Документация Engee

Вращательные упоры

Страница в процессе разработки.

Двусторонний вращательный жесткий ограничитель.

Тип: AcausalFoundation.Mechanical.Rotational.Elements.HardStop

rotational hard stop

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fundamental/Mechanical/Rotational/Elements/Rotational Hard Stop

Описание

Блок Вращательные упоры представляет двусторонний механический жесткий стопор, который ограничивает вращение тела между верхней и нижней границами углового положения. Оба порта блока имеют тип механический вращательный. Предполагается, что ударное взаимодействие между валом и ограничителями является упругим. Ограничитель выполнен в виде пружины, которая входит в контакт с валом при устранении зазора. Пружина противодействует движению вала внутрь ограничителя с крутящим моментом, линейно пропорциональным величине этого движения. Для учета рассеивания энергии и неупругих эффектов демпфирование вводится в качестве параметра блока, что позволяет учитывать потери энергии.

rotational hard stop 1 ru

Вал соответствует порту R, а корпус — порту C. Блок передает крутящий момент от порта R к порту C, когда зазор закрыт в положительном направлении.

Угловое положение вала определяется на основе угловой скорости вала .

Если угол дуги вала , а угловое положение вала на отрицательной стороне , то . В блоке предполагается, что угол дуги вала равен 0 и углы и не моделируются, но в схеме эти символы используются для объяснения базовой конструкции жесткого ограничителя.

Значение — начальный зазор на положительной стороне, измеренный от :

  • Чтобы зазор в положительном направлении был открыт, значение должно быть положительным.

  • Отрицательное значение означает, что шток проникает за верхнюю границу.

  • Зазор закрыт, если .

Значение — начальный зазор на отрицательной стороне, измеренный от :

  • Чтобы зазор в отрицательном направлении был открыт, значение должно быть отрицательным.

  • Положительное значение означает, что шток проникает за нижнюю границу.

  • Зазор закрыт, если .

В блоке предоставлено несколько вариантов моделирования:

  • Три варианта, основанные на жесткости и демпфировании. Эти модели используют аналогичные базовые уравнения и различаются тем, как жесткость и демпфирование моделируются на границах.

  • Вариант моделирования, основанный на коэффициенте упругого восстановления при ударе. Эта модель отличается от трех других тем, что в ней используется диаграмма режимов для представления поведения жесткой остановки.

Модели, основанные на жесткости и демпфировании

Предполагается, что ударное взаимодействие между валом и ограничителями является упругим. Ограничитель выполнен в виде пружины, которая входит в контакт с валом при устранении зазора. Пружина противодействует движению вала внутрь ограничителя с крутящим моментом, линейно пропорциональным величине этого движения. Для учета рассеивания энергии и неупругих эффектов демпфирование вводится в качестве параметра блока, что позволяет учитывать потери энергии.

Базовая модель жесткой остановки, Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке, описывается следующими уравнениями:

,

где

  • — крутящий момент между валом и корпусом;

  • — начальный угол между валом и верхней границей углового положения;

  • — начальный угол между валом и нижней границей углового положения;

  • — угловое положение вала;

  • — жесткость контакта на верхней границе;

  • — жесткость контакта на нижней границе;

  • — коэффициент демпфирования на верхней границе;

  • — коэффициент демпфирования на нижней границе;

  • — угловая скорость вала;

  • — время.

В модели с жесткой остановкой Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке, уравнения содержат дополнительные члены, и . Эти условия гарантируют, что при отскоке не применяется демпфирование.

Модель жесткой остановки по умолчанию, Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке, добавляют к уравнениям две переходные области, по одной на каждой границе. Пока вал перемещается через переходную область, блок плавно увеличивает крутящий момент с нуля до полного значения. В конце переходной области применяются полная жесткость и демпфирование. При отскоке как жесткость, так и демпфирующие моменты плавно уменьшаются обратно до нуля. В этих уравнениях также используются функции сравнения ge и le.

Блок ориентирован от R до C. Это означает, что блок передает крутящий момент от порта R к порту C, когда зазор в положительном направлении закрыт.

Модель, основанная на коэффициенте упругого восстановления при ударе

В отличие от моделей, основанных на жесткости и демпфировании, эта модель не допускает проникновения вала в жесткие ограничители. Поведение жесткого ограничителя представлено в виде диаграммы режимов с тремя регулярными и тремя мгновенными режимами:

  • FREE — передача крутящего между валом и корпусом отсутствует.

  • CONTACT_UPPER — зазор в положительном направлении закрыт.

  • CONTACT_LOWER — зазор в отрицательном направлении закрыт.

  • RELEASE_UPPER — мгновенный режим, необходимый для перехода от CONTACT_UPPER к FREE.

  • RELEASE_LOWER — мгновенный режим, необходимый для перехода от CONTACT_LOWER к FREE.

  • IMPACT — мгновенный режим, используемый при отскоке штока.

Если вал ударяется о корпус медленно, со скоростью меньше пороговой скорости статического контакта, вал и корпус остаются в контакте. В противном случае вал отскакивает. При отскоке вал теряет скорость из-за коэффициента упругого восстановления. В любом из контактных режимов скорость вала . Чтобы перейти из контактного режима в свободный, к валу должен быть приложен крутящий момент, превышающий пороговое значение момента статического трения, и переход должен пройти через режим мгновенного размыкания для установки начальной скорости.

Этот вариант моделирования улучшает производительность моделирования, поскольку статический контактный режим не требует от блока вычисления жесткой силы остановки, когда блок находится в контактном режиме.

Порты

Ненаправленные

# R — вал
вращательная механика

Details

Механический вращательный порт, соответствующий валу, который поворачивается между ограничителями, установленными на корпусе.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус
вращательная механика

Details

Механический вращательный порт, соответствующий корпусу.

Имя для программного использования

case_flange

Параметры

Параметры

# Верхнее ограничение — начальный угол между валом и верхней границей
град | рад | об | мрад

Details

Угол между валом и верхней границей. Направление задается в локальной системе координат, при этом вал находится в ее начальной точке. Положительное значение параметра определяет начальный угол между валом и верхней границей. Отрицательное значение определяет вал как проникающий в верхнюю границу.

Единицы измерения

deg | rad | rev | mrad
Значение по умолчанию

0.1 rad
Имя для программного использования

upper_bound
Вычисляемый

Да

# Нижнее ограничение — начальный угол между валом и нижней границей
град | рад | об | мрад

Details

Угол между валом и нижней границей. Направление задается в локальной системе координат, при этом вал находится в ее начальной точке. Отрицательное значение параметра определяет начальный угол между валом и верхней границей. Положительное значение определяет вал как проникающий в верхнюю границу.

Единицы измерения

deg | rad | rev | mrad
Значение по умолчанию

-0.1 rad
Имя для программного использования

lower_bound
Вычисляемый

Да

# Модель упора — выбор модели жесткой остановки
Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке | Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке | Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке | На основе коэффициента восстановления

Details

Выберите набор допущений при работе блока:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке — задается переходная область, в которой крутящий момент сопротивления нарастает с нуля. В конце переходной области применяются полная жесткость и демпфирование. В этой модели применяется демпфирование при отскоке, но оно ограничено значением момента жесткости. В этом смысле демпфирование может уменьшить или устранить крутящий момент, обеспечиваемый жесткостью, но никогда не превышать его. Все уравнения являются гладкими.

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке — эта модель обладает полной жесткостью и демпфированием, применяемыми при ударе на верхней и нижней границах, без демпфирования при отскоке. Уравнения не приводят к пересечению нуля, когда скорость меняет знак, но на границах есть пересечение нуля, основанное на положении. Отсутствие демпфирования при отскоке помогает быстро вывести вал из этого положения. Эта модель имеет нелинейные уравнения.

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке — эта модель имеет полную жесткость и демпфирование, применяемые при ударе на верхней и нижней границах, с демпфированием, применяемым и на отскоке тоже. Уравнения переключаются линейно, но приводят к пересечению нуля на основе положения.

  • На основе коэффициента восстановления — в этой модели используется диаграмма режимов с регулярными и мгновенными режимами для представления поведения жесткой остановки. Все уравнения являются гладкими и не имеют нулевых пересечений. Этот вариант моделирования улучшает производительность симуляции.

Значения

Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound | Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound | Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound | Based on coefficient of restitution
Значение по умолчанию

Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound
Имя для программного использования

model
Вычисляемый

Нет

# Коэффициент упругости верхнего ограничения — коэффициент упругости на верхней границе
HP_DIN/rpm | Н*м/рад | W*s/rad | m*mN/rad | HP_DIN*s/rad | ft*lbf/rad

Details

Этот параметр определяет степень упругости столкновения, когда вал достигает верхней границы. Чем больше значение параметра, тем меньше тела проникают друг в друга, тем более жестким становится удар. Меньшее значение параметра делает контакт более мягким, но в целом улучшает сходимость и вычислительную эффективность.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора одно из значений:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

HP_DIN/rpm | N*m/rad | W*s/rad | m*mN/rad | HP_DIN*s/rad | ft*lbf/rad
Значение по умолчанию

1e6 N*m/rad
Имя для программного использования

k_upper_bound
Вычисляемый

Да

# Коэффициент упругости нижнего ограничения — коэффициент упругости на нижней границе
HP_DIN/rpm | Н*м/рад | W*s/rad | m*mN/rad | HP_DIN*s/rad | ft*lbf/rad

Details

Этот параметр определяет степень упругости столкновения, когда вал достигает верхней границы. Чем больше значение параметра, тем меньше тела проникают друг в друга, тем более жестким становится удар. Меньшее значение параметра делает контакт более мягким, но в целом улучшает сходимость и вычислительную эффективность.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора одно из значений:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

HP_DIN/rpm | N*m/rad | W*s/rad | m*mN/rad | HP_DIN*s/rad | ft*lbf/rad
Значение по умолчанию

1e6 N*m/rad
Имя для программного использования

k_lower_bound
Вычисляемый

Да

# Коэффициент демпфирования верхнего ограничения — коэффициент демпфирования на верхней границе
Н*м/(рад/с) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Этот параметр определяет демпфирование столкновения, когда вал достигает верхней границы. Чем больше значение параметра, тем больше энергии рассеивается во время взаимодействия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора одно из значений:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)
Значение по умолчанию

0.01 N*m/(rad/s)
Имя для программного использования

C_upper_bound
Вычисляемый

Да

# Коэффициент демпфирования нижнего ограничения — коэффициент демпфирования на нижней границе
Н*м/(рад/с) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Этот параметр определяет демпфирование столкновения, когда вал достигает нижней границы. Чем больше значение параметра, тем больше энергии рассеивается во время взаимодействия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора одно из значений:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)
Значение по умолчанию

0.01 N*m/(rad/s)
Имя для программного использования

C_lower_bound
Вычисляемый

Да

# Переходная область — область, в которой увеличивается крутящий момент
град | рад | об | мрад

Details

Область, в которой крутящий момент увеличивается с нуля до полного значения. В конце переходной области применяются полная жесткость и демпфирование.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора значение Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

deg | rad | rev | mrad
Значение по умолчанию

0.001 rad
Имя для программного использования

transition_region
Вычисляемый

Да

# Коэффициент восстановления — соотношение конечной и начальной относительной скорости между валом и ограничителем после столкновения

Details

Отношение конечной и начальной относительной скорости между валом и ограничителем после отскока вала.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора значение На основе коэффициента восстановления.

Значение по умолчанию

0.7
Имя для программного использования

restitution_coefficient
Вычисляемый

Да

# Пороговая скорость контакта — пороговое значение относительной скорости между валом и ограничителем перед столкновением
об/мин | град/с | рад/с

Details

Пороговое значение относительной скорости между валом и ограничителем до столкновения. Если вал ударяется о корпус со скоростью, меньшей, чем значение этого параметра, они остаются в контакте. В противном случае вал отскакивает. Чтобы избежать моделирования статического контакта между валом и корпусом, установите для этого параметра значение 0.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора значение На основе коэффициента восстановления.

Единицы измерения

rpm | deg/s | rad/s
Значение по умолчанию

0.1 rad/s
Имя для программного использования

w_static_contact_threshold
Вычисляемый

Да

# Пороговый крутящий момент размыкания контакта — пороговое значение крутящего момента, необходимого для перехода из контактного состояния в свободное
Н*м | мН*м | lbf*ft

Details

Минимальное значение крутящего момента, необходимого для вывода вала из состояния статического контакта.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора значение На основе коэффициента восстановления.

Единицы измерения

N*m | mN*m | lbf*ft
Значение по умолчанию

0.001 N*m
Имя для программного использования

T_static_contact_release_threshold
Вычисляемый

Да

Примеры