Объект: KULDR

Библиотека: Mechanics2D

Имя на уровне решателя: Mechanics2D.KULDR

Аннотация: Дисковый кулак с роликовым толкателем

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	MECH2D	2D механический порт 1, движение кулака
2	Port2	MECH2D	2D механический порт 2, движение ролика

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	Angle	real	Начальный угол поворота кулака, градусы	deg	0.0
2	Ec	real	Модуль упругости материала кулачка, Па	Pa	1e11
3	Er	real	Модуль упругости материала ролика, Па	Pa	1e11
4	Gflag	int	Условие наличия силы тяжести, -, _		1
5	Jr	real	Момент инерции ролика, кг·м²	kg*m**2	1.0e-4
6	Profile	Diagram	Координаты радиус-вектора профиля кулака, м	m	0,0,0,1,1,1
7	h	real	Толщина кулачка, м	m	0.1
8	mr	real	Масса ролика, кг	kg	0
9	mu	real	Коэффициент трения скольжения, -		0.1
10	mur	real	Коэффициент трения качения, -		0.01
11	pA	pXY	Начальная координата оси кулака, м	m	0.0, 0.0
12	pB	pXY	Начальные координаты оси ролика, м	m	1.0, 0.0
13	r	real	Радиус ролика, м	m	0.1
14	roc	real	Плотность материала кулачка, кг/м³	kg/m**3	1000.0
15	vc	real	Коэффициент Пуассона материала кулачка, -		0.5
16	vr	real	Коэффициент Пуассона материала ролика, -, _		0.5

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_Tx_LinearSpeed1	Tx-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
2	V_Ty_LinearSpeed1	Ty-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
3	V_Rz_AngularSpeed1	Rz-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
4	ROUT_LinearSpeed1	Модуль вектора линейной скорости на порте;	m/s
5	S_Tx_Force1	Tx-составляющая силы на порте	N
6	S_Ty_Force1	Ty-составляющая силы на порте	N
7	S_Rz_Torque1	Rz-составляющая момента на порте	N*m
8	ROUT_Force1	Модуль вектора силы на порте	N
9	A_Tx_LinearAcceleration1	Tx-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
10	A_Ty_LinearAcceleration1	Ty-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
11	A_Rz_AngularAcceleration1	Rz-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
12	ROUT_LinearAcceleration1	Модуль вектора линейного ускорения на порте;	m/s**2
13	X_Tx_LinerMotion1	Tx-составляющая линейного перемещения на порте	m
14	X_Ty_LinerMotion1	Ty-составляющая линейного перемещения на порте	m
15	X_Rz_AngularMotion1	Rz-составляющая углового перемещения на порте;	rad
16	ROUT_LinerMotion1	Модуль вектора линейного перемещения на порте ;	m
17	V_Tx_LinearSpeed2	Tx-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
18	V_Ty_LinearSpeed2	Ty-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
19	V_Rz_AngularSpeed2	Rz-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
20	ROUT_LinearSpeed2	Модуль вектора линейной скорости на порте;	m/s
21	S_Tx_Force2	Tx-составляющая силы на порте	N
22	S_Ty_Force2	Ty-составляющая силы на порте	N
23	S_Rz_Torque2	Rz-составляющая момента на порте	N*m
24	ROUT_Force2	Модуль вектора силы на порте	N
25	A_Tx_LinearAcceleration2	Tx-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
26	A_Ty_LinearAcceleration2	Ty-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
27	A_Rz_AngularAcceleration2	Rz-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
28	ROUT_LinearAcceleration2	Модуль вектора линейного ускорения на порте;	m/s**2
29	X_Tx_LinerMotion2	Tx-составляющая линейного перемещения на порте	m
30	X_Ty_LinerMotion2	Ty-составляющая линейного перемещения на порте	m
31	X_Rz_AngularMotion2	Rz-составляющая углового перемещения на порте;	rad
32	ROUT_LinerMotion2	Модуль вектора линейного перемещения на порте ;	m

Пример использования компонента

Модель дискового кулака с роликовым толкателем (KULDR)

Элемент «Дисковый кулак с роликовым толкателем» (KULDR) предназначен для моделирования плоского контактного взаимодействия между вращающимся дисковым кулачком произвольного профиля и поступательно перемещающимся роликовым толкателем с учетом упругой контактной деформации тел, инерционных характеристик, сухого и вязкого трения, а также сопротивления качению. Элемент содержит два механических порта типа Point2d (по три степени свободы каждый: две поступательные и одна вращательная). Port1 подключается к приводному валу кулачка, а Port2 — к оси ролика толкателя. Элемент выполняет непрерывное определение точки контакта по замкнутому сплайну заданного профиля и передает нормальные и касательные усилия взаимодействия между профилем кулачка и роликом толкателя.

Начальные данные:

Параметры элемента (KULDR)

pA = 0.0, 0.0 — Начальная координата оси кулака, м — Определяет положение центра вращения кулачка в глобальной системе координат

Angle = 144.7061 — Начальный угол поворота кулака, градус — Задает исходную угловую ориентацию кулачка перед началом расчета

h = 0.1 — Толщина кулака, м — Задает геометрическую ширину контактной поверхности кулачка

Ec = 1.2e11 — Модуль упругости материала кулака, Па — Характеризует жесткость материала кулачка при контактном взаимодействии

vc = 0.28 — Коэффициент Пуассона материала кулака, - — Определяет поперечную упругую деформацию материала кулачка

roc = 7200 — Плотность материала кулачка, кг/м3 — Задает плотность для расчета массы и собственного момента инерции кулачка

pB = pointB — Начальные координаты оси ролика, м — Задают исходное положение центра ролика толкателя в пространстве

r = 0.1 — Радиус ролика, м — Задает характерный геометрический размер контактирующего ролика толкателя

Er = 7e10 — Модуль упругости материала ролика, Па — Характеризует жесткость материала ролика при контактном взаимодействии

vr = 0.33 — Коэффициент Пуассона материала ролика, - — Определяет поперечную упругую деформацию материала ролика

mr = 8.5 — Масса ролика, кг — Задает собственную массу ролика толкателя для учета его локальной инерции

Jr = 0.04241 — Момент инерции ролика, кг*м2 — Определяет инерционное сопротивление ролика вращению вокруг своей оси

mu = 0.01 — Коэффициент трения скольжения — Характеризует силу трения в точке контакта кулачка и ролика

mur = 0.001 — Коэффициент трения качения — Безразмерная величина, определяющая сопротивление качению ролика по профилю

Gflag = 1 — Условие наличия силы тяжести

Profile = profile — Координаты радиус-вектора профиля кулака, м — Задает геометрию замкнутого контура кулачка массивом точек

Управляемый идеальный/неидеальный источник скорости (USV1D)

Vk = 1.0 — Коэффициент пропорциональности сигнала, м/с — Задает масштабный коэффициент преобразования входного управляющего сигнала в скорость

C = 0.0 — Постоянная составляющая скорости, м/с — Определяет начальное смещение базовой скорости источника

Mu = 1.0e-9 — Внутренняя вязкость источника, Н*с/м — Характеризует сопротивление и внутренние потери внутри источника движения

Источник сигнала трапецеидальной формы, циклический (TrapeziumSource)

VL = 0.0 — Пассивный уровень — Задает минимальное нижнее значение формируемого импульса

VH = 1.0 — Активный уровень — Задает максимальное верхнее пиковое значение формируемого импульса

D = 0.0 — Начальная задержка — Определяет время паузы перед началом генерации первого импульса

FT = 1.0 — Продолжительность переднего фронта импульса — Задает время линейного нарастания сигнала от пассивного к активному уровню

HT = 40 — Продолжительность вершины импульса — Задает время удержания сигнала на максимальном активном уровне

BT = 1.0 — Продолжительность заднего фронта импульса — Задает время линейного спада сигнала от активного к пассивному уровню

CT = 1e6 — Продолжительность цикла — Определяет полный период повторения циклического трапецеидального сигнала

end = 40 — Время интегрирования, с

Описание работы элемента:

Приводной вал кулачка (Port1) совершает вращательное движение под управлением источника (USV1D), преобразующего входной сигнал

кусочно-линейной формы (TrapeziumSource). Вращение дискового кулачка с заданным профилем (задан массивом точек profile) вызывает

циклическое поступательное перемещение роликового толкателя (Port2).

Блок Point2d2DOFs раскладывает вектор перемещения ролика из (Port2) на линейные и угловую компоненты. Рабочий ход толкателя

вдоль вертикальной направляющей регистрируется датчиком линейного перемещения Y.

Результат моделирования:

График показаний датчика линейного перемещения толкателя (Y) полностью соответствует заданной геометрии профиля кулачка

и демонстрирует стабильный периодический характер движения во всем диапазоне времени от 0 до 40 секунд.

Он представляет собой периодическую последовательность плавных подъемов и опусканий толкателя с фиксацией на полках экстремумов.

Максимальный рабочий ход толкателя составляет около 0.139 м. В контрольной временной точке траектории (\(t = 3\) с)

датчик регистрирует точную координату перемещения ролика, равную 0.138994 м.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

График результата теста

Рисунок 2 - KULDR.Check