Документация Engee

Worm Gear

Страница в процессе разработки.

Червячная передача с регулируемым передаточным числом и потерями на трение.

worm gear

Описание

Блок Worm Gear представляет собой вращающуюся передачу, в которой две связанные оси привода, червяк (W) и шестерня (G), вращаются вместе с фиксированным соотношением, которое вы задаете. Вы можете выбрать, в каком направлении вращается шестерня - в положительном или отрицательном. Правостороннее вращение - это положительное направление. Если резьба червяка правая, ω и ω имеют одинаковый знак. Если червячная резьба левосторонняя, ω и ω имеют противоположные знаки.

Тепловая модель

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

Идеальная червячная передача и коэффициенты передачи

Блок Worm Gear накладывает одно кинематическое ограничение на две связанные оси:

где

  • - угловая скорость червячного винта;

  • - передаточное число;

  • - угловая скорость шестерни.

Две степени свободы сводятся к одной независимой степени свободы. Передаточная пара с прямым ходом имеет следующее условное обозначение .

Передача крутящего момента осуществляется следующим образом:

при в идеальном случае,

где

  • - коэффициент передачи крутящего момента для червячного винта;

  • - коэффициент передачи крутящего момента для шестерни;

  • – потери при передаче крутящего момента. Потери зависят от КПД устройства и направления потока энергии. Чтобы избежать резкого изменения момента трения при = 0, момент трения вводится через гиперболическую функцию.

Неидеальные ограничения и потери в червячной передаче

В неидеальном случае . Подробнее см. в статье Моделирование механических передач с потерями.

Геометрическое поверхностное контактное трение

В случае контактного трения КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне и от шестерни к червяку определяются следующим образом:

  • Геометрией резьбы червячной передачи, определяемой углом подъема и углом нормального давления .

  • Коэффициентом поверхностного контактного трения .




Постоянный КПД

В случае постоянного трения вы указываете и , независимо от геометрических деталей.

Самоблокировка и отрицательный КПД

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

  • В режиме самоотвинчивания, , и сила, действующая на гайку, может вращать винт.

  • В режиме самоблокировки, , и к винту должен быть приложен внешний крутящий момент, чтобы освободить заблокированный механизм. Чем меньше величина , тем большим должен быть крутящий момент, чтобы освободить механизм. условно положителен.

КПД зацепления

КПД зацепления между червячным винтом и шестерней максимальна только в том случае, если передаваемая мощность превышает пороговое значение.

Если мощность меньше порогового, фактический КПД автоматически выравнивается до единицы при нулевой скорости.

Вы можете установить модель трения потерь в зацеплении:

  • No meshing losses - suitable for HIL simulation.

  • Constant efficiency.

  • Temperature-dependent efficiency, которая моделирует изменчивость коэффициента полезного действия базового вала, рассчитанного в режиме Constant efficiency, в соответствии с интерполяционной таблицей, предоставленной пользователем. Настройка зависимости от температуры включает ненаправленный порт H. Этот порт позволяет моделировать эффекты теплового потока и изменения температуры.

Сила вязкого трения

Коэффициент вязкого трения μ определяет крутящий момент вязкого трения, возникающий в червячном винте из-за смазки, неидеальной резьбы шестерен и вязких потерь в подшипниках. Крутящий момент вязкого трения на оси червячной передачи составляет , где – это угловая скорость червяка по отношению к его креплению.

Коэффициент вязкого трения определяет крутящий момент вязкого трения, испытываемый передачей, в основном из-за потерь в вязких подшипниках. Крутящий момент вязкого трения на оси зубчатой передачи равен , где – это угловая скорость шестерни относительно ее крепления.

Симуляция в аппаратном цикле

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

Переменные

Используйте раздел настроек Initial Targets, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.

Допущения и ограничения

  • Инерция зубчатых колес пренебрежимо мала.

  • Шестерни рассматриваются как твердые тела.

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

Порты

Ненаправленные

# W — червячный винт
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с червяком.

Имя для программного использования

worm_flange

# G — шестерня
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с шестерней.

Имя для программного использования

gear_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

# Gear ratio — передаточное число

Details

Отношение угловой скорости червячного винта к угловой скорости шестерни. Значение должно быть больше 1.

Значение по умолчанию

25.0
Имя для программного использования

ratio

# Worm thread type — ориентация вращения
Right-hand | Left-hand

Details

Направление вращения шестерни, соответствующее положительному вращению червячного винта.

  • Если установлено значение Left-hand, вращение червячного винта в положительном направлении приведет к вращению шестерни в отрицательном направлении.

Значение по умолчанию

Right-hand
Имя для программного использования

thread_handedness

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 червячным винтом и шестерней снижается на постоянную величину КПД, , такую, что .

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

Значение по умолчанию

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

friction_model

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

Details

Потери на трение при неидеальном зацеплении. Задается как:

  • Friction coefficient and geometrical parameters - трение определяется контактным трением между поверхностями.

  • Efficiencies - трение определяется постоянным КПД .

Зависимости

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

Значение по умолчанию

Friction coefficient and geometrical parameters
Имя для программного использования

friction_parameterization

# Normal pressure angle — нормальный угол давления
deg | rad | rev | mrad

Details

Угол давления на резьбу в нормальной плоскости. Значение должно быть в интервале (0, 90)°

Зависимости

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

Значение по умолчанию

17.5 deg
Имя для программного использования

thread_pressure_angle

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

Details

Угол подъема резьбы , где:

  • – ход резьбы червяка.

  • – средний диаметр резбы.

Значение должно быть больше нуля.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

20.0 deg
Имя для программного использования

lead_angle

# Friction coefficient — коэффициент трения резьбы

Details

Безразмерный коэффициент нормального трения в резьбе. Значение должно быть больше нуля.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

0.08
Имя для программного использования

friction_coefficient

# Worm-gear efficiency — КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне

Details

КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

0.74
Имя для программного использования

worm_to_gear_efficiency_const

# Gear-worm efficiency — КПД передачи крутящего момента от шестерни к червяку

Details

КПД передачи крутящего момента от шестерни к червяку.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

0.65
Имя для программного использования

gear_to_worm_efficiency_const

# 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 передачи крутящего момента. 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

# Worm-gear efficiency — массив значений КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне

Details

Массив значений КПД передачи крутящего момента от червяка к шестерне. Значения массива - это КПД при соответствующих значениях температуры в параметре Temperature. Оба массива должны быть одинакового размера.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

[0.75, 0.65, 0.6]
Имя для программного использования

worm_to_gear_efficiency_vector

# Gear-worm efficiency — массив значений КПД передачи крутящего момента от шестерни к червяку

Details

Массив значений КПД передачи крутящего момента от шестерни к червяку. Значения массива - это КПД при соответствующих значениях температуры в параметре Temperature. Оба массива должны быть одинакового размера.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

[0.5, 0.45, 0.4]
Имя для программного использования

gear_to_worm_efficiency_vector

# Power threshold — минимальное значение пороговой мощности
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

Details

Пороговое значение мощности, при превышении которого применяется значение полного КПД передачи крутящего момента. При значении ниже указанного, значение 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 КПД между нулем в состоянии покоя и значениями, указанными в интерполяционных таблицах соответствия температуры и КПД передачи крутящего момента.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

0.001 W
Имя для программного использования

power_threshold

Viscous Losses

# Worm-carrier and sun-carrier viscous friction coefficients — вектор коэффициентов вязкого трения между червяком и шестерней
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Вектор коэффициентов вязкого трения, для движения червяка и шестерни соотвественно.

Значение по умолчанию

[0.0, 0.0] N*m/(rad/s)
Имя для программного использования

viscous_coefficient_vector

Thermal Port

# Thermal mass — теплоемкость
J/K | kJ/K

Details

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на один градус температуры. 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

Смотрите также

  1. Leadscrew

  2. Sun-Planet