Leadscrew

Комплект поводковых винтов, состоящий из вращающегося винта с резьбой и переводной гайки, с регулируемой резьбой и потерями на трение.

Тип: Engee1DMechanical.Transmission.Gears.RotationalTranslational.Leadscrew

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Gears/Rotational-Translational/Leadscrew

Описание

Блок Leadscrew представляет собой резьбовую вращательно-поступательную передачу, которая заставляет две связанные оси, винт (S) и гайку (N), вращаться и перемещаться вместе в фиксированном соотношении, которое вы задаете.

Вы можете выбрать, будет ли ось гайки вращаться в положительном или отрицательном направлении, при положительном вращении правой резьбы винта. Если спираль винта правосторонняя, и имеют одинаковый знак. Если спираль винта левосторонняя, и имеют противоположные знаки.

Ограничение идеальной гайки и передаточное отношение

Блок накладывает одно кинематическое ограничение на две соединенные оси:

Передаточное отношение: . Здесь – это шаг резьбы винта, поступательное перемещение гайки за один оборот винта. В терминах этого соотношения кинематическое ограничение имеет вид:

Две степени свободы сводятся к одной независимой степени свободы. Условное обозначение пары передач с прямым переключением – (1,2) = (S,N).

Передача крутящего момента осуществляется следующим образом:

при этом в идеальном случае.

Неидеальные ограничения на гайки и потери

В неидеальном случае .

Геометрическое поверхностное контактное трение

В случае контактного трения и определяются:

Геометрией резьбы винт-гайки, определяемой углом подъема резьбы и половинным углом резьбы .
Коэффициентом поверхностного контактного трения .

Постоянная эффективность

В случае постоянной эффективности вы указываете и , независимо от геометрических деталей.

Самоблокировка и отрицательная эффективность

имеет два различных режима, зависящих от угла подъема резьбы , разделенных точкой самоблокировки, в которой и .

В режиме самоотвинчивания, . Сила, действующая на гайку, может вращать винт.
В режиме самоблокировки, . Чтобы разблокировать заблокированный механизм, необходимо приложить к винту внешний крутящий момент. Чем более отрицательным является , тем большим должен быть крутящий момент, чтобы разблокировать механизм. условно положителен.

Эффективность сцепления

Эффективность сцепления между винтом и гайкой полностью активна только в том случае, если передаваемая мощность превышает пороговую мощность.

Если мощность меньше порога, фактическая эффективность автоматически выравнивается до единицы при нулевой скорости.

Сила вязкого трения

Коэффициент вязкого трения контролирует крутящий момент вязкого трения, возникающий на винте из-за смазанной неидеальной резьбы шестерни. Крутящий момент вязкого трения на оси винтовой передачи равен .

– это угловая скорость винта по отношению к его креплению.

Тепловое моделирование

Вы можете моделировать эффекты теплового потока и изменения температуры, включив дополнительный тепловой порт. Чтобы включить порт, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

Симуляция в аппаратном цикле

Для оптимальной производительности моделирования в реальном времени установите для параметра Friction model значение No meshing losses - Suitable for HIL simulation.

Допущения и ограничения

Инерция шестерен пренебрежимо мала.
Шестерни рассматриваются как жесткие компоненты.
Кулоновское трение замедляет моделирование.

Порты

Ненаправленные

# S — винт
вращательная механика

Details

Механический вращательный ненаправленный порт, связанный с винтом.

Имя для программного использования

screw_flange

# N — механическая поступательная гайка
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с гайкой.

Имя для программного использования

nut_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Тепловой порт, связанный с тепловым потоком.

Тепловой порт позволяет моделировать тепловой поток между блоком и подключенной сетью.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Основные

# Screw lead (displacement per revolution) — шаг резьбы
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Винтовое смещение гайки за один оборот винта.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`0.015 m`
Имя для программного использования	`lead`
Вычисляемый	Да

# Screw helix type — направление вращения
Right-hand | Left-hand

Details

Направление вращения винта, соответствующее положительному перемещению гайки.

Для ориентации Right-hand угловая скорость винта и скорость гайки имеют одинаковый знак.

Значения	`Right-hand` \| `Left-hand`
Значение по умолчанию	`Right-hand`
Имя для программного использования	`screw_handedness`
Вычисляемый	Нет

Meshing Losses

# Friction model — модель трения винта
No meshing losses - Suitable for HIL simulation | Constant efficiency | Temperature-dependent efficiency

Details

Модель трения винта. Доступны следующие варианты на выбор:

No meshing losses — Suitable for HIL simulation+ – сцепление винта идеально.
Constant efficiency – передача крутящего момента между винтом и гайкой снижается из-за трения.
Temperature-dependent efficiency – передача крутящего момента определяется на основе данных, предоставленных пользователем: эффективность винт-гайка, эффективность гайка-винт и температура.

Значения	`No meshing losses - Suitable for HIL simulation` \| `Constant efficiency` \| `Temperature-dependent efficiency`
Значение по умолчанию	`No meshing losses - Suitable for HIL simulation`
Имя для программного использования	`friction_model`
Вычисляемый	Нет

# Friction parameterization — потери на трение
Friction coefficient and geometrical parameters | Efficiencies

Details

Потери на трение при неидеальном зацеплении резьбы зубчатых колес. Доступны следующие варианты на выбор:

Friction coefficient and geometrical parameters – трение определяется контактным трением между поверхностями.
Efficiencies – трение определяется постоянными коэффициентами 0 < < 1.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Constant efficiency.

Значения	`Friction coefficient and geometrical parameters` \| `Efficiencies`
Значение по умолчанию	`Friction coefficient and geometrical parameters`
Имя для программного использования	`friction_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Lead angle — угол подъема резьбы
deg | rad | rev | mrad

Details

Угол подъема резьбы , где:

– ведущий винт.
– диаметр шага винта.

Значение угла должно быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Constant efficiency и для параметра Friction parameterization значение Friction coefficient and geometrical parameters.

Единицы измерения	`deg` \| `rad` \| `rev` \| `mrad`
Значение по умолчанию	`15.0 deg`
Имя для программного использования	`lead_angle`
Вычисляемый	Да

# Acme thread half angle — половинный угол резьбы
deg | rad | rev | mrad

Details

Половинный угол резьбы в нормальной плоскости. В случае квадратной резьбы = 0. Значение должно быть больше нуля.

Зависимости

Единицы измерения	`deg` \| `rad` \| `rev` \| `mrad`
Значение по умолчанию	`14.5 deg`
Имя для программного использования	`acme_thread_half_angle`
Вычисляемый	Да

# Friction coefficient — коэффициент трения резьбы

Details

Безразмерный коэффициент нормального трения резьбы. Значение должно быть больше нуля.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.08`
Имя для программного использования	`friction_coefficicent`
Вычисляемый	Да

# Screw-nut efficiency — эффективность от винта до гайки

Details

Эффективность передачи энергии от винта к гайке.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Constant efficiency и для параметра Friction parameterization значение Efficiencies.

Значение по умолчанию	`0.75`
Имя для программного использования	`screw_to_nut_efficiency_const`
Вычисляемый	Да

# Nut-screw efficiency — эффективность от гайки до винта

Details

Эффективность передачи энергии от гайки к винту.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.45`
Имя для программного использования	`nut_to_screw_efficiency_const`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор температур, используемых для построения интерполяционной таблицы соответствия температуры и эффективности. Значения вектора должны монотонно возрастать. Вектор температур должен быть той же размерности, что и векторы параметров Screw-nut efficiency и Nut-screw efficiency.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

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

# Screw-nut efficiency — массив коэффициентов полезного действия от винта к гайке

Details

Массив коэффициентов полезного действия компонентов при использовании винта в качестве привода – то есть, при передаче энергии от винта к гайке. Значения массива – это КПД при температурах в массиве Temperature. Оба массива должны быть одинаковой размерности.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

Значение по умолчанию	`[0.75, 0.65, 0.60]`
Имя для программного использования	`screw_to_nut_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

# Nut-screw efficiency — массив коэффициентов полезного действия от гайки к винту

Details

Массив коэффициентов полезного действия компонентов при использовании гайки в качестве привода – то есть, при передаче энергии от гайки к винту. Значения массива – это КПД при температурах в массиве Temperature. Оба массива должны быть одинакового размера.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

Значение по умолчанию	`[0.50, 0.45, 0.40]`
Имя для программного использования	`nut_to_screw_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

# Power threshold — мощность включения численного сглаживания
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

Details

Пороговая мощность, выше которой действует полный коэффициент полезного действия. Функция гиперболического тангенса сглаживает коэффициент эффективности между нулем в состоянии покоя и текущей уставкой эффективности.

Единицы измерения	`W` \| `GW` \| `MW` \| `kW` \| `mW` \| `uW` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`0.001 W`
Имя для программного использования	`power_threshold`
Вычисляемый	Да

Вязкостные потери

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

Details

Коэффициент вязкого трения для винта.

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

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.

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