Трение при контактном нагружении

Контактное трение с нагрузкой между двумя вращающимися поверхностями.

loaded contact rotational friction

Описание

Блок Трение при контактном нагружении моделирует трение между двумя вращающимися поверхностями, нагруженными нормальной силой.

Блок реализован как структурный компонент на основе блока Fundamental Friction Clutch. Из заблокированного состояния две поверхности расцепляются, если передаваемый крутящий момент превышает статическое трение, определяемое статическим коэффициентом трения и текущей нормальной силой. Подробнее о том, как моделируется блокировка и разблокировка, см.в блоке Fundamental Friction Clutch.

Крутящий момент передается при нормальной силе, превышающей параметр Пороговое усилие.

Уравнения

Этот блок моделирует трение между двумя вращающимися поверхностями, нагруженными нормальной силой. Когда две вращающиеся поверхности не заблокированы, передаваемый крутящий момент определяется с помощью следующих уравнений:

где

– передаваемый крутящий момент;
– нормальная сила;
– коэффициент трения;
– эффективный радиус;
– внешний радиус поверхности;
– внутренний радиус поверхности;
– относительная угловая скорость;
– крутящий момент вязкого трения;
– коэффициент вязкого трения.

Модель, зависящая от скорости

Вы можете смоделировать эффекты изменения скорости вращения, выбрав модель, зависящую от скорости. Чтобы выбрать модель, зависящую от скорости, в настройках Friction установите для параметра Модель трения значение Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости. Информацию о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, см. в разделе Тепловая модель, зависящая от скорости.

Тепловая модель

Вы можете смоделировать эффекты теплового потока и изменения температуры, выбрав модель, зависящую от температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую от температуры, в настройках Friction установите для параметра Модель трения значение Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры. Информацию о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, см. в разделе Тепловая модель, зависящая от скорости.

Тепловая модель, зависящая от скорости

Вы можете смоделировать эффекты изменения скорости вращения и теплового потока, выбрав модель, зависящую от скорости и температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую и от скорости, и от температуры, в настройках Friction установите для параметра Модель трения значение Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости.

Ограничения и допущения

Модель не учитывает инерцию. При необходимости добавьте условия инерции извне к портам B и F.
Модель рассчитывает крутящий момент, предполагая равномерное распределение нормальной силы.

Порты

Ненаправленные

# F — механическое вращение последователя
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведомой (подвижной) поверхностью.

Имя для программного использования

follower_flange

# B — база
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с приводной (базовой) поверхностью.

Имя для программного использования

base_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 Модель трения значение Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры или Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости.

Имя для программного использования

thermal_port

Вход

# N — нормальная сила
скаляр

Details

Входной физический сигнал, связанный с нормальной силой. Этот сигнал может быть положительным или нулевым. Сигнал меньше нуля интерпретируется как нулевой.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Геометрия

# Геометрическая модель — метод параметризации
По эффективному радиусу | По кольцевой области

Details

Метод параметризации для модели трения нагрузка-контакт. Задается как:

По эффективному радиусу – укажите значение эффективного радиуса трения.
По кольцевой области – определите радиус площади эффективной поверхности трения через задание внутреннего и внешнего диаметров поверхности трения.

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

# Эффективный радиус — радиус эффективной поверхности трения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Радиус эффективной поверхности трения, . Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Геометрическая модель установлено значение По эффективному радиусу.

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

# Наружный диаметр поверхности трения — внешний диаметр поверхности трения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Внешний диаметр поверхности трения, . Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Геометрическая модель установлено значение По кольцевой области.

Значения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`150.0 mm`
Имя для программного использования	`outer_diameter`
Вычисляемый	Да

# Внутренний диаметр поверхности трения — внутренний диаметр поверхности трения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Внутренний диаметр поверхности трения, . Значение должно лежать в диапазоне .

Зависимости

Значения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`100.0 mm`
Имя для программного использования	`inner_diameter`
Вычисляемый	Да

Трение

# Модель трения — модель трения
Постоянный коэффициент трения скольжения | Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости | Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры | Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости

Details

Модель трения в передаче. Задается как:

Постоянный коэффициент трения скольжения – предоставить фиксированное значение для коэффициента трения скольжения.
Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости – определить коэффициент трения скольжения путем одномерной интерполяционной таблицы на основе относительной угловой скорости между дисками.
Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры – определите коэффициент трения скольжения путем интерполяционной таблицы, построенной на основе температуры.
Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости – определите коэффициент трения скольжения по интерполяционной таблице, основанной на температуре 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	Нет

# Вектор относительных скоростей — относительная скорость
rpm | deg/s | rad/s

Details

Значения относительной скорости, заданные в виде вектора. Значения в векторе должны монотонно возрастать.

Минимальное количество значений зависит от выбранного метода интерполяции. Для линейной интерполяции укажите не менее двух значений в каждом измерении. Для гладкой интерполяции укажите не менее трех значений на измерение.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения значение Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости или Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости.

Значения	`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

Details

Температура, заданная в виде вектора. Значения в векторе должны монотонно возрастать.

Минимальное количество значений зависит от выбранного метода интерполяции. Для линейной интерполяции укажите не менее двух значений на измерение. Для гладкой интерполяции укажите не менее трех значений на измерение.

Зависимости

Значения	`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

# Коэффициент статического трения — коэффициент статического трения

Details

Статическое, или максимальное, значение коэффициента трения. Статический коэффициент трения должен быть больше, чем коэффициент трения скольжения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения значение Постоянный коэффициент трения скольжения или Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости.

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

# Вектор коэффициентов статического трения — вектор коэффициентов статического трения

Details

Статические, или максимальные, значения вектора коэффициентов трения. Вектор должен иметь такое же количество элементов, как и вектор температуры. Каждое значение должно быть больше, чем значение соответствующего элемента в векторе коэффициентов трения скольжения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения значение Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры или Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости.

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

# Коэффициент трения скольжения — коэффициент трения скольжения

Details

Коэффициент трения скольжения. Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения значение Постоянный коэффициент трения скольжения.

Значение по умолчанию	`0.3`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient`
Вычисляемый	Да

# Вектор коэффициентов трения скольжения — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

Вектор коэффициентов трения скольжения. Все значения должны быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения значение Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости или Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры.

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

# Матрица коэффициентов трения скольжения — матрица коэффициентов трения скольжения

Details

Матрица коэффициентов трения скольжения. Все значения должны быть . Размер матрицы должен быть равен размеру матрицы, которая является результатом произведения вектора температур на вектор относительной скорости, умноженный на коэффициент трения скольжения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения значение Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости.

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

# Метод интерполяции — метод интерполяции
Линейная | Гладкая

Details

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

Линейная – выберите эту опцию, чтобы получить наилучшую производительность.
Гладкая – выберите эту опцию, чтобы получить непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения значение Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости, Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры или Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости.

Значения	`Linear` \| `Smooth`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`friction_coefficient_interpolation_method`
Вычисляемый	Нет

# Метод экстраполяции — метод экстраполяции
Линейная | К ближайшему

Details

Метод экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение находится за пределами диапазона, указанного в списке аргументов. Задается как:

Линейная – выберите эту опцию, чтобы получить кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.
К ближайшему – выберите эту опцию, чтобы получить экстраполяцию, которая не поднимается выше самой высокой точки в данных или ниже самой низкой точки в данных.

Зависимости

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

# Допустимая скорость — порог блокировки вращения поверхностей
rpm | deg/s | rad/s

Details

Относительная скорость, ниже которой две поверхности могут заблокироваться. Поверхности блокируются, если крутящий момент через вращательные порты B и F меньше, чем произведение радиуса эффективной поверхности трения, коэффициента статического трения и приложенной нормальной силы.

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

# Пороговое усилие — порог нормальной силы контакта
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Нормальная сила, приложенная к скалярному порту N, прикладывается к контакту только в том случае, если величина силы превышает значение параметра Пороговое усилие. Силы меньше значения параметра Пороговое усилие не прикладываются, поэтому крутящий момент трения не передается.

Значения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`1.0 N`
Имя для программного использования	`F_vertical_threshold`
Вычисляемый	Да

Потери на трение

# Коэффициент крутящего момента от вязкого трения — крутящий момент вязкого сопротивления
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Коэффициент вязкого сопротивления, , для расчета крутящего момента. Коэффициент зависит от типа рабочей жидкости, температуры жидкости и максимального расстояния между поверхностями.

Значения	`Nm/(rad/s)` \| `ftlbf/(rad/s)`
Значение по умолчанию	`0.0 N*m/(rad/s)`
Имя для программного использования	`viscous_coefficient`
Вычисляемый	Да

Начальные условия

# Начальное состояние — начальное состояние сцепления
Разблокированное | Заблокированное

Details

Состояние внутреннего блока Fundamental Friction Clutch в начале симуляции.

Разблокированное – вращательные порты B и F изначально скользящие друг относительно друга.
Заблокированное – вращательные порты B и F изначально заблокированы вместе.

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

Термальный порт

# Теплоёмкость — 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

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

Details

Начальная температура, заданная в виде скаляра.

Зависимости

Значения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`300.0 K`
Имя для программного использования	`temperature_start`
Вычисляемый	Да