Фиксатор поступательного движения

Двусторонний пружинный фиксатор поступательного движения.

Тип: Engee1DMechanical.Elements.Translational.Detent

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Brakes & Detents/Translational/Translational Detent

Описание

Блок Фиксатор поступательного движения представляет собой двусторонний пружинный фиксатор поступательного движения с шариком и конической выемкой. Ползунок фиксатора скользит горизонтально по корпусу фиксатора. Это взаимодействие создает горизонтальную сдвиговую силу. Внутри ползунка находится коническая выемка, а в корпусе фиксатора находится вертикальная пружина. Шарик фиксатора находится между пружиной и конической выемкой. В модели также предусмотрено вязкостное демпфирование и кинетическое трение между ползунком и корпусом.

На рисунке показана геометрия фиксатора с шариком и конической выемкой.

translational detent 1 ,

где

— глубина конической выемки;
— радиус шара;
— половина угла конической выемки.

В зависимости от того, как вы параметризуете блок, модель сдвиговой силы определяется геометрическими параметрами и параметрами пружины, максимальной силой и шириной выемки или таблицей, в которой указывается зависимость силы от относительного перемещения.

Параметризация фиксатора поступательного движения

Если для параметра Способ параметризации установлено значение По максимальному усилию и ширине паза, то блок обеспечивает непрерывность кривой зависимости силы и ее производной от смещения в области фиксации. Максимальные значения силы находятся посередине между центром и границами фиксатора, как показано на рисунке.

translational detent 2 ru

Если для параметра Способ параметризации установлено значение По геометрическим характеристикам, то блок использует четыре области для определения сдвиговой силы. На рисунке показаны эти области.

translational detent 3

Поскольку шарик имеет сферическую форму, а выемка симметрична, зависимость горизонтальной силы от смещения симметрична относительно начала координат.

В таблице описаны положение шарика, угол контакта и влияние сдвиговой силы для каждой области.

Область	Положение шарика и угол контакта	Сдвиговая сила
1	Шарик находится за пределами конической выемки. Угол контакта вертикальный.	Только вязкостное демпфирование и кинетическое трение. Пружина не учитывается.
2	Шарик входит в выемку и соприкасается с ее углом. Угол контакта отклоняется от вертикали.	Влияние пружины, вязкого демпфирования и кинетического трения. Максимумы при переходе из области 2 в область 3.
3	Шарик скользит по поверхности выемки. Угол контакта остается постоянным.	Усилие уменьшается по мере растягивания пружины, пока не достигнет значения силы предварительного натяжения пружины.
4	Шарик перемещается от одной грани к другой. Угол контакта изменяет направление.	Сила изменяет направление. Ширина области изменения направления сдвига определяет плавность этого переключения.

Область

Положение шарика и угол контакта

Сдвиговая сила

Шарик находится за пределами конической выемки. Угол контакта вертикальный.

Только вязкостное демпфирование и кинетическое трение. Пружина не учитывается.

Шарик входит в выемку и соприкасается с ее углом. Угол контакта отклоняется от вертикали.

Влияние пружины, вязкого демпфирования и кинетического трения. Максимумы при переходе из области 2 в область 3.

Шарик скользит по поверхности выемки. Угол контакта остается постоянным.

Усилие уменьшается по мере растягивания пружины, пока не достигнет значения силы предварительного натяжения пружины.

Шарик перемещается от одной грани к другой. Угол контакта изменяет направление.

Сила изменяет направление. Ширина области изменения направления сдвига определяет плавность этого переключения.

Если для параметра Способ параметризации установлено значение Задано таблично, то можно задать произвольную функцию зависимости сдвиговой силы от относительного перемещения. При создании такой функции учитывайте следующие рекомендации.

Сохранение энергии

Если вы хотите обеспечить сохранение энергии при использовании фиксатора, то общий интеграл функции зависимости силы от относительного перемещения должен быть равен нулю.

Производительность моделирования

Для стабилизации моделирования фиксатора следует избегать разрывов в функции зависимости силы от относительного перемещения. Важнейшим требованием является наличие области изменения направления сдвига ненулевой ширины, аналогичной области 4 в геометрической параметризации.

Допущения и ограничения

Модель не учитывает инерцию. При необходимости добавьте условия инерции извне к портам R и C.
Если вы используете параметризацию по максимальной силе и ширине выемки или параметризацию по таблице, то кинетическое трение не зависит от нормальной силы, действующей на фиксатор.

Порты

Ненаправленные

# R — шток фиксатора
поступательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный со штоком фиксатора.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус фиксатора
поступательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с корпусом фиксатора.

Имя для программного использования

case_flange

Параметры

Характеристики фиксатора

# Способ параметризации — параметризация фиксатора
По максимальному усилию и ширине паза | Задано таблично | По геометрическим характеристикам

Details

Параметризация характеристик фиксатора:

По максимальному усилию и ширине паза — укажите характеристики фиксатора с помощью максимальной сдвиговой силы и ширины выемки.
Задано таблично — определите характеристики фиксатора с помощью таблицы на основе относительного перемещения между ползунком и корпусом.
По геометрическим характеристикам — определите характеристики фиксатора с помощью геометрии шарика и выемки и динамики.

Значения	`By peak force and notch width` \| `By table lookup` \| `By geometry`
Значение по умолчанию	`By peak force and notch width`
Имя для программного использования	`parameterization`
Вычисляемый	Да

# Пиковая сила — максимальная сдвиговая сила
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Максимальная сдвиговая сила, возникающая внутри фиксатора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации значение По максимальному усилию и ширине паза.

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`10.0 N`
Имя для программного использования	`F_peak`
Вычисляемый	Да

# Ширина паза — область сдвиговой силы
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Ширина области, в которой возникает сдвиговая сила.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`30.0 mm`
Имя для программного использования	`notch_width`
Вычисляемый	Да

# Исходное относительное положение — начальное положение
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Относительное положение ползунка и корпуса в начале симуляции.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`0.0 mm`
Имя для программного использования	`delta_x_start`
Вычисляемый	Да

# Вектор относительного перемещения — вектор значений относительных перемещений
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Вектор значений относительных перемещения, элементы которого соответствуют вектору значений сдвиговой силы Вектор силы. Эти два вектора должны быть одинакового размера. Перемещения должны быть указаны по возрастанию.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации значение Задано таблично.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`[-15.0, -12.3, -7.6, -1.1, 1.1, 7.6, 12.3, 15.0] mm`
Имя для программного использования	`delta_x_vector`
Вычисляемый	Да

# Вектор силы — вектор сдвиговых сил
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Вектор значений сдвиговых сил, элементы которого соответствуют вектору относительных перемещений Вектор относительного перемещения.

Зависимости

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`[0.0, 0.0, -8.365, -5.87, 5.87, 8.365, 0.0, 0.0] N`
Имя для программного использования	`F_vector`
Вычисляемый	Да

# Метод интерполяции — метод интерполяции
Линейная | Сглаженная

Details

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

Линейная – выберите это значение для наименьших вычислительных затрат.
Сглаженная – выберите эту опцию, чтобы получить непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Зависимости

Значения	`Linear` \| `Smooth`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`interpolation_method`
Вычисляемый	Да

# Диаметр шарика — диаметр шарика
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Диаметр поперечного сечения шара.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации значение По геометрическим характеристикам.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`12.0 mm`
Имя для программного использования	`ball_diameter`
Вычисляемый	Да

# Угол паза — угол выемки
deg | rad | rev | mrad

Details

Полный угол конической выемки.

Зависимости

Единицы измерения	`deg` \| `rad` \| `rev` \| `mrad`
Значение по умолчанию	`120.0 deg`
Имя для программного использования	`notch_angle`
Вычисляемый	Да

# Глубина паза — глубина выемки
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Глубина конической выемки на ползунке.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`4.5 mm`
Имя для программного использования	`notch_depth`
Вычисляемый	Да

# Начальная сила сжатия пружины — сила предварительного натяжения пружины
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Сила для предварительного натяжения пружины фиксатора.

Зависимости

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`15.0 N`
Имя для программного использования	`F_preload`
Вычисляемый	Да

# Жесткость пружины — жесткость пружины
N/m | lbf/ft | lbf/in

Details

Жесткость пружины фиксатора.

Зависимости

Единицы измерения	`N/m` \| `lbf/ft` \| `lbf/in`
Значение по умолчанию	`3000.0 N/m`
Имя для программного использования	`k`
Вычисляемый	Да

# Зазор между шариком и пазом — длина области изменения направления сдвига
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Ширина области между гранями выемки.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`0.1 mm`
Имя для программного использования	`shear_reversal_region`
Вычисляемый	Да

Параметры трения

# Коэффициент вязкого трения — коэффициент вязкого трения
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Коэффициент вязкого трения при контакте шарика с выемкой.

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`0.1 N/(m/s)`
Имя для программного использования	`viscous_coefficient`
Вычисляемый	Да

# Отношение трения к максимальной силе — коэффициент кинетического трения

Details

Коэффициент для расчета кинетического трения.

Кинетическое трение определяется как произведение коэффициента кинетического трения на максимальную сдвиговую силу.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации значение По максимальному усилию и ширине паза или Задано таблично.

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`friction_to_peak_force_ratio`
Вычисляемый	Да

# Порог скорости трения — пороговое значение скорости трения
fpm | fps | kph | mph | m/s | cm/s | ft/s | in/s | km/s | mi/s | mm/s

Details

Относительная скорость, необходимая для достижения максимального кинетического трения в фиксаторе.

Единицы измерения	`fpm` \| `fps` \| `kph` \| `mph` \| `m/s` \| `cm/s` \| `ft/s` \| `in/s` \| `km/s` \| `mi/s` \| `mm/s`
Значение по умолчанию	`0.05 m/s`
Имя для программного использования	`v_friction_threshold`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент трения скольжения — коэффициент кинетического трения

Details

Кинетический коэффициент трения для контакта шарик–выемка.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.1`
Имя для программного использования	`kinetic_friction_coefficient`
Вычисляемый	Да