Передача Винт - гайка#

block

Внешний вид блока в REPEAT VISION#

 Блок Передача Винт-гайка моделирует систему, в которой вращательное движение преобразуется в поступательное. На левый порт передается угловая частота вращения в [рад/с], а на правый линейная скорость в [м/c].

 Входной порт принимает сигнал угловой скорости в [рад/с], выходной - скорость, [м/с] (см. рис. 1 ниже). Выходной порт передает силу, [Н].

ScrewNut_block_icon

Рис. 1 Иконка блока Передача Винт-гайка#

 Жесткость и демпфирование поверхности соприкосновения необходимы для расчета нормальной силы, действующей на резьбу. Для учета трения указывается коэффициенты статического трения и трения скольжения.

 В данном блоке реализована модель трения “Интегратор со сбросом”, в которой величина силы статического трения зависит от граничного расстояния действия статического трения, которое указывается в свойствах блока.

 Результирующая сила состоит из нормальной и касательной составляющих. Нормальная сила зависит от относительной скорости и пройденного расстояния (1) :

(1)#\[ F_{норм.} = d \cdot v_{отн}+k \cdot \int v_{отн}dt \]

где:

 k - жёсткость, [Н/м];

 d - демпфирование, [Н \(\cdot\) c/м];

 v\(_{отн}\) - относительная линейная скорость тел, [м/c] (2) :

(2)#\[ v_{отн}=R \cdot \omega_1 \cdot sin(\alpha ) - v_2 \cdot cos(\alpha )\]

где:

 \(\alpha\) - угол подъёма, [рад];

 R - радиус винта, [м].

Подсказка

Если в ваших целях смоделировать сонаправленное вращение объектов механики, необходимо подавать отрицательное значение скорости на выходной порт блока.

Важно

Отрицательное значение угла опережения моделирует правую резьбу винта.

forces_on_surface

Рис. 2 Силы на поверхности резьбы#

 Изначально передача находится в режиме покоя, при ненулевой относительной скорости образуется статическая сила трения (3) :

(3)#\[F_{статич.}=c_{статич.}\cdot F_{норм.}\]

 При статическом трении касательная сила зависит от границы расстояния s\(_{граница}\) (4) :

(4)#\[F_{кас.}=\frac {F_{статич.}}{s_{граница}}\cdot s + k_{статич.} \cdot v_{отн.кас.}\]

где:

 \(k_{статич.}\) - жесткость при статическом трении, [о.е.];

 \(s_{граница}\) - граничное расстояние, при преодолении которого наступает режим скольжения, [м];

 \(c_{статич.}\) - коэффициент статического трения, [о.е.];

 \(v_{отн.кас.}\) - относительная скорость, параллельная поверхности витка резьбы винта, [м/с].

 В режиме скольжения трение вычисляется относительно нормальной силы по формуле (5) :

(5)#\[F_{скольж.}=c_{скольж.}\cdot F_{норм.}\]

 Эффект Штрибека позволяет осуществить плавный переход между статическим и динамическим трением. Для учета данного эффекта необходимо включить тумблер Учесть эффект Штрибека. При данной конфигурации сила трения приобретает экспоненциальный характер и определяется по формуле (6) :

(6)#\[Ф=(F_{скольж.}+(F_{статич.}-F_{скольж.})\cdot e^{(-3\cdot |v_{отн.кас.}|/ c_{Штрибек})})\]

 Сила, действующая на гайку F\(_{гайка}\) (7), и момент действующий на винт М\(_{винт}\) (8), вычисляются по формулам:

(7)#\[F_{гайка}=F_{норм.}\cdot cos(\alpha)-F_{кас.}\cdot sin(\alpha)\]
(8)#\[ М_{винт}= D/2 \cdot (F_{норм.} \cdot sin(\alpha ) + F_{кас.}\cdot cos(\alpha )) \]

Подсказка

Также при помощи тумблера Изменить направление движения производится преобразование поступательного движения во вращательное.

1.  Свойства#

Свойство

Значение по умолчанию

Описание

Единицы измерения

Диаметр винта

0.01

-

м

Угол подъема

2.0

-

градусы

Жесткость

1000.0

-

Н/м

Демпфирование

1000.0

-

Н/(м/с)

Коэффициент трения скольжения

0.01

-

о.е.

Коэффициент статического трения

0.02

-

-

Жесткость статического трения

1000.0

-

Н/(м/с)

Граница расстояния, при которой действует статическая сила трения

0.001

-

-

Учитывать эффект Штрибека

выкл

-

-

Переходная скорость эффекта Штрибека, доступно при выборе Учитывать эффект Штрибека - вкл

0.001

-

м/с

Изменить направление движения

выкл

вкл - преобразование поступательного движения во вращательное;
выкл - преобразование вращательного движения в поступательное

-

2.  Входы и выходы#

Параметры

Вход/Выход

Описание

Единицы измерения

Тип порта

Угловая скорость

Вход

Доступно, когда свойство Изменить направление движения - выкл

рад/c

Вращательное движение

Cкорость

Вход

Доступно, когда свойство Изменить направление движения - вкл

м/c

Поступательное движение

Сила

Выход

Доступно, когда свойство Изменить направление движения - выкл

Н

Поступательное движение

Момент

Выход

Доступно, когда свойство Изменить направление движения - вкл

Н\(\cdot\)м

Вращательное движение

Для того, чтобы посмотреть возможности подключения блока необходимо перейти на страницу Описание портов блоков