Worm Gear

Червячная передача с регулируемым передаточным числом и потерями на трение.

Тип: Engee1DMechanical.Transmission.Gears.Worm

Путь в библиотеке:

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

Описание

Блок Worm Gear представляет собой вращающуюся передачу, в которой две связанные оси привода, червяк (W) и шестерня (G), вращаются вместе с фиксированным соотношением, которое вы задаете. Вы можете выбрать, в каком направлении вращается шестерня – в положительном или отрицательном. Правостороннее вращение – это положительное направление. Если резьба червяка правая, и имеют одинаковый знак. Если червячная резьба левосторонняя, и имеют противоположные знаки.

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.

Идеальная червячная передача и коэффициенты передачи

Блок Worm Gear накладывает одно кинематическое ограничение на две связанные оси:

где

– угловая скорость червячного винта;
– передаточное число;
– угловая скорость шестерни.

Две степени свободы сводятся к одной независимой степени свободы. Передаточная пара с прямым ходом имеет следующее условное обозначение .

Передача крутящего момента осуществляется следующим образом:

при в идеальном случае,

где

– коэффициент передачи крутящего момента для червячного винта;
– коэффициент передачи крутящего момента для шестерни;
– потери при передаче крутящего момента. Потери зависят от КПД устройства и направления потока энергии. Чтобы избежать резкого изменения момента трения при = 0, момент трения вводится через гиперболическую функцию.

Неидеальные ограничения и потери в червячной передаче

В неидеальном случае . Подробнее см. в статье Моделирование механических передач с потерями.

Геометрическое поверхностное контактное трение

В случае контактного трения КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне и от шестерни к червяку определяются следующим образом:

Геометрией резьбы червячной передачи, определяемой углом подъема и углом нормального давления .
Коэффициентом поверхностного контактного трения .

Постоянный КПД

В случае постоянного трения вы указываете и , независимо от геометрических деталей.

Самоблокировка и отрицательный КПД

имеет два различных режима, зависящих от угла подъема , разделенных точкой самоблокировки, в которой и .

В режиме самоотвинчивания, , и сила, действующая на гайку, может вращать винт.
В режиме самоблокировки, , и к винту должен быть приложен внешний крутящий момент, чтобы освободить заблокированный механизм. Чем меньше величина , тем большим должен быть крутящий момент, чтобы освободить механизм. условно положителен.

КПД зацепления

КПД зацепления между червячным винтом и шестерней максимальна только в том случае, если передаваемая мощность превышает пороговое значение.

Если мощность меньше порогового, фактический КПД автоматически выравнивается до единицы при нулевой скорости.

Вы можете установить модель трения потерь в зацеплении:

No meshing losses - suitable for HIL simulation.
Constant efficiency.
Temperature-dependent efficiency, которая моделирует изменчивость коэффициента полезного действия базового вала, рассчитанного в режиме Constant efficiency, в соответствии с интерполяционной таблицей, предоставленной пользователем. Настройка зависимости от температуры включает ненаправленный порт H. Этот порт позволяет моделировать эффекты теплового потока и изменения температуры.

Сила вязкого трения

Коэффициент вязкого трения определяет крутящий момент вязкого трения, возникающий в червячном винте из-за смазки, неидеальной резьбы шестерен и вязких потерь в подшипниках. Крутящий момент вязкого трения на оси червячной передачи составляет , где – это угловая скорость червяка по отношению к его креплению.

Коэффициент вязкого трения определяет крутящий момент вязкого трения, испытываемый передачей, в основном из-за потерь в вязких подшипниках. Крутящий момент вязкого трения на оси зубчатой передачи равен , где – это угловая скорость шестерни относительно ее крепления.

Симуляция в аппаратном цикле

Для оптимальной производительности вашей симуляции в реальном времени установите для параметра Friction model значение No meshing losses - Suitable for HIL simulation.

Переменные

Используйте раздел настроек Initial Targets, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.

Допущения и ограничения

Инерция зубчатых колес пренебрежимо мала.
Шестерни рассматриваются как твердые тела.
Кулоновское трение замедляет симуляцию (подробнее см. здесь).

Порты

Ненаправленные

# W — червячный винт
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с червяком.

Имя для программного использования

worm_flange

# G — шестерня
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с шестерней.

Имя для программного использования

gear_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

Параметры

Основные

# Gear ratio — передаточное число

Details

Отношение угловой скорости червячного винта к угловой скорости шестерни. Значение должно быть больше 1.

Значение по умолчанию	`25.0`
Имя для программного использования	`ratio`
Вычисляемый	Да

# Worm thread type — ориентация вращения
Right-hand | Left-hand

Details

Направление вращения шестерни, соответствующее положительному вращению червячного винта.

Если установлено значение Left-hand, вращение червячного винта в положительном направлении приведет к вращению шестерни в отрицательном направлении.

Значения	`Right-hand` \| `Left-hand`
Значение по умолчанию	`Right-hand`
Имя для программного использования	`thread_handedness`
Вычисляемый	Нет

Потери в передаче

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

Details

Модель трения в передаче. Задается как:

No meshing losses - Suitable for HIL simulation – зубчатое зацепление считается идеальным.
Constant efficiency – передача крутящего момента между червячным винтом и шестерней снижается на постоянную величину КПД, , такую, что .
Temperature-dependent efficiency – передача крутящего момента между парами зубчатых шестерен, определяется по интерполяционной таблице соответствия температуры и КПД передачи крутящего момента.

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

# Friction parameterization — потери на трение при неидеальном зацеплении
Friction coefficient and geometrical parameters | Efficiencies

Details

Потери на трение при неидеальном зацеплении. Задается как:

Friction coefficient and geometrical parameters – трение определяется контактным трением между поверхностями.
Efficiencies – трение определяется постоянным КПД .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Constant efficiency.

Значения	`Friction coefficient and geometrical parameters` \| `Efficiencies`
Значение по умолчанию	`Friction coefficient and geometrical parameters`
Имя для программного использования	`friction_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Normal pressure angle — нормальный угол давления
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon

Details

Угол давления на резьбу в нормальной плоскости. Значение должно быть в интервале (0, 90)°.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Constant efficiency и для Friction parameterization значение Friction coefficient and geometrical parameters.

Единицы измерения	`rad` \| `deg` \| `rev` \| `mrad` \| `arcsec` \| `arcmin` \| `gon`
Значение по умолчанию	`17.5 deg`
Имя для программного использования	`thread_pressure_angle`
Вычисляемый	Да

# Lead angle — угол подъема
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon

Details

Угол подъема резьбы , где:

– ход резьбы червяка.
– средний диаметр резбы.

Значение должно быть больше нуля.

Зависимости

Единицы измерения	`rad` \| `deg` \| `rev` \| `mrad` \| `arcsec` \| `arcmin` \| `gon`
Значение по умолчанию	`20.0 deg`
Имя для программного использования	`lead_angle`
Вычисляемый	Да

# Friction coefficient — коэффициент трения резьбы

Details

Безразмерный коэффициент нормального трения в резьбе. Значение должно быть больше нуля.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.08`
Имя для программного использования	`friction_coefficient`
Вычисляемый	Да

# Worm-gear efficiency — КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне

Details

КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Constant efficiency и для Friction parameterization значение Efficiencies.

Значение по умолчанию	`0.74`
Имя для программного использования	`worm_to_gear_efficiency_const`
Вычисляемый	Да

# Gear-worm efficiency — КПД передачи крутящего момента от шестерни к червяку

Details

КПД передачи крутящего момента от шестерни к червяку.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.65`
Имя для программного использования	`gear_to_worm_efficiency_const`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор значений температуры, используемых для построения интерполяционной таблицы соответствия температуры и КПД передачи крутящего момента. Элементы вектора должны монотонно возрастать.

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

# Worm-gear efficiency — массив значений КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне

Details

Массив значений КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне. Значения массива – это КПД при соответствующих значениях температуры в параметре Temperature. Оба массива должны быть одинакового размера.

Зависимости

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

Значение по умолчанию	`[0.75, 0.65, 0.6]`
Имя для программного использования	`worm_to_gear_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

# Gear-worm efficiency — массив значений КПД передачи крутящего момента от шестерни к червяку

Details

Массив значений КПД передачи крутящего момента от шестерни к червяку. Значения массива – это КПД при соответствующих значениях температуры в параметре Temperature. Оба массива должны быть одинакового размера.

Зависимости

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

Значение по умолчанию	`[0.5, 0.45, 0.4]`
Имя для программного использования	`gear_to_worm_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

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

Details

Пороговое значение мощности, при превышении которого применяется значение полного КПД передачи крутящего момента. При значении ниже указанного, значение КПД сглаживается с помощью гиперболической функции тангенса.

Если установить для параметра Friction model значение Constant efficiency, блок снижает потери до нуля, когда мощность не передается.
Если установить для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency, блок сглаживает КПД между нулем в состоянии покоя и значениями, указанными в интерполяционных таблицах соответствия температуры и КПД передачи крутящего момента.

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

Вязкостные потери

# Worm-carrier and sun-carrier viscous friction coefficients — вектор коэффициентов вязкого трения между червяком и шестерней
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Вектор коэффициентов вязкого трения, для движения червяка и шестерни соотвественно.

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

Тепловой порт

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

Details

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на один градус температуры. 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

Worm Gear

Описание

Тепловая модель

Идеальная червячная передача и коэффициенты передачи

Неидеальные ограничения и потери в червячной передаче

Геометрическое поверхностное контактное трение

Постоянный КПД

Самоблокировка и отрицательный КПД

КПД зацепления

Сила вязкого трения

Симуляция в аппаратном цикле

Переменные

Допущения и ограничения

Порты

Ненаправленные

Параметры

Основные

Потери в передаче

Вязкостные потери

Тепловой порт

Смотрите также