Variable Ratio Transmission

Динамическая модель коробки передач с переменным и регулируемым передаточным числом, упругостью трансмиссии и потерями на трение.

variable ratio transmission

Описание

Блок Variable Ratio Transmission представляет собой редуктор, который динамически передает движение и крутящий момент между двумя соединенными осями приводных валов: ведущей и ведомой.

Если в блоке игнорируется динамическая податливость трансмиссии, то приводные валы ограничены таким образом, чтобы их вращение производилось с переменным передаточным числом, которое можно контролировать. Можно выбрать, будет ли ведомая ось вращаться в том же или противоположном направлении, что и ведущая ось. Если ведомая и ведущая оси вращаются в одном направлении, то их угловые скорости и имеют одинаковый знак. Если ведомая и ведущая оси вращаются в противоположных направлениях, то и имеют противоположные знаки.

Упругость трансмиссии вводит внутреннюю временную задержку между движениями осей. В отличие от зубчатой передачи, редуктор с переменным передаточным числом не имеет кинематических ограничений. Можно также контролировать потери крутящего момента, вызванные потерями на трение и передачу.

Идеальная передача движения и крутящего момента

Блок Variable Ratio Transmission динамически передает движение и крутящий момент между ведущим и ведомым валами.

Если относительное смещение между осями отсутствует, блок эквивалентен передаче с переменным передаточным числом . Такая передача накладывает зависящее от времени кинематическое ограничение на движение двух приводных валов:

Однако блок Variable Ratio Transmission включает в себя упругую связь между осями. Динамическая передача движения и крутящего момента заменяют кинематическое ограничение ненулевым , которое динамически реагирует через базовые параметры податливости и :

где

– крутящий момент ведущего вала;
– крутящий момент ведомого вала;
– потери при передаче крутящего момента. В идеальном случае .

Оценка параметров податливости

Можно оценить базовую угловую податливость на основе постоянной времени передачи и момента инерции :

Можно оценить базовую податливость по угловой скорости на основе постоянной времени передачи , момента инерции и коэффициента демпфирования :

Неидеальная передача крутящего момента и потери

При неидеальной передаче крутящего момента потери . Блок Variable Ratio Transmission моделирует потери аналогично потерям в неидеальных зубчатых передачах. Подробнее о моделировании неидеальных передач см. в статье Моделирование механических передач с потерями.

В неидеальной коробке передач угловая скорость и динамика податливости остается такой же, как и в идеальном случае. Передаваемый крутящий момент и мощность уменьшаются в связи с:

кулоновским трением (например, трением между ремнем и колесом или внутренними потерями из-за растяжения ремня), характеризующимся КПД ;
вязким сцеплением приводных валов с подшипниками, параметризуемое коэффициентами вязкого трения .

Когда угловая скорость меняет знак, функция гиперболического тангенса сглаживает изменение крутящего момента от кулоновского трения.

Поток мощности	Условие потерь мощности	Выход карданного вала,
Прямой		Ведомый,
Обратный		Ведущий,

Поток мощности

Условие потерь мощности

Выход карданного вала,

Прямой

Ведомый,

Обратный

Ведущий,

Эффективность сцепления

Этот блок полностью учитывает потери на трение, характеризующиеся КПД , только если абсолютное значение угловой скорости ведомого вала больше пороговой скорости .

Если значение меньше , то блок сглаживает КПД до единицы при нулевой скорости.

Порты

Ненаправленные

# B — ведущий карданный вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведущим валом.

Имя для программного использования

base_flange

# F — ведомый карданный вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведомым валом.

Имя для программного использования

follower_flange

Вход

# r — отношение скорости вращения вала на входе к скорости на выходе
скаляр

Details

Безразмерное отношение скорости вращения вала на входе к скорости на выходе.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Основные

# Направление вращения ведомого вала — направление вращения выходного вала по отношению к направлению вращения входного вала
В том же направлении, что и ведущий вал | В противоположном направлении ведущему валу

Details

Направление вращения выходного вала по отношению к направлению вращения входного вала.

Значение по умолчанию	`In same direction as input shaft`
Имя для программного использования	`rotation_direction_type`

Упругость валов

Details

Величина, обратная угловой податливости , измеренной у ведущего вала.

Значение по умолчанию	`3e5 N*m/rad`
Имя для программного использования	`k_base`

# Коэффициент демпфирования ведущего вала — коэффициент демпфирования ведущего вала
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Величина, обратная угловой податливости демпфирования , измеренной у ведущего вала.

Значение по умолчанию	`0.05 N*m/(rad/s)`
Имя для программного использования	`C_base`

# Начальный крутящий момент ведущего вала — начальный крутящий момент ведущего вала
N*m | mN*m | lbf*ft

Details

Крутящий момент, приложенный к ведущему приводному валу в начале моделирования.

Значение по умолчанию	`0.0 N*m`
Имя для программного использования	`T_start`

Потери в трансмиссии

# Модель потерь — моделирование потерь

Details

Если этот флажок снят, то блок рассчитывает идеальную передачу крутящего момента.

Если этот флажок установлен, то блок рассчитывает потери на трение при неидеальной передаче крутящего момента: уменьшает передачу крутящего момента коробки передач на постоянную величину КПД , удовлетворяющую условию .

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`enable_loss_modeling`

# КПД передачи крутящего момента — КПД передачи крутящего момента от ведущего вала к ведомому

Details

КПД передачи крутящего момента между ведущим и ведомым валами.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Losses model.

Значение по умолчанию	`0.8`
Имя для программного использования	`efficiency`

# Пороговое значение угловой скорости ведомого вала — пороговое значение угловой скорости ведомого вала
rpm | deg/s | rad/s

Details

Пороговое значение абсолютной угловой скорости , выше которого производится полный учет потерь КПД для скорости ведомого вала .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Losses model.

Значение по умолчанию	`0.01 rad/s`
Имя для программного использования	`w_threshold`

Вязкостные потери

# Вектор коэффициентов вязкого ведущего и ведомого вала — вектор коэффициентов вязкого трения ведущего и ведомого вала
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Вектор коэффициентов вязкого трения для ведущего и ведомого вала соответственно.

Значение по умолчанию	`[0.0, 0.0] N*m/(rad/s)`
Имя для программного использования	`viscous_coefficient_vector`