Harmonic Drive

Редуктор скорости с высоким передаточным числом на основе упругой деформации гибкого колеса.

Тип: Engee1DMechanical.Transmission.Gears.HarmonicDrive

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Gears/Harmonic Drive

Описание

Блок Harmonic Drive представляет собой компактный механизм снижения скорости с высоким передаточным числом, состоящий из трех ключевых компонентов:

генератор волн;
гибкое колесо;
жесткое колесо.

Волновой редуктор не имеет люфта и имеет высокий коэффициент снижения скорости. Это выгодно для систем, требующих точного позиционирования шестерен. Ведущий вал вращает генератор волн, который имеет эллиптическую форму с подшипниками по всей окружности. Подшипники позволяют генератору волн вращаться внутри эллиптического гибкого колеса. Движение генератора волн приводит к перемещению вершин гибкого колеса. Деформация эллипса приводит к тому, что зубья гибкого колеса медленно поднимаются по зубьям жесткого колеса. Жесткое колесо имеет больше зубьев, чем гибкое, чтобы обеспечить такое движение. Гибкое колесо передает крутящий момент на выходной вал, вращаясь внутри жесткого колеса.

Зацепление происходит одновременно в обеих вершинах гибкого колеса. Такая конструкция удваивает количество зубьев в зацеплении, тем самым увеличивая крутящий момент системы привода.

harmonic drive 1 ru

Внутреннее зацепление между двумя колесами заставляет ось гибкого колеса вращаться против эллиптического генератора волн деформации.

Благодаря почти одинаковым числам зубьев колес достигается большое передаточное число. Эффективное передаточное число редукции составляет

где

— передаточное число;
— число зубьев жесткого колеса;
— число зубьев гибкого колеса.

Блок Зубчатая передача является основой для этого блока.

Вращение жесткого колеса

Вы можете учитывать вращение жесткого колеса, установив флажок Ring gear rotation. В этом случае открывается порт C, который позволяет управлять вращением жесткого колеса с помощью механического входного сигнала вращения.

Параметр Ring gear rotation определяет способ параметризации потерь в зацеплении.

Если флажок Ring gear rotation снят, то блок рассчитывает КПД, используя реализацию блока Зубчатая передача. В этом случае потери в зацеплении параметрируются так же, как и для блока Зубчатая передача. Однако при установке флажка Ring gear rotation блок рассчитывает КПД с помощью реализации блока Планетарная передача. В этом случае потери в зацеплении параметрируются так же, как и для блока Планетарная передача.

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 или Temperature and load-dependent efficiency.

Порты

Ненаправленные

# F — ведомый вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведомым валом и гибким колесом.

Если установлен флажок Ring gear rotation, то этот порт соответствует порту R для блока Планетарная передача, то есть кольцевой шестерне.

Имя для программного использования

follower_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Ненаправленный порт, связанный с тепловым потоком.

Зависимости

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

Имя для программного использования

thermal_port

# С — жесткое колесо
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с жестким колесом.

Этот порт соответствует порту С для блока Планетарная передача, то есть водилу планетарной передачи.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Ring gear rotation.

Имя для программного использования

ring_flange

# B — ведущий вал
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведущим валом и генератором волн.

Если установлен флажок Ring gear rotation, то этот порт соответствует порту S для блока Планетарная передача, то есть солнечной шестерне.

Имя для программного использования

base_flange

Параметры

Meshing Losses

# Sun-carrier and planet-carrier power thresholds — минимальные значения пороговой мощности для зубчатых передач солнце-водило и сателлит-водило
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Вектор пороговых значений мощности, при превышении которых применяется максимальное значение КПД. Введите пороговые значения в порядке генератор волн-жесткое колесо, гибкое колесо-жесткое колесо. При значениях ниже указанных, КПД сглаживается с помощью гиперболической функции тангенса.

Если для параметра Friction model задано значение Constant efficiency, то блок снижает потери до нуля, когда мощность не передается. Если для параметра Friction model задано значение Temperature-dependent efficiency, то блок сглаживает значения КПД между нулем в состоянии покоя и значениями, указанными в интерполяционных таблицах значений КПД в зависимости от температуры.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Ring gear rotation и установите для параметра Friction model значение Constant efficiency или Temperature-dependent efficiency.

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`[0.001, 0.001] W`
Имя для программного использования	`planetary_gear_power_threshold`
Вычисляемый	Да

# Efficiency — КПД передачи крутящего момента

Details

Эффективность передачи крутящего момента ( ) между ведущим и ведомым валами. Значение КПД обратно пропорционально потерям мощности в зацеплении.

Если для параметра Friction model задано значение Constant efficiency, то укажите значение Efficiency в виде скаляра.

Если для параметра Friction model задано значение Temperature-dependent efficiency, то укажите значение Efficiency в виде вектора. Значения вектора — это КПД при соответствующих значениях температуры в параметре Temperature. Оба вектора должны быть одинакового размера.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Ring gear rotation и установите для параметра Friction model значение Constant efficiency или Temperature-dependent efficiency.

Значение по умолчанию	`[0.95, 0.9, 0.85]`
Имена для программного использования	`efficiency_vector`, `simple_gear_efficiency_const`
Вычисляемый	Да

# Nominal output torque — крутящий момент, при котором нормируется КПД
N*m | uN*m | mN*m | kN*m | MN*m | GN*m | kgf*m | lbf*in | lbf*ft

Details

Крутящий момент на ведомом валу, при котором КПД нормируется в зависимости от нагрузки.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Ring gear rotation и установите для параметра Friction model значение Load-dependent efficiency.

Единицы измерения	`Nm` \| `uNm` \| `mNm` \| `kNm` \| `MNm` \| `GNm` \| `kgfm` \| `lbfin` \| `lbf*ft`
Значение по умолчанию	`55.0 N*m`
Имя для программного использования	`T_nominal`
Вычисляемый	Да

# Load at elliptical gear — вектор нагрузок на гибкое колесо для табличной параметризации КПД
N*m | uN*m | mN*m | kN*m | MN*m | GN*m | kgf*m | lbf*in | lbf*ft

Details

Вектор нагрузок на гибкое колесо, используемых для построения двухмерной интерполяционной таблицы значений КПД в зависимости от температуры и нагрузки. Элементы вектора должны монотонно возрастать. Количество элементов в векторе должно совпадать с количеством элементов в одном столбце матрицы КПД Efficiency matrix.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Ring gear rotation и установите для параметра Friction model значение Temperature and load-dependent efficiency.

Единицы измерения	`Nm` \| `uNm` \| `mNm` \| `kNm` \| `MNm` \| `GNm` \| `kgfm` \| `lbfin` \| `lbf*ft`
Значение по умолчанию	`[1.0, 5.0, 10.0] N*m`
Имя для программного использования	`load_vector`
Вычисляемый	Да

# Friction model — модель трения, если не моделируется движение жесткого колеса
No meshing losses - Suitable for HIL simulation | Constant efficiency | Load-dependent efficiency | Temperature-dependent efficiency | Temperature and load-dependent efficiency

Details

Модель потерь на трение при зацеплении:

No meshing losses - Suitable for HIL simulation — потери при зацеплении не учитываются.
Constant efficiency — задается КПД, который остается постоянным на протяжении всей симуляции.
Load-dependent efficiency — уменьшение передачи крутящего момента с помощью переменного КПД. КПД находится в диапазоне и зависит от нагрузки.
Temperature-dependent efficiency — КПД передачи крутящего момента зависит от значений на порту H. КПД находится в диапазоне и не зависит от нагрузки.
Temperature and load-dependent efficiency — уменьшение передачи крутящего момента на величину КПД, зависящий от температуры и нагрузки. КПД находится в диапазоне и изменяется в зависимости от нагрузки.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Ring gear rotation.

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

# Efficiency at nominal output torque — КПД передачи крутящего момента

Details

КПД передачи крутящего момента при номинальном крутящем моменте на ведомом вале. Высокие значения КПД соответствуют большей передаче крутящего момента между ведущем и ведомом валом.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.95`
Имя для программного использования	`nominal_efficiency`
Вычисляемый	Да

# Efficiency matrix — матрица значений КПД для табличной параметризации

Details

Матрица значений КПД компонентов, используемая для построения двухмерной интерполяционной таблицы значений КПД в зависимости от температуры и нагрузки.

Каждый элемент — это КПД при соответствующем значении температуры в параметре Temperature и при соответствующем значении нагрузки в параметре Load at elliptical gear.

Количество строк должно быть равно количеству элементов в векторе параметра Temperature. Количество столбцов должно быть равно количеству элементов в векторе параметра Load at elliptical gear.

Зависимости

Значение по умолчанию	`[0.85 0.8 0.75; 0.95 0.9 0.85; 0.85 0.8 0.7]`
Имя для программного использования	`efficiency_matrix`
Вычисляемый	Да

# Follower power threshold — минимальное значение пороговой мощности
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Абсолютное значение мощности ведомого вала, при превышении которого применяются максимальные значения КПД. Функция гиперболического тангенса сглаживает КПД от нуля в состоянии покоя до значения максимального КПД при пороговом значении мощности.

Пороговое значение мощности должно быть ниже ожидаемой мощности, передаваемой во время симуляции. Более высокие значения могут привести к тому, что блок будет недооценивать потери. Очень низкие значения повышают вычислительные затраты на моделирование.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Ring gear rotation и установите для параметра Friction model значение Constant efficiency.

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

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

Details

Вектор соотношения выходной и входной мощности, описывающий передаваемую мощность от гибкого колеса к жесткому колесу. Блок использует эти значения для построения интерполяционной таблицы значений КПД в зависимости от температуры.

Каждый элемент — это значение КПД при соответствующем значении температуры в параметре 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 флажок Ring gear rotation и 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`
Вычисляемый	Да

# Input shaft torque at no load — крутящий момент холостого хода
N*m | uN*m | mN*m | kN*m | MN*m | GN*m | kgf*m | lbf*in | lbf*ft

Details

Крутящий момент , действующий на ведущий вал в режиме холостого хода, т.е. когда передача крутящего момента на ведомый вал равна нулю. При ненулевых значениях входная мощность в режиме холостого хода полностью рассеивается из-за потерь в зацеплении.

Зависимости

Единицы измерения	`Nm` \| `uNm` \| `mNm` \| `kNm` \| `MNm` \| `GNm` \| `kgfm` \| `lbfin` \| `lbf*ft`
Значение по умолчанию	`0.05 N*m`
Имя для программного использования	`T_no_load`
Вычисляемый	Да

# Friction model — модель трения, если моделируется движение жесткого колеса
No meshing losses - Suitable for HIL simulation | Constant efficiency | Temperature-dependent efficiency

Details

Модель потерь на трение при зацеплении:

No meshing losses - Suitable for HIL simulation — зубчатое зацепление считается идеальным.
Constant efficiency — передача крутящего момента между парами зубчатых колес снижается на постоянную величину КПД , такую что .
Temperature-dependent efficiency — передача крутящего момента между парами зубчатых колес определяется по интерполяционной таблице значений КПД в зависимости от температуры.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Ring gear rotation.

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

Details

Абсолютное значение угловой скорости ведомого вала , при котором достигается максимальное значение КПД передачи крутящего момента. При значениях ниже указанного, функция гиперболического тангенса сглаживает КПД до единицы, сводя потери до нуля в состоянии покоя.

Зависимости

Единицы измерения	`rad/s` \| `deg/s` \| `rad/min` \| `deg/min` \| `rpm` \| `rps`
Значение по умолчанию	`0.01 rad/s`
Имя для программного использования	`w_threshold`
Вычисляемый	Да

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

Details

Вектор КПД передачи крутящего момента, где первый элемент представляет собой зацепление между генератором волн и гибким колесом, а второй элемент — зацепление между гибким колесом и жестким колесом.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Ring gear rotation и установите для параметра Friction model значение Constant efficiency.

Значение по умолчанию	`[0.96, 0.98]`
Имя для программного использования	`planetary_gear_efficiency_const`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор значений температуры, используемых для построения интерполяционной таблицы значений КПД в зависимости от температуры. Элементы вектора должны монотонно возрастать.

Зависимости

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

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

Details

Вектор соотношения выходной и входной мощности, описывающий передаваемую мощность от генератора волн к гибкому колесу. Блок использует эти значения для построения интерполяционной таблицы значений КПД в зависимости от температуры.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Ring gear rotation и Friction model значение Temperature-dependent efficiency.

Значение по умолчанию	`[0.95, 0.9, 0.85]`
Имя для программного использования	`sun_planet_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

Thermal port

Details

Температура компонента в начале моделирования. Начальная температура задет КПД компонента в соответствии с заданным вектором КПД, влияя на начальное зацепление 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

# 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

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

Inertia

# Inertia — опция включения инерции

Details

Опция, позволяющая при моделировании учитывать инерцию, обусловленную вращением жесткого колеса.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Ring gear rotation.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`enable_inertia`
Вычисляемый	Нет

Details

Значение инерции, обусловленной движением жесткого колеса.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Ring gear rotation и Inertia.

Единицы измерения	`kgm^2` \| `gm^2` \| `kgcm^2` \| `gcm^2` \| `lbmin^2` \| `lbmft^2` \| `slugin^2` \| `slugft^2`
Значение по умолчанию	`0.001 kg*m^2`
Имя для программного использования	`I_planet`
Вычисляемый	Да

Main

# Number of teeth on elliptical gear — количество зубьев гибкого колеса

Details

Общее количество зубьев, выступающих за периметр гибкого колеса. Значение этого параметра должно быть немного меньше, чем количество зубьев на жестком колесе. По умолчанию обычно используется разница в два зуба. Отношение количества зубьев определяет относительные угловые скорости ведущего и ведомого валов.

Значение по умолчанию	`100.0`
Имя для программного использования	`ellipse_teeth_count`
Вычисляемый	Да

# Ring gear rotation — опция для моделирования движения жесткого колеса

Details

Опция для моделирования вращения жесткого колеса. Установите этот флажок, чтобы открыть порт R.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`enable_ring_gear_rotation`
Вычисляемый	Нет

# Number of teeth on circular gear — количество зубьев жесткого колеса

Details

Общее количество зубьев, выступающих внутрь от периметра жесткого колеса. Значение этого параметра должно быть немного больше, чем количество зубьев на гибком колесе. По умолчанию используется разница в два зуба. Отношение количества зубьев определяет относительные угловые скорости ведущего и ведомого валов.

Значение по умолчанию	`102.0`
Имя для программного использования	`circle_teeth_count`
Вычисляемый	Да

Viscous Losses

# Viscous friction coefficients at base (B) and follower (F) — коэффициенты вязкого трения между валами
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Двухэлементный вектор значений коэффициентов вязкого трения для движения ведущего и ведомого вала соответственно. Чтобы пренебречь вязкими потерями, используйте значение по умолчанию.

Единицы измерения	`Nm/(rad/s)` \| `ftlbf/(rad/s)`
Значение по умолчанию	`[0.0, 0.0] N*m/(rad/s)`
Имя для программного использования	`viscous_coefficient_vector`
Вычисляемый	Да