора должны монотонно возрастать. Количество элементов в векторе должно совпадать с количеством элементов в векторах, заданных для параметров Efficiency from base shaft to follower shaft и Efficiency from follower shaft to base shaft.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

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

Main

# Number of teeth on ring gear — число зубьев кольцевой шестерни

Details

Общее количество зубьев или цевок, выступающих внутрь корпуса кольцевой шестерни. Значение этого параметра должно быть больше значения параметра Number of teeth on cycloid disc. Отношение количеств зубьев шестерен определяет относительные угловые скорости ведущего и ведомого валов.

Значение по умолчанию	`24.0`
Имя для программного использования	`ring_teeth_count`
Вычисляемый	Да

# Number of teeth on cycloid disc — число зубьев циклоидального диска

Details

Общее количество зубьев, выступающих за периметр циклоидального диска. Значение этого параметра должно быть меньше значения параметра Number of teeth on ring gear. Отношение количеств зубьев шестерен определяет относительные угловые скорости ведущего и ведомого валов.

Значение по умолчанию	`20.0`
Имя для программного использования	`cycloid_teeth_count`
Вычисляемый	Да

# Ring gear rotation — опция для моделирования движения кольцевой шестерни

Details

Опция для учета вращения кольцевой шестерни. Установите этот флажок, чтобы использовать порт R.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`enable_ring_gear_rotation`
Вычисляемый	Нет

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

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