Limited-Slip Differential

Уменьшение разницы скоростей между двумя соединенными валами.

Тип: Engee1DMechanical.Transmission.Gears.Differentials.LimitedSlip

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Gears/Limited-Slip Differential

Описание

Блок Limited-Slip Differential представляет собой дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением (ДПВС) — зубчатый механизм, ограничивающий разность скоростей двух соединенных валов. Блок моделирует механизм ДПВС как структурный компонент, объединяющий дифференциал и сцепление.

Дифференциал в блоке Limited-Slip Differential представляет собой открытый дифференциал. Открытый дифференциал — это зубчатый механизм, который позволяет двум ведомым валам вращаться с разной скоростью. В автомобиле дифференциал позволяет внутренним колесам вращаться медленнее, чем внешним, при прохождении поворотов. Транспортное средство, в котором валы колес соединены открытым дифференциалом, может застрять, когда одно из колес проскальзывает и свободно вращается из-за потери сцепления с дорогой. Такое транспортное средство останавливается, поскольку карданный вал передает меньше мощности на колесо с хорошим сцеплением, чем на вращающееся колесо.

В том же случае транспортное средство с ДПВС с меньшей вероятностью застрянет, поскольку в нем есть узел сцепления, который может передавать мощность на колесо, сохраняющее сцепление. Сцепление в блоке Limited-Slip Differential представляет собой фрикционную муфту с двумя наборами плоских фрикционных дисков. Муфта включается, когда приложенное давление превышает пороговое значение. В ДПВС натяг пружины, которая разделяет солнечные шестерни, прижимает диски обоих наборов друг к другу. Когда валы испытывают разницу тяги, сателлиты планетарной передачи прилагают дополнительную силу в направлении вала повышенной проходимости. Если дополнительное давление превышает пороговое значение, включается узел сцепления. Зацепление позволяет карданному валу передавать больше мощности на медленнее вращающееся колесо повышенной проходимости. Дополнительная мощность уменьшает разницу в скорости вращения двух валов. Поскольку колесо повышенной проходимости продолжает вращаться, транспортное средство продолжает движение.

На рисунке показано расположение основных компонентов механизма ДПВС. Шестерня карданного вала на этом изображении не видна.

limited slip differential ru

Блок Limited-Slip Differential моделирует механизм ДПВС как структурный компонент на основе блоков Differential и Disc Friction Clutch. Механизм дифференциала, моделируемый блоком Differential, является структурным компонентом, основанным на двух других блоках: Simple Gear и Sun-Planet Bevel. На блок-схеме показаны структурные компоненты ДПВС.

limited slip differential ru

Порты блока Limited-Slip Differential связаны с карданным валом (порт D) и двумя ведомыми валами (порты S1 и S2), которые соединяют солнечные шестерни с колесами.

Блок Limited-Slip Differential позволяет задать моменты инерции только для корпуса дифференциала и внутренних сателлитов планетарных передач. По умолчанию моменты инерции внешних шестерен считаются пренебрежимо малыми. Для моделирования моментов инерции внешних шестерен подключите блоки Inertia к портам D, S1 и S2.

В таблице показано направление вращения портов ведомого вала для различных параметризаций блока и входных условий.

Направление вращения портов ведомого вала (S1 и S2) Расположение ведомой шестерни относительно осевой линии Направление вращения карданного вала, порт D Относительное скольжение в дифференциале

Направление вращения портов ведомого вала (S1 и S2)	Расположение ведомой шестерни относительно осевой линии	Направление вращения карданного вала, порт D	Относительное скольжение в дифференциале
Положительное	Справа	Положительное	`0`
Положительное для нескользящего порта Отрицательное для скользящего порта	Справа	Положительное	`> 0`
Отрицательное	Справа	Отрицательное	`0`
Отрицательное для нескользящего порта Положительное для скользящего порта	Справа	Отрицательное	`> 0`
Отрицательное	Слева	Положительное	`0`
Отрицательное для нескользящего порта Положительное для скользящего порта	Слева	Положительное	`> 0`
Положительное	Слева	Отрицательное	`0`
Положительное для нескользящего порта Отрицательное для скользящего порта	Слева	Отрицательное	`> 0`

Положительное

Справа

Положительное

0

Положительное для нескользящего порта
Отрицательное для скользящего порта

Справа

Положительное

> 0

Отрицательное

Справа

Отрицательное

0

Отрицательное для нескользящего порта
Положительное для скользящего порта

Справа

Отрицательное

> 0

Отрицательное

Слева

Положительное

0

Отрицательное для нескользящего порта
Положительное для скользящего порта

Слева

Положительное

> 0

Положительное

Слева

Отрицательное

0

Положительное для нескользящего порта
Отрицательное для скользящего порта

Слева

Отрицательное

> 0

Модель

Для изучения математических моделей структурных компонентов блока Limited-Slip Differential см. следующие страницы блоков:

Тепловая модель

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

Порты

Ненаправленные

# S1 — солнечная шестерня 1
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с валом солнечной шестерни 1.

Имя для программного использования

left_sun_flange

# S2 — солнечная шестерня 2
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с валом солнечной шестерни 2.

Имя для программного использования

right_sun_flange

# D — карданный вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с карданным валом.

Имя для программного использования

driveshaft_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Ненаправленный порт, связанный с тепловым потоком.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, в группе параметров Differential установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Differential

# Crown gear located — расположение ведомой шестерни
To the left of centerline | To the right of centerline

Details

Расположение конической ведомой шестерни относительно осевой линии зубчатого механизма.

Значения	`To the left of centerline` \| `To the right of centerline`
Значение по умолчанию	`To the right of centerline`
Имя для программного использования	`crown_gear_location`
Вычисляемый	Нет

# Carrier (C) to driveshaft (D) teeth ratio (NC/ND) — передаточное отношение ведомой шестерни к ведущей шестерне карданного вала

Details

Фиксированное отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни карданного вала . Это передаточное отношение должно быть строго больше 0. Ведомая шестерня жестко закреплена на водиле.

Значение по умолчанию	`4.0`
Имя для программного использования	`ratio`
Вычисляемый	Да

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

Details

Модель трения для блока:

No meshing losses - Suitable for HIL simulation — идеальное зацепление шестерен.
Constant efficiency — передача крутящего момента между парами шестерен уменьшается на постоянный КПД , такой что .
Temperature-dependent efficiency — передача крутящего момента между парами шестерен определяется интерполяционной таблицей температуры.

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

# Sun-carrier and driveshaft-casing viscous friction coefficients — коэффициенты вязкого трения
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Вектор коэффициентов вязкого трения для перемещения солнечного водила и продольного движения карданного вала и корпуса соответственно.

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

# Inertia — модель инерции

Details

Модель инерции для блока:

Флажок установлен — моделировать инерцию зубчатой передачи.
Флажок снят — пренебречь инерцией зубчатой передачи.

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

Details

Момент инерции водила сателлита планетарной передачи, включая ведомую шестерню. Это значение должно быть положительным.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок рядом с параметром Inertia.

Единицы измерения	`kgm^2` \| `gm^2` \| `kgcm^2` \| `gcm^2` \| `lbmin^2` \| `lbmft^2` \| `slugin^2` \| `slugft^2`
Значение по умолчанию	`0.001 kg*m^2`
Имя для программного использования	`I_carrier`
Вычисляемый	Да

Details

Момент инерции всех сателлитов планетарных передач. Это значение должно быть положительным.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок рядом с параметром Inertia.

Единицы измерения	`kgm^2` \| `gm^2` \| `kgcm^2` \| `gcm^2` \| `lbmin^2` \| `lbmft^2` \| `slugin^2` \| `slugft^2`
Значение по умолчанию	`0.001 kg*m^2`
Имя для программного использования	`I_planet`
Вычисляемый	Да

# Sun-sun and carrier-driveshaft ordinary efficiencies — коэффициенты передачи дифференциального крутящего момента с постоянной эффективностью

Details

Вектор коэффициентов передачи крутящего момента . Здесь

— отношение выходной мощности к входной, описывающее поток мощности от ведущей солнечной шестерни к ведомой солнечной шестерне;
— отношение выходной мощности к входной, описывающее поток мощности от ведомой шестерни к ведущей шестерне карданного вала.

Водило жестко закреплено на ведомой шестерне. Элементы вектора должны находиться в диапазоне (0,1].

Зависимости

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

Значение по умолчанию	`[0.85, 0.92]`
Имя для программного использования	`efficiency_const_vector`
Вычисляемый	Да

# Sun-carrier and driveshaft-casing power thresholds — минимальные пороговые значения мощности КПД для солнечной шестерни, ведомой шестерни и зубчатых муфт карданного вала
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Вектор пороговых значений мощности для солнечной шестерни и продольного корпуса карданного вала соответственно. При превышении этих значений применяется полная потеря КПД. Ниже этих значений КПД сглаживается функцией гиперболического тангенса.

Если установить для параметра Friction model значение Constant efficiency, блок снижает потери КПД до нуля при отсутствии передачи мощности. Если установить для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency, блок сглаживает КПД от нуля в состоянии покоя до значений, указанных в интерполяционных таблицах температуры и эффективности при пороговых значениях мощности.

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, 0.001] W`
Имя для программного использования	`power_threshold_vector`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор температур, используемый для построения одномерной интерполяционной таблицы соответствия температуры и эффективности. Элементы вектора должны возрастать слева направо.

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

# Sun-sun efficiency — КПД передачи крутящего момента от ведущей солнечной шестерни к ведомой солнечной шестерне

Details

Вектор соотношений выходной и входной мощности, описывающий поток мощности от ведущей солнечной шестерни к ведомой солнечной шестерне . Блок использует эти значения для построения одномерной интерполяционной таблицы зависимости температуры от КПД.

Каждый элемент представляет собой КПД, связанный с температурой в векторе Temperature. Длина вектора должна быть равна длине вектора Temperature. Каждый элемент вектора должен находиться в диапазоне (0,1].

Зависимости

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

Значение по умолчанию	`[0.95, 0.9, 0.85]`
Имя для программного использования	`sun_to_sun_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

# Carrier-driveshaft efficiency — КПД передачи крутящего момента от ведомой шестерни к ведущей шестерне карданного вала

Details

Вектор соотношений выходной и входной мощности, описывающий поток мощности от ведомой шестерни к ведущей шестерне карданного вала . Блок использует эти значения для построения интерполяционной таблицы зависимости температуры от КПД. Водило жестко закреплено на ведомой шестерне.

Зависимости

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

Значение по умолчанию	`[0.95, 0.9, 0.85]`
Имя для программного использования	`sun_to_driveshaft_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

Clutch

# Number of friction surfaces — количество контактных поверхностей

Details

Количество контактных поверхностей внутри сцепления, создающих трение.

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

# Effective torque radius — радиус приложения силы трения
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Эффективный радиус плеча крутящего момента , определяющий момент кинетического трения внутри сцепления.

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

# Preload force — давление включения дисков сцепления
N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

Details

Сила, с которой натяг пружины воздействует на диски сцепления. Должна быть больше или равна нулю.

Единицы измерения	`N` \| `nN` \| `uN` \| `mN` \| `kN` \| `MN` \| `GN` \| `dyn` \| `lbf` \| `kgf`
Значение по умолчанию	`300.0 N`
Имя для программного использования	`F_preload`
Вычисляемый	Да

# Static friction coefficient — коэффициент трения покоя

Details

Статическое или пиковое значение коэффициента трения. Коэффициент трения покоя должен быть больше кинетического коэффициента трения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение No meshing losses - Suitable for HIL simulation.

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

Details

Вектор входных значений относительной скорости. Значения в векторе должны возрастать слева направо. Минимальное количество значений зависит от выбранного метода интерполяции. Для линейной интерполяции укажите не менее двух значений для каждого измерения. Для плавной интерполяции укажите не менее трех значений для каждого измерения.

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

# Kinetic friction coefficient vector — коэффициент трения Кулона

Details

Вектор выходных значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, в группе параметров Differential установите для параметра Friction model значение No meshing losses - Suitable for HIL simulation или Constant efficiency.

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

Методы интерполяции для аппроксимации выходного значения, когда входное значение находится между двумя последовательными точками сетки. Для оптимизации производительности выберите значение Linear. Для построения непрерывной кривой с непрерывными производными первого порядка выберите значение Smooth.

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 | Error

Details

Методы экстраполяции для аппроксимации выходного значения, когда входное значение выходит за пределы диапазона, указанного в списке аргументов. Чтобы построить кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции, выберите значение Linear. Чтобы получить экстраполяцию, не выходящую за пределы наивысшей точки данных и за пределы наименьшей точки данных, выберите значение Nearest.

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

Details

Максимальная скорость проскальзывания, при которой муфта может заблокироваться. Скорость проскальзывания — это знаковая разность угловых скоростей ведущего и ведомого валов, . Если момент трения движения отличен от нуля, а передаваемый крутящий момент находится в пределах допустимого момента трения покоя, муфта сцепления блокируется, если фактическая скорость проскальзывания падает ниже допустимого значения скорости.

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

# Initial state — начальное состояние сцепления
Unlocked | Locked

Details

Состояние сцепления в начале моделирования. Сцепление может находиться в одном из двух состояний: заблокированном и разблокированном. Заблокированное сцепление заставляет ведущий и ведомый валы вращаться с одинаковой скоростью, то есть как единое целое. Разблокированное сцепление позволяет двум валам вращаться с разной скоростью, что приводит к проскальзыванию дисков сцепления.

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

# Static friction coefficient vector — коэффициент трения покоя

Details

Вектор статических или пиковых значений коэффициента трения при заданной температуре. Длина вектора должна совпадать с длиной вектора Temperature. Каждый элемент должен быть больше максимального значения соответствующей строки в матрице Kinetic friction coefficient matrix.

Зависимости

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

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

# Kinetic friction coefficient matrix — коэффициент трения Кулона

Details

Матрица значений коэффициентов кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля.

Зависимости

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

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

Thermal Port

# Thermal mass — тепловая масса
J/K | kJ/K

Details

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на одну единицу температуры. Чем больше тепловая масса, 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

Details

Температура блока в начале моделирования. Начальная температура задает начальные КПД компонентов в соответствии с их векторами КПД.

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	`300.0 K`
Имя для программного использования	`temperature_start`
Вычисляемый	Да

Дополнительно

Аппаратно-программное моделирование

Details

Для оптимальной производительности моделирования установите для параметра Friction model значение по умолчанию: No meshing losses - Suitable for HIL simulation.