Planetary Gear

Зубчатая передача с солнечной, планетарной и кольцевой шестернями.

planetary gear

Описание

Блок Planetary Gear моделирует зубчатую передачу с солнечной, планетарной и кольцевой шестернями. Планетарные передачи часто встречаются в трансмиссионных системах, где они обеспечивают высокие передаточные числа при условии компактных габаритных размеров. Водило, соединенное с приводным валом, удерживает планетарные шестерни. Порты C, R и S представляют собой валы, соединенные с водилом планетарной передачи, кольцевой и солнечной шестернями.

planetary gear 2

Этот блок моделирует планетарную передачу как структурный компонент, основанный на блоках Sun-Planet и Ring-Planet. На рисунке показана блок-схема этого структурного компонента.

planetary gear 1

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 ведущей, солнечной и кольцевой шестерен, подключите блоки Inertia к портам C, S, и R.

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.

Уравнения

Идеальные зубчатые передачи и коэффициенты передачи

Блок Planetary Gear накладывает два кинематических и два геометрических ограничения:

где

– радиус ведущей шестерни;
– радиус солнечной шестерни;
– угловая скорость солнечной шестерни;
– радиус планетарной передачи;
– угловая скорость планетарной шестерни;
– радиус кольцевой шестерни.

Передаточное отношение кольцевой и солнечной шестерен равно:

где – количество зубьев на каждой шестеренке.

С точки зрения этого соотношения, ключевым кинематическим ограничением является:

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

Передаточное отношение должно быть >1.

Передача крутящего момента осуществляется следующим образом:

где

– коэффициент передачи крутящего момента для солнечной шестерни;
– коэффициент передачи крутящего момента для кольцевой передачи;
– потери при передаче крутящего момента.

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

Неидеальные ограничения и потери в зубчатых 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.

Имя для программного использования

carrier_flange

# R — кольцевая шестерня
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с кольцевой шестерней.

Имя для программного использования

ring_flange

# S — солнечная шестерня
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с солнечной шестерней.

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 sun (S) teeth ratio (NR/NS) — передаточное число от кольцевой шестерни к солнечной

Details

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

Значение по умолчанию	`2.0`
Имя для программного использования	`ring_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:

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 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 — КПД передачи крутящего момента от солнечной шестерни к планетарной и от кольцевой шестерни к планетарной

Details

Вектор значений КПД, [ ], для следующих зацеплений: солнечная–планетарная шестерни и кольцевая–планетарная шестерни соответственно.

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`

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 значений КПД передачи крутящего момента, [ ], для зубчатого зацепления солнечной и планетарной шестерен.

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, [ ], зубчатого зацепления кольцевой и планетарной шестерен.

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–планетарная шестерня, кольцевая–планетарная шестерня. 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] Nms/rad`
Имя для программного использования	`viscous_coefficient_vector`

Inertia

# Inertia — модель инерции

Details

Установите этот флажок, чтобы включить модель инерции для этого блока.

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

Details

Инерция планетарной шестерни 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`

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`

Дополнительно

Моделирование аппаратных средств в контуре

Для оптимальной производительности моделирования установите для модели Friction значение по умолчанию, No meshing losses - Suitable for HIL simulation.

Смотрите также

Compound Planetary Gear