Cone Clutch

Коническая муфта с пластинами, которые сцепляются, когда нормальная сила превышает пороговое значение.

Тип: Engee1DMechanical.Clutches.Cone

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Clutches/Cone Clutch

Описание

Блок Cone Clutch представляет собой фрикционную муфту с конической контактной поверхностью. Коническая контактная поверхность позволяет уменьшить нормальную силу, необходимую для включения сцепления, создавая заклинивание между компонентами муфты: конусным элементом и конической посадочной поверхностью. Конические муфты применяются в коробках передач с синхронной передачей, которые синхронизируют частоты вращения ведущего и ведомого валов для обеспечения более плавного зацепления между шестернями трансмиссии.

Коническая посадочная поверхность жестко соединена с ведущим валом и вращается с ним как единое целое. Конусный элемент жестко соединен с ведомым валом, который расположен соосно с ведущим валом. Муфта включается, когда конусный элемент скользит по направлению к конической посадочной поверхности и плотно к ней прижимается. Трение на конической контактной поверхности позволяет муфте передавать крутящий момент между ведущим и ведомым валами. Модель трения этого блока включает в себя вклад статического трения и трения скольжения, последнее из которых приводит к рассеиванию мощности при скольжении между конусным элементом и конической посадочной поверхностью.

Блок Cone Clutch основан на блоке Фрикционная муфта базовая. Полную модель фрикционной муфты см. в блоке Фрикционная муфта базовая. В этом разделе обсуждается специализированная модель, реализованная в блоке Cone Clutch.

Когда вы прикладываете нормальную силу , блок Cone Clutch может применить два вида трения к движению трансмиссии — кинетическое и статическое. Муфта прикладывает кинетический момент трения только тогда, когда одна ось трансмиссии вращается относительно другой оси трансмиссии. Муфта прикладывает статический момент трения, когда две оси трансмиссии сцепляются и вращаются вместе. Блок выполняет многоэтапные проверки, чтобы определить момент блокировки и разблокировки муфты.

Геометрия муфты и переменные

На рисунке показана геометрия конической муфты.

cone clutch 1

Переменные, которые определяют муфту:

— внешний диаметр конической контактной поверхности;
— внутренний диаметр конической контактной поверхности;
— половина угла раскрытия конуса;
— относительная угловая скорость: ;
— пороговое значение относительной скорости блокировки;
— нормальная сила, приложенная к коническим поверхностям. Эта сила прикладывается, если она больше порогового значения ;
— эффективный радиус крутящего момента, то есть эффективное плечо момента силы трения муфты;
— безразмерный коэффициент трения скольжения конических поверхностей, который является функцией ;
— безразмерный коэффициент статического трения конических поверхностей;
— момент трения скольжения;
— предельный статический момент трения, определяется как произведение пикового значения коэффициента статического трения и момента трения скольжения при .

Уравнения

Блок Cone Clutch основан на блоке Фрикционная муфта базовая. Для блока Фрикционная муфта базовая необходимо в виде входных сигналов задать кинетический и статический моменты трения. В блоке Cone Clutch этого не требуется, так как трение скольжения и статическое трение рассчитываются на основе параметров муфты и входного сигнала нормальной силы N.

Трение скольжения

Кинетический момент трения является результатом произведения четырех коэффициентов:

Кинетический момент трения противостоит относительному проскальзыванию и прикладывается со знаком минус. Он меняет знак, когда меняет знак.

Коэффициент кинетического трения скольжения можно задать как константу или как табличную дискретную функцию от угловой скорости . Предполагается, что табличная функция симметрична для положительных и отрицательных значений относительной угловой скорости. Поэтому укажите только для положительных значений .

Эффективный радиус крутящего момента — это эффективный радиус, измеренный от оси трансмиссии, при котором к поверхностям трения прикладываются силы трения скольжения. Он связан с геометрией конической поверхности трения следующим образом:

где и являются максимальным и минимальным диаметрами контактной поверхности соответственно.

Статическое трение

Предел статического трения связан с трением скольжения, если установить на ноль и заменить кинетическое трение коэффициентом статического трения:

Так как , крутящий момент , необходимый для разблокировки муфты путем преодоления статического момента трения, больше, чем кинетический момент трения в момент разблокировки, когда .

Диапазон или пределы крутящего момента статического трения определяются симметрично:

Диапазон используется блоком Фрикционная муфта базовая.

Условия сцепления и блокировки

Муфта включается (передает крутящий момент), когда на конические поверхности трения действует положительная нормальная сила и возникает трение скольжения: и .

Муфта блокируется тогда и только тогда, когда она включена, и проскальзывание меньше пороговой скорости: .

Мощность, рассеиваемая муфтой

Мощность, рассеиваемая муфтой, составляет . Муфта рассеивает мощность только в том случае, если она одновременно проскальзывает, , и совершает трение скольжения, ( ).

Модель, зависящая от скорости

Вы можете моделировать эффекты изменения скорости вращения, выбрав модель, зависящую от скорости. Чтобы выбрать модель, зависящую от скорости, в группе параметров Friction установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient. Информацию о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, см. Тепловая модель, зависящая от скорости.

Тепловая модель

Вы можете моделировать эффекты теплопередачи и изменения температуры, выбрав модель, зависящую от температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую от температуры, в группе параметров Friction установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients. Информацию о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, см. Тепловая модель, зависящая от скорости.

Тепловая модель, зависящая от скорости

Вы можете моделировать эффекты изменения скорости вращения и теплового потока, выбрав модель, зависящую от скорости и температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую как от скорости, так и от температуры, в группе параметров Friction установите для параметра Friction model значение Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Порты

Вход

# N — нормальная сила
скаляр

Details

Входной порт для нормальной силы. Это значение является положительным или нулевым. Значения меньше нуля приравниваются нулю.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Shift linkage control значение Physical signal.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Ненаправленные

# B — ведущий вал
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с приводным (ведущим) валом. Движение муфты определяется как проскальзывание , угловая скорость ведомого вала относительно ведущего вала.

Имя для программного использования

base_flange

# F — ведомый вал
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с ведомым валом.

Имя для программного использования

follower_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Ненаправленный порт, связанный с тепловым потоком.

Зависимости

Чтобы использовать это порт, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Имя для программного использования

thermal_port

# S — рычаг переключения передач
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с рычагом переключения передач.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

Имя для программного использования

shift_linkage_flange

Выход

# X — положение рычага переключения передач
скаляр

Details

Выходной порт, связанный с положением рычага переключения передач.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Geometry

# Contact surface maximum diameter — внешний диаметр
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Внешний диаметр конуса .

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

# Contact surface minimum diameter — внутренний диаметр
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Внутренний диаметр конуса .

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

# Cone half angle — половина угла раскрытия конуса
deg | rad | rev | mrad

Details

Половина угла раскрытия конуса .

Единицы измерения	`deg` \| `rad` \| `rev` \| `mrad`
Значение по умолчанию	`12.0 deg`
Имя для программного использования	`cone_half_angle`
Вычисляемый	Да

# Shift linkage control — модель переключения передач
Physical signal | Conserving port

Details

Модель управления рычагом переключения передач:

Physical signal — используется порт F для нормальной силы;
Conserving port — используется ненаправленный порт S, связанный с рычагом переключения передач и выходной порт X, который выводит данные о положении рычага переключения передач.

Значения	`Physical signal` \| `Conserving port`
Значение по умолчанию	`Physical signal`
Имя для программного использования	`shift_linkage_model`
Вычисляемый	Да

Friction

# Friction model — модель трения
Fixed kinetic friction coefficient | Velocity-dependent kinetic friction coefficient | Temperature-dependent friction coefficients | Temperature and velocity-dependent friction coefficients

Details

Метод параметризации для моделирования коэффициента трения скольжения. Параметры и значения по умолчанию для этого параметра зависят от модели трения, которую вы выбираете для блока. Возможны следующие варианты:

Fixed kinetic friction coefficient — задается фиксированное значение для коэффициента трения скольжения.
Velocity-dependent kinetic friction coefficient — коэффициент трения скольжения определяется по таблице на основе относительной угловой скорости между дисками.
Temperature-dependent friction coefficients — коэффициент трения скольжения определяется по таблице на основе температуры.
Temperature and velocity-dependent friction coefficients — коэффициент трения скольжения определяется по таблице поиска на основе температуры 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	Да

# Static friction coefficient — коэффициент статического трения

Details

Статическое или пиковое значение коэффициента трения. Статический коэффициент трения должен быть больше, чем кинетический коэффициент трения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Fixed kinetic friction coefficient или Velocity-dependent kinetic friction coefficient.

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

# Kinetic friction coefficient — коэффициент трения скольжения

Details

Коэффициент кинетического или кулоновского трения. Коэффициент должен быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Fixed kinetic friction coefficient.

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

# Velocity tolerance — пороговое значение относительной скорости блокировки
rpm | deg/s | rad/s

Details

Максимальная скорость проскальзывания, при которой муфта может заблокироваться. Поверхности фиксируются, если крутящий момент на портах B и F меньше, чем произведение эффективного радиуса, коэффициента статического трения и приложенной нормальной силы.

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

# Threshold force — пороговое значение нормальной силы контакта
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Нормальная сила на порту N прикладывается к контактной поверхности только в том случае, если ее значение превышает значение параметра Threshold force. Сила ниже значения Threshold force не прикладываются и крутящий момент трения не передается.

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

# Viscous drag torque coefficient — коэффициент вязкого трения
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Коэффициент вязкого трения.

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

# Relative velocity vector — вектор относительных скоростей
rpm | deg/s | rad/s

Details

Вектор значений относительных скоростей. Значения в векторе должны увеличиваться слева направо. Минимальное количество элементов вектора зависит от выбранного метода интерполяции. Если для параметра Friction coefficient interpolation method установлено значение:

Linear, то минимальное количество элементов вектора равно двум.
Smooth, то минимальное количество элементов вектора равно трем.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Единицы измерения	`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

# Kinetic friction coefficient vector — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

Вектор значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Relative velocity vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model установлен в значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient.

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

Метод, используемый для интерполяции между опорными точками таблицы данных:

Linear — выберите это значение для наименьших вычислительных затрат;
Smooth — выберите это значение, чтобы получить непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient, Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

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

# Friction coefficient extrapolation method — метод экстраполяции
Linear | Nearest | Error

Details

Метод, используемый для экстраполяции опорных точек в таблице данных. Этот метод определяет выходное значение, когда входное значение выходит за пределы диапазона, указанного в списке аргументов:

Linear — выберите это значение, чтобы получить кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.
Nearest — выберите это значение, чтобы использовать экстраполяцию, которая не поднимается выше самого большого значения в данных или не опускается ниже самого маленького значения в данных.
Error — выберите это значение, чтобы избежать экстраполяции, когда вы хотите, чтобы данные находились в пределах диапазона таблицы. Если входной сигнал выходит за пределы диапазона таблицы, симуляция останавливается и выводит ошибку.

Зависимости

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

Details

Вектор значений температуры. Значения в векторе должны увеличиваться слева направо. Минимальное количество элементов вектора зависит от выбранного метода интерполяции. Если для параметра Friction coefficient interpolation method установлено значение:

Linear, то минимальное количество элементов вектора равно двум.
Smooth, то минимальное количество элементов вектора равно трем.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

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

# Static friction coefficient vector — вектор коэффициентов статического трения

Details

Вектор коэффициентов статического или пикового трения. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Temperature vector. Каждое значение должно быть больше, чем значение соответствующего элемента в векторе Kinetic friction coefficient vector.

Зависимости

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

# Kinetic friction coefficient vector — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

Вектор значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Temperature vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model установлен в значение Temperature-dependent friction coefficients.

Значение по умолчанию	`[0.3, 0.28, 0.25]`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient_vector_temperature`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient matrix — матрица коэффициентов трения скольжения

Details

Матрица значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность матрицы должна быть (Temperature vector) на (Kinetic friction coefficient vector).

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

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

Initial Conditions

# Initial state — начальное состояние муфты
Unlocked | Locked

Details

Состояние муфты в начале симуляции. Муфта может находиться в одном из двух состояний — заблокированном и разблокированном. Заблокированная муфта (Locked) заставляет ведущий и ведомый валы вращаться с одинаковой скоростью, то есть как единое целое. Разблокированная муфта (Unlocked) позволяет двум валам вращаться с разными скоростями, что приводит к проскальзыванию между дисками муфты.

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

# Initial shift linkage position — начальное положение рычага переключения передач
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Начальное положение рычага переключения передач.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

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

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

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

Details

Температура компонента в начале симуляции. Начальная температура задает начальное значение эффективности компонентов в соответствии с указанными для них векторами, влияя на начальное сцепление или потери на трение.

Зависимости

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

Shift Linkage

# Hard stop at back of shift linkage — жесткий упор

Details

Жесткий упор в задней части рычага переключения передач.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

Значение по умолчанию	`true (включено)`
Имя для программного использования	`enable_hard_stop`
Вычисляемый	Да

# Ring-hub clearance when disengaged — зазор между кольцом и ступицей
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Зазор между кольцом и ступицей при расцеплении.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`3.0 mm`
Имя для программного использования	`ring_hub_backlash`
Вычисляемый	Да

# Ring stop stiffness — жесткость кольцевого упора
N/m | lbf/ft | lbf/in

Details

Жесткость кольцевого упора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

Единицы измерения	`N/m` \| `lbf/ft` \| `lbf/in`
Значение по умолчанию	`1.0e6 N/m`
Имя для программного использования	`k`
Вычисляемый	Да

# Ring stop damping — коэффициент демпфирования кольцевого упора
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Коэффициент демпфирования кольцевого упора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`1000.0 N/(m/s)`
Имя для программного использования	`C`
Вычисляемый	Да

# Shift linkage viscous friction coefficient — коэффициент вязкого трения рычага переключения передач
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Коэффициент вязкого трения рычага переключения передач.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`100.0 N/(m/s)`
Имя для программного использования	`translational_viscous_coefficient`
Вычисляемый	Да

# Linkage travel direction — направление перемещения рычага переключения передач
Positive shift linkage displacement engages clutch | Negative shift linkage displacement engages clutch

Details

Направление перемещения рычага, которое отключает муфту.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Shift linkage control значение Conserving port.

Значения	`Positive shift linkage displacement engages clutch` \| `Negative shift linkage displacement engages clutch`
Значение по умолчанию	`Positive shift linkage displacement engages clutch`
Имя для программного использования	`linkage_travel_direction`
Вычисляемый	Да