Червячная передача#
Внешний вид блока в REPEAT VISION#
Блок Червячная передача моделирует систему, в которой вращательное движение червячного колеса преобразуется во вращательное движение червяка, и наоборот. На левый порт передается угловая частота вращения колеса, а на правый угловая частота червяка, рис. 1:
Рис. 1 Иконка и внешние параметры блока Червячная передача#
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.
В свойствах блока приводятся геометрические параметры передачи, резьба червяка (на иконке блока изображена правая). Угол профиля \(\phi\), относительно которого высчитывается осевая сила F\(_a\), указывается пользователем. Угол подъема рассчитывается относительно диаметров колеса и червяка (1) :
где:
\(d_{колесо}\) - диаметр червячного колеса, [м];
\(d_{червяк}\) - диаметр червяка, [м];
G - передаточное число.
Рис. 2 Расчет сил на поверхности витка винта червяка#
Результирующая сила состоит из нормальной и касательной составляющих (см. рис. 2 выше). Нормальная сила зависит от относительной скорости и пройденного расстояния (2) :
где:
k - жёсткость, [Н/м];
d - демпфирование, [Н \(\cdot\) c/м];
v\(_{отн}\) - относительная скорость, перпендикулярная поверхности витка резьбы, [м/c].
После определения нормальной силы вычисляется осевая сила червяка (см. рис. 3 ниже) по формуле (F\(_a\) на картинке) (3) :
Рис. 3 Осевая (F\(_a\)) и касательная сила (F\(_t\)) червяка#
Изначально передача находится в режиме покоя, при ненулевой относительной скорости образуется статическая сила трения (4) :
При статическом трении касательная сила зависит от границы расстояния s\(_{граница}\) (5) :
где:
\(k_{статич.}\) - жесткость при статическом трении;
\(s_{граница}\) - граничное расстояние, при преодолении которого наступает режим скольжения;
\(c_{статич.}\) - коэффициент статического трения;
\(v_{отн.кас.}\) - относительная скорость, параллельная поверхности витка резьбы винта.
В режиме скольжения трение вычисляется относительно нормальной силы по формуле (6) :
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 (7) :
Сила, действующая на гайку F\(_{гайка}\) (8), и момент действующий на винт М\(_{винт}\) (9), вычисляются по формулам:
В итоге моменты на колесе (10) и червяке (11) вычисляются по формулам:
Подсказка
Также при помощи тумблера Изменить направление движения (см. рис. 4 ниже) червяк приводит во вращение колесо.
Рис. 4 Внешние параметры при смене направления движения#
1. Свойства#
Свойство |
Значение по умолчанию |
Описание |
Единицы измерения |
|---|---|---|---|
Передаточное число |
2.0 |
- |
- |
Диаметр червячного колеса |
0.01 |
- |
м |
Диаметр червяка |
0.005 |
- |
м |
Жесткость |
1000.0 |
- |
Н/м |
Демпфирование |
1000.0 |
- |
Н/(м/с) |
Коэффициент трения скольжения |
0.01 |
- |
о.е. |
Коэффициент статического трения |
0.02 |
- |
о.е. |
Граница расстояния, при которой действует статическая сила трения |
0.001 |
- |
- |
Жесткость статического трения |
1000.0 |
- |
Н/(м/с) |
Угол нормального давления |
5.0 |
- |
град |
Выбор направления резьбы червяка: |
выкл |
- |
- |
выкл |
- |
- |
|
Переходная скорость эффекта Штрибека, доступно при выборе [ |
0.001 |
- |
м/с |
выкл |
вкл - преобразование поступательного движения во вращательное; |
- |
2. Входы и выходы#
Параметры |
Вход/Выход |
Описание |
Единицы измерения |
Тип порта |
|---|---|---|---|---|
Угловая скорость колеса |
Вход |
Доступно, когда свойство [ |
рад/c |
Вращательное движение |
Угловая скорость червяка |
Вход |
Доступно, когда свойство [ |
рад/c |
Вращательное движение |
Момент |
Выход |
Доступно, когда свойство [ |
Н\(\cdot\)м |
Вращательное движение |
Момент колеса |
Выход |
Доступно, когда свойство [ |
Н\(\cdot\)м |
Вращательное движение |
Для того, чтобы посмотреть возможности подключения блока необходимо перейти на страницу Описание портов блоков