Фрикционная дисковая муфта

Фрикционная муфта с дисковыми пластинами, которые сцепляются, когда давление на пластину превышает пороговое значение.

Тип: Engee1DMechanical.Clutches.DiscFriction

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Clutches/Disc Friction Clutch

Описание

Блок Фрикционная дисковая муфта представляет собой фрикционную муфту с двумя плоскими фрикционными пластинами, которые входят в контакт для сцепления. Сцепление происходит, когда приложенное на пластину давление превышает пороговое давление включения. После сцепления пластины испытывают крутящий момент, который позволяет им передавать мощность между ведущим и ведомым валами.

Муфта может быть двунаправленной или однонаправленной. Двунаправленная муфта может проскальзывать в положительном и отрицательном направлениях. Однонаправленная муфта может проскальзывать только в положительном направлении. Направление проскальзывания положительное, если ведомый вал вращается быстрее ведущего, и отрицательное, если он вращается медленнее. Блок определяет скорость проскальзывания как разность:

где

— относительная угловая скорость или скорость проскальзывания;
— угловая скорость ведомого вала;
— угловая скорость ведущего вала.

В блоке предусмотрен входной порт P, на который поступает значение давления между дисками муфты. Приложенное давление должно быть больше или равно нулю. Если входной сигнал падает ниже нуля, то блок воспринимает давление на диск как нулевое.

Уравнения

Блок Фрикционная дисковая муфта — это упрощенная реализация блока Фрикционная муфта базовая. Для блока Фрикционная муфта базовая необходимо в виде входных сигналов задать кинетический и статический моменты трения. В блоке Фрикционная дисковая муфта этого не требуется, так как трение скольжения и статическое трение рассчитываются на основе параметров муфты и входного сигнала давления P.

Если значение давления на порту P выше порогового , то блок 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.

Трение скольжения

Кинетический момент трения противостоит относительному проскальзыванию и прикладывается со знаком минус. Математически, кинетический момент трения представляет собой положительную сумму моментов вязкого трения и поверхностного контактного трения:

где

— момент трения скольжения;
— коэффициент вязкого трения;
— относительная угловая скорость или скорость проскальзывания;
— крутящий момент при контакте.

Контактное трение — это произведение шести коэффициентов:

где

— безразмерный коэффициент трения скольжения дисков муфты, который является функцией ;
— коэффициент износа муфты;
— количество поверхностей трения;
— эффективный радиус крутящего момента, то есть эффективное плечо момента силы трения муфты;
— фрикционная способность муфты, такая, что ;
— площадь поверхности сцепления.

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 .

Муфта прикладывает к поршню нормальную силу, равную произведению фрикционной способности муфты и площади поверхности сцепления , на каждой из фрикционных поверхностей. Значение давления на порту должен быть неотрицательным. Если меньше порогового значения давления , то муфта не применяет никакого трения.

Эффективный радиус крутящего момента — это эффективное плечо момента силы трения муфты, измеренное от оси трансмиссии, при котором кинетические моменты трения действуют на поверхности трения. Он связан с геометрией поверхности трения следующим образом:

где, для поверхности трения в виде кольцевого диска,

— внешний радиус диска;
— внутренний радиус диска.

Коэффициент учитывает износ муфты. Для новой муфты . Для муфты, приближающейся к состоянию равномерного износа:

Статическое трение

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

где

— предельный статический момент трения, который представляет собой произведение пикового коэффициента статического трения и кинетического момента трения по мере приближения к 0;
— безразмерный коэффициент статического трения дисков муфты;
— коэффициент износа муфты;
— количество поверхностей трения;
— эффективный радиус крутящего момента, то есть эффективное плечо момента силы трения муфты;
— фрикционная способность муфты, такая, что ;
— площадь поверхности сцепления.

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:

Состояние ожидания: блокировка и разблокировка

Состояние ожидания дисковой фрикционной муфты идентично состоянию ожидания базовой фрикционной муфты, с заменой состояния положительного трения скольжения на состояние положительной фрикционной способности муфты, при котором прилагаемое давление равно или превышает пороговое давление, то есть .

Мощность, рассеиваемая муфтой

Мощность, рассеиваемая муфтой, равна абсолютному значению произведения скорости проскальзывания и кинетического момента трения , то есть . Муфта рассеивает мощность только в том случае, если она одновременно проскальзывает, , и совершает трение скольжения, .

Модели трения, зависящие от скорости и температуры

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 Параметры трения 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. Тепловая модель, зависящая от скорости.

Для модели, зависящей от скорости, установите значения параметров в группе параметров Параметры трения:

Вектор относительных скоростей
Вектор коэффициентов трения скольжения
Метод интерполяции
Метод экстраполяции

Тепловая модель

Вы можете моделировать эффекты теплопередачи и изменения температуры, выбрав модель, зависящую от температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую от температуры, в группе параметров Параметры трения 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. 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 Параметры трения установите для параметра Модель трения значение Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости.

Порты

Вход

# P — давление, Па
скаляр

Details

Входной порт для давления между дисками муфты, в Па. Значения меньше нуля приравниваются нулю.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Ненаправленные

# F — ведомый вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведомым валом.

Имя для программного использования

follower_flange

# B — ведущий вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведущим валом.

Имя для программного использования

base_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Ненаправленный порт, связанный с тепловым потоком.

Зависимости

Чтобы использовать это 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

Параметры

Геометрические характеристики

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

Details

Метод параметризации для моделирования геометрии фрикционной муфты.

Если для этого параметра установлено значение По эффективному радиусу, то в блоке задается значение Эффективный радиус.

Если для этого параметра установлено значение По кольцевой области, то в блоке задаются значения:

Наружный диаметр поверхности трения;
Внутренний диаметр поверхности трения.

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

# Эффективный радиус — плечо момента силы трения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Эффективный радиус плеча момента , который определяет кинетический момент трения внутри муфты.

Зависимости

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

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

# Количество фрикционных поверхностей — количество поверхностей трения

Details

Количество контактных поверхностей , генерирующих трение внутри муфты.

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

# Площадь поршня муфты — площадь приложения давления
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Эффективная площадь поршня муфты, когда поршень оказывает давление на муфту.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`0.001 m^2`
Имя для программного использования	`effective_piston_area`
Вычисляемый	Да

# Направление скольжения — допустимые направления проскальзывания
Двунаправленная | Однонаправленная

Details

Направления проскальзывания муфты между ее дисками. Двунаправленная муфта допускает положительные и отрицательные скорости проскальзывания. Однонаправленная муфта допускает только положительное проскальзывание.

Однонаправленная муфта эквивалентна фрикционной муфте, соединенной параллельно с односторонней муфтой, которая отключается только тогда, когда скорость проскальзывания становится положительной. Чтобы смоделировать одностороннюю муфту с проскальзыванием в отрицательном направлении, поменяйте местами соединения ведущего и ведомого портов.

Значения	`Bidirectional` \| `Unidirectional`
Значение по умолчанию	`Bidirectional`
Имя для программного использования	`directionality`
Вычисляемый	Да

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

Details

Внешний диаметр кольцевой поверхности фрикционного диска.

Зависимости

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

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

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

Details

Внутренний диаметр кольцевой поверхности фрикционного диска.

Зависимости

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

Параметры трения

# 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

Метод параметризации для моделирования коэффициента трения скольжения:

Постоянный коэффициент трения скольжения — задается фиксированное значение для коэффициента трения скольжения.
Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости — коэффициент трения скольжения определяется по таблице на основе относительной угловой скорости между дисками.
Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры — коэффициент трения скольжения определяется по таблице на основе температуры.
Коэффициенты трения, зависящие от температуры и скорости — коэффициент трения скольжения определяется по таблице 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

# Коэффициент трения покоя — 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 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_const`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент трения скольжения — коэффициент трения скольжения

Details

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

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_const`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент износа муфты — коэффициент износа муфты

Details

Безразмерный коэффициент износа муфты , который учитывает износ диска муфты, пропорционально снижая трение муфты.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`de_rating_factor`
Вычисляемый	Да

# Критическая скорость муфты — пороговое значение относительной скорости блокировки
rpm | deg/s | rad/s

Details

Максимальная скорость проскальзывания, при которой муфта может заблокироваться. Скорость проскальзывания определяется как разность между угловыми скоростями ведущего и ведомого валов, то есть . Если кинетический момент трения ненулевой, а передаваемый момент находится в пределах статического момента трения, то муфта блокируется, если фактическая скорость проскальзывания ниже пороговой скорости.

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

# Пороговое давление срабатывания — пороговое значение нормальной силы контакта
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Минимальное давление , при котором муфта включается. Если входной сигнал давления на порту P падает ниже этого порогового значения, то муфта автоматически расцепляется.

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`100.0 Pa`
Имя для программного использования	`p_threshold`
Вычисляемый	Да

# Вектор относительных скоростей — 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 Метод интерполяции установлено значение:

Линейная, то минимальное количество элементов вектора равно двум.
Сглаженная, то минимальное количество элементов вектора равно трем.

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.

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

# Вектор коэффициентов трения скольжения — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения установлен в значение Коэффициент трения скольжения, зависящий от скорости.

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

# Метод интерполяции — метод интерполяции
Линейная | Сглаженная

Details

Метод, используемый для интерполяции между опорными точками таблицы данных:

Линейная — выберите это значение для наименьших вычислительных затрат;
Сглаженная — выберите это значение, 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	Да

# Метод экстраполяции — метод экстраполяции
Линейная | К ближайшему | Ошибка

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:

Линейная — выберите это значение, чтобы получить кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.
К ближайшему — выберите это значение, чтобы использовать экстраполяцию, которая не поднимается выше самого большого значения в данных или не опускается ниже самого маленького значения в данных.
Ошибка — 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 Метод интерполяции установлено значение:

Линейная, то минимальное количество элементов вектора равно двум.
Сглаженная, то минимальное количество элементов вектора равно трем.

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.

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

# Вектор коэффициентов трения покоя — вектор коэффициентов статического трения

Details

Вектор коэффициентов статического или пикового трения. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Вектор температур. Каждое значение должно быть больше, чем значение соответствующего элемента в векторе Вектор коэффициентов трения скольжения.

Зависимости

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

# Вектор коэффициентов трения скольжения — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель трения установлен в значение Коэффициенты трения скольжения, зависящие от температуры.

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

# Матрица коэффициентов трения скольжения — матрица коэффициентов трения скольжения

Details

Матрица значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность матрицы должна быть (Вектор температур) на (Вектор коэффициентов 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

Вязкостные потери

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

Details

Коэффициент вязкого трения , применяемый к относительному скольжению между ведущей и ведомой осями.

Единицы измерения	`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 муфты
Разблокирована | Заблокирована

Details

Состояние муфты в начале симуляции. Муфта может находиться в одном из двух состояний — заблокированном и разблокированном. Заблокированная муфта (Заблокирована) заставляет ведущий и ведомый валы вращаться с одинаковой скоростью, то есть как единое целое. Разблокированная муфта (Разблокирована) 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

Тепловой порт

# Теплоемкость — 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