Документация Engee

Compound Planetary Gear

Планетарный редуктор со ступенчатой планетарной передачей.

compound planetary gear

Описание

Блок Compound Planetary Gear моделирует планетарную зубчатую передачу с составными планетарными шестернями. Каждая составная планетарная шестерня представляет собой пару жестко соединенных и соосно расположенных шестеренок разного радиуса. Одна из двух шестерен входит в зацепление с расположенной по центру солнечной шестерней, а другая – с внешней кольцевой шестерней.

Двухступенчатая планетарная передача

compound planetary gear 1

Этот блок моделирует двухступенчатую планетарную передачу как структурный компонент, основанный на блоках Sun-Planet и Ring-Planet. На рисунке показана эквивалентная блок-схема блока двухступенчатой планетарной передачи.

compound planetary gear 2

Чтобы повысить точность модели шестерни, вы можете задать такие свойства, как инерция шестерни, потери в зацеплении и потери от вязкого трения. По умолчанию предполагается, что инерция и вязкостные потери шестерни пренебрежимо малы. Этот блок позволяет вам задать инерцию внутренних планетарных шестерен. Чтобы смоделировать инерцию водила, солнечной и кольцевой шестерен, подключите блок Inertia к портам C, S, и R.

Тепловая модель

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

Уравнения

Идеальные зубчатые передачи и коэффициенты передачи

Блок Compound Planetary Gear накладывает два кинематических и два геометрических ограничения:










где

  • — радиус несущей шестерни;

  • — угловая скорость несущей шестерни;

  • — радиус солнечной шестерни;

  • — угловая скорость солнечной шестерни;

  • — радиус планетарной шестерни входящей в зацепление с солнечной шестерней;

  • — угловая скорость планетарной шестерни;

  • — радиус планетарной шестерни, входящей в зацепление с кольцевой шестерней;

  • — радиус кольцевой шестерни.

Передаточное число для зацепления кольцевой и планетарной шестерен равно:

Передаточное число для зацепления планетарной и солнечной шестерен равно:

где

  • — передаточное число между кольцевой и планетарной шестерней;

  • — количество зубьев на кольцевой шестерне;

  • — количество зубьев планетарной шестерни входящей в зацепление с кольцевой шестерней;

  • — передаточное число между планетарной и солнечной шестерней;

  • — количество зубьев планетарной шестерни, входящей в зацепление с солнечной шестерней;

  • — число зубьев на солнечной шестерне.

Что касается передаточных чисел, то ключевым кинематическим ограничением является:

Четыре степени свободы сводятся к двум независимым парам шестеренок: или .

Передаточное число должно быть >1.

Передача крутящего момента осуществляется следующим образом:




где

  • — коэффициент передачи крутящего момента для планетарной шестерни, входящей в зацепление с кольцевой шестерней;

  • — коэффициент передачи крутящего момента для кольцевой шестерни;

  • — потери при передаче крутящего момента;

  • — коэффициент передачи крутящего момента для солнечной шестерни;

  • — коэффициент передачи крутящего момента для планетарной шестерни, входящей в зацепление с солнечной шестерней.

В идеальном случае, когда нет потерь при передаче крутящего момента, .

Неидеальные зубчатые передачи и потери передачах

В неидеальном случае (подробнее см. в статье Моделирование механических передач с потерями).

Допущения и ограничения

  • Инерция зубчатых колес пренебрежимо мала.

  • Шестерни рассматриваются как твердые тела.

  • Кулоновское трение замедляет симуляцию (подробнее см. здесь).

Порты

Ненаправленные

# С — водило планетарной передачи
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с водилом планетарной передачи редуктора.

Имя для программного использования

carrier_flange

# R — кольцевая шестерня
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с кольцевой шестерней редуктора.

Имя для программного использования

ring_flange

# S — солнечная шестерня
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с солнечной шестерней редуктора.

Имя для программного использования

sun_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Ненаправленный порт, связанный с тепловым потоком.

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

Зависимости

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

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Main

# Ring (R) to planet (P) teeth ratio (NR/NP) — передаточное число от кольцевой шестерни к планетарной

Details

Постоянное передаточное отношение, , оборотов кольцевой шестерни к оборотам планетарной шестерни. Определяется числом зубьев кольцевой шестерни, деленным на число зубьев планетарной шестерни. Передаточное число должно быть строго >1.

Значение по умолчанию

2.0
Имя для программного использования

ring_to_planet_ratio

# Planet (P) to sun (S) teeth ratio (NP/NS) — передаточное число от планетарной шестерни к солнечной

Details

Постоянное передаточное отношение, , оборотов планетарной шестерни к оборотам солнечной шестерни. Определяется числом зубьев планетарной шестерни, деленным на число зубьев солнечной шестерни. Передаточное число должно быть строго >0.

Значение по умолчанию

1.0
Имя для программного использования

planet_to_sun_ratio

Meshing Losses

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

Details

Модель трения в передаче. Задается как:

  • No meshing losses - Suitable for HIL simulation – зубчатое зацепление считается идеальным.

  • Constant efficiency – передача крутящего момента между зубчатыми парами снижается на постоянную величину КПД, , таким образом, что .

  • Temperature-dependent efficiency – передача крутящего момента между парами зубчатых колес определяется по интерполяционной таблице соответствия температуры и КПД.

Значение по умолчанию

No meshing losses - Suitable for HIL simulation
Имя для программного использования

friction_model

# Sun-planet and ring-planet ordinary efficiency — вектор значений КПД передачи крутящего момента

Details

Вектор значений КПД, [ ], для следующих зацеплений: солнечная – планетарная шестерни и кольцевая – планетарная шестерни соответственно. Элемент вектора должен находиться в интервале (0,1].

Зависимости

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

Значение по умолчанию

[0.96, 0.98]
Имя для программного использования

efficiency_const_vector

# Temperature — вектор значений температуры
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Details

Вектор значений температуры, используемых для построения интерполяционной таблицы соответствия температуры и КПД. Элементы вектора должны монотонно возрастать.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

[280.0, 300.0, 320.0] K
Имя для программного использования

temperature_vector

# Sun-planet efficiency — вектор значений КПД передачи крутящего момента от солнечной к планетарной шестерне

Details

Вектор соотношения выходной и входной мощности, описывающий поток мощности от солнечной шестерни к сателлиту, . Блок использует эти значения для построения интерполяционной таблицы соответствия температуры и КПД.

Каждый элемент – это значение КПД, относящийся к соответствующему значению температуры в векторе значений параметра Temperature. Длина вектора должна быть равна длине вектора параметра Temperature. Каждый элемент вектора должен находиться в диапазоне (0,1].

Зависимости

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

Значение по умолчанию

[0.95, 0.9, 0.85]
Имя для программного использования

sun_planet_efficiency_vector

# Ring-planet efficiency — вектор значений КПД передачи крутящего момента от кольцевой к планетарной шестерне

Details

Вектор значений КПД передачи крутящего момента, , для зубчатого зацепления кольцевой и планетарной шестерен.

Блок использует эти значения для построения интерполяционной таблицы соответствия температуры и КПД.

Каждый элемент – это значение КПД, относящийся к соответствующему значению температуры в векторе значений параметра Temperature. Длина вектора должна быть равна длине вектора параметра Temperature. Каждый элемент вектора должен находиться в диапазоне (0,1].

Зависимости

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

Значение по умолчанию

[0.95, 0.9, 0.85]
Имя для программного использования

ring_planet_efficiency_vector

# Sun-carrier and planet-carrier power thresholds — минимальные значения пороговой мощности
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

Details

Вектор пороговых значений мощности, при превышении которых применяются полные значения КПД передачи крутящего момента. Введите пороговые значения в порядке солнечная шестерня–водило, планетарная шестерня–водило. При значениях ниже указанных, КПД сглаживается с помощью гиперболической функции тангенса.

  • Если установить для параметра Friction model значение Constant efficiency, блок снижает потери до нуля, когда мощность не передается.

  • Если установить для параметра Friction model значение Temperature-dependent efficiency, блок сглаживает значения КПД между нулем в состоянии покоя и значениями, указанными в интерполяционных таблицах соответствия температуры и эффективности.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

[0.001, 0.001] W
Имя для программного использования

power_threshold_vector

Viscous Losses

# Sun-carrier and planet-carrier viscous friction coefficients — коэффициенты вязкого трения между шестернями
N*m*s/rad | ft*lbf*s/rad

Details

Вектор коэффициентов вязкого трения, [ ], для движения солнечной и планетарной шестерен соответственно.

Значение по умолчанию

[0, 0] N*m*s/rad
Имя для программного использования

viscous_coefficient_vector

Inertia

# Inertia — модель инерции

Details

Установите этот флажок, чтобы включить модель инерции для зубчатой передачи.

Значение по умолчанию

false (выключено)
Имя для программного использования

enable_inertia

# Planet gear inertia — инерция планетарной шестерни
g*cm^2 | kg*m^2 | lbm*ft^2 | lbm*in^2 | slug*ft^2 | slug*in^2

Details

Момент инерции объединенных планетарных шестерен в виде положительного скаляра.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок для параметра Inertia.

Значение по умолчанию

0.001 kg*m^2
Имя для программного использования

I_planet

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

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

Значение по умолчанию

50.0 J/K
Имя для программного использования

thermal_mass

# Initial temperature — начальная температура
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Details

Температура блока в начале симуляции. Начальная температура задает начальное значение КПД компонентов в соответствии с указанными для них векторами.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

300.0 K
Имя для программного использования

temperature_start

Смотрите также

  1. Planetary Gear