Устройство для моделирования пары трения
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании динамики механических систем, содержащих пары трения, с учетом зависимостей их сил сопротивления от действующих в контакте пары усилий, массы подвижного элемента пары и диссипации энергии на гистерезисное и релаксационное внутренние трения в контакте в процессе предварительного смещения подвижного элемента. Целью изобретения является повышение точности моделирования за счет учета зависимости силы упругофрикционного сопротивления в контакте пары от изменейий действующих одновременно тангенциального и нормального усилий . Устройство содержит три сумматора 1- 3, инвертор 4, четыре интегратора 5-8, четыре блока умножения 9-12, три блока деления 13-15, блок извлечения квадратного корня 16, блок выделения модуля 17, два компаратора 18, 19 и четыре источника постоянных напряжений 20-23. Оно имеет входы задания действующего тангенциального усилия P(t), скорости изменения действующего нормального усилия N(t) и начального значения нормального усилия NH, выходы формирования предварительного смещения подвижного элемента 5n(t), скорости перемещения подвижного элемента о (t) и действующего нормального усилия N(t) моделируемой пары трения. Цель обеспечивается введением в устройство второго 2 и третьего 3 сумматоров, третьего 7 и четвертого 8 интеграторов, второго 14 и третьего 15 блоков деления, блока извлечения квадратного корня 16, блока выделения модуля 17, третьего 22 и четвертого 23 источников постоянных напряжений и новых связей между элементами устройства. 1 ил. . . . Ј 00 4 О
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4490620/24 (22) 06.10.88 (46) 23.05.93. Еюл. М 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) Г.В.Трель (56) Авторское свидетельство СССР
N. 1399779, кл. G 06 G 7/48, 1986.
Авторское свидетельство СССР
М 1543427, кл. G 06 G 7/48, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПАРЫ ТРЕНИЯ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании динамики механических систем, содержащих пары трения, с учетом зависимостей их сил сопротивления от действующих в контакте пары усилий, массы подвижного элемента пары и диссипации энергии на гистерезисное и релаксационное внутренние трения в контакте в процессе предварительного смещения подвижного элемента. Целью изобретения является повышение точности моделирования за счет учета зависимости силы упругофрикционного сопротивления в контакте пары от изменений действующих одновре. Ж,, 1817110А1
2 менно тангенциального и нормального усилий. Устройство содержит три сумматора 13, инвертор 4, четыре интегратора 5 — 8, четыре блока умножения 9 — 12, три блока деления 13-15, блок извлечения- квадратного корня 16, блок выделения модуля 17, два компаратора 18, 19 и четыре источника постоянных напряжений 20-23. Оно имеет входы задания действующего тангенциального усилия Р(т), скорости изменения действующего нормального усилия N(t) и начального значения нормального усилия
N<, выходы формирования предварительного смещения подвижного элемента д„(т), скорости перемещения подвижного элемен- . та д (t) и действующего нормального усилия
N(t) моделируемой пары трения. Цель обес- 3 печивается введением в устройство второго
2 и третьего 3 сумматоров, третьего 7 и четвертого 8 интеграторов, второго 14 и третьего 15 блоков деления, блока извлечения квадратного корня 16, блока выделения мо- ф дуля 17, третьего 22 и четвертого 23 источников постоянных напряжений и новых связей между элементами устройства. 1 ил.
1817110
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании динамики механических систем, содержащих пары трения, с учетом зависимостей их сил сопро- 5 тивления от действующих в контакте пары усилий, массы подвижного элемента пары и диссипации энергии нэ гистереэисное и релаксэционное вязкое внутренние трения в контакте в процессе предварительного сме- 10 щения подвижного элемента, 45
Цель изобретения — повышение точности моделирования за счет учета зависимости силы упругофрикционного сопротивления в контакте пары от изменений действующих одновременно тангенциального и нормального усилий, На чертеже представлена схема предпагаеМого устройства.
Устройство содержит первый 1, второй
2 и третий 3 сумматоры, инвертор 4, первый
5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 интеграторы, первый 9, второй 10, третий 11 и чет вертый 12 блоки умножения, первый 13, второй 14 и третий 15 блоки деления, блок извлечения квадратного корня 16, блок выделения модуля 17, первый 18 и второй 19 компараторы, первый 20, второй 21, третий
22 и четвертый 23 источники постоянных напряжений, У первого 20 и третьего 22, второго 21 и четвертого 23 источников напряжения разнополярны, а по абсолютным величинам соответствуют максимальному нормальному усилию N® и квадратному корню максимального нормального усилия
Л4п . Оно имеет входы задания действующего тангенциального усилия P(t), скорости изменения действующего нормального усилия N(t) и начального значения нормального усилия йн, выходы формирования предварительного смещения подвижного элемента A(t), скорости перемещения подвижного элемента д (t) и действующего нормального усилия N(t), В процессе моделирования сигнал с входа задания Р(т) устройства поступает на первый вход первого сумматора 1, на второй вход которого подают сигнал с выхода второго блока умножения 10, соответствующий тангенциальному усилию упругофрикционного сопротивления в контакте пары
T(t), Если коэффициенты передачи по первому и второму входам первого сумматора 1 обратно пропорциональны массе подвижного элемента пары, го íà его выходе получают сигнал, соответствующий ускорению перемещения подвижного элемента д(), ко15
40 торый подают на вход делимого второго блока деления 14 и на информационный вход третьего интегратора 7. С выхода этого интегратора, являющегося выходом формирования сигнала д (t) устройства, сигнал поступает на первый вход второго сумматора
2, на второй вход которого поступает сигнал с выхода третьего блока деления 15. Сигнал алгебраической суммы с выхода этого сумматора подают на вход делимого первого блока деления 13, с выхода которого сигнал результата деления поступает на информационный вход первого интегратора 5, первый информационный вход второго интегратора 6 и через блок выделения модуля 17 на первый вход третьего блока умножения 11. На третий информационный вход второго интегратора 6 подают сигнал с выхода второго блока деления 14, на второй информационный вход этого интегратора поступает сигнал с выхода третьего блока умножения 11, а с выхода интегратора сигнал, соответствующий T(t)/N(t), подают на первый вход второго блока умножения 1О и через инвертор 4 на первый вход третьего сумматора 3. С выхода первого интегратора
5 сигнал, соответствующий д (1)МЙ (t), поступает на первый вход первого блока умножения 9, второй вход четвертого блока умножения 12 и второй вход третьего сумматора 3, с выхода которого сигнал подают на второй вход третьего блока умножения
11.
Сигнал с входа задания N(t) устройств4 поступает на информационный вход четвертого интегратора 8 и первый вход четвертого блока умножения 12, с выхода которого сигнал подают на вход делимого третьего блока деления 15. Сигнал с входа задания
NH устройства поступает на вход задания начального условия интегрирования четвертого интегратора 8, с выхода которого, являющегося выходом формирования N(t) устройства, сигнал подают на второй вход второго блока умножения 10 и вход блока извлечения квадратного корня 16, С выхода последнего сигнал, соответствующий
vQ(t), поступает на входы делителей первого 13, второго 14 и третьего 15 блоков деления и второй вход первого блока умножения 9, выход которого является выходом формирования д,(1) устройства. С выхода первого интегратора 5 сигнал подают на вторые входы сравнения первого 18 и второго 19 компараторов, На первый сигнальный вход первого компаратора 18 подают сигнал, соответствующий N„1, с выхода первого источника постоянного напряжения 20.
С выхода второго источника постоянного
1817110
1прид(т} >);
Оприд(т) =0; — 1 при д (t) < 0;
,„д(1) =
Π(t) = — (P(t) — T(t));
35
®r
55 нап яжения 21 сигнал, соответствующий, поступает на первые сигналный вход и вход сравнения второго компаратора 19, на второй вход сравнения которого подают сигнал, соответствующий Nm, с выхода 5 третьего источника постоянного напряжения 22, С выхода четвертого источника постоянного напряжения 23, сигнал, соответствующий Л, поступает на первый вход сравнения и на второй сигнальный 10 вход первого компаратора 18. Сигналы с первого и второго выходов второго компаратора 19 подают на первые входы задания ограничения соответственно первого 5 и второго 6 интеграторов, на вторые входы 15 задания ограничения которых поступают сигналы соответственно с первого и второго выходов первого компаратора 18. Это а6еспечивает ограничение выходных напряжений первого 5 и второго 6 интеграторов 20 соответственно величинами пропорциональными Л4 и йпъ
В результате устройство на своих выходах формирует сигналы, соответствующие 25 параметрам состояния моделируемой пары трения, описываемого системой следующих интегродифференциальных уравнений; ((яЯ)4(+ Се л ри 1 (I < ф 40
Яц()д (t) nPv ((= ((дфоп)4(+ Q лри 1у@1(и Sgnb(t) ilpMI 1 I =яф) д - - дпt д (М)=лЪР() -Фее) 6nm = z f vNm, Tcm = f Nm
Р где m-масса подвижного элемента моделируемой пары трения;
P(t) — действующее на подвижный элемент тангенциальное усилие;
T(t) — тангенциальное усилие упругоф-" рикционного сопротивления в контакте пары;
N(t) — действующее в контакте пары нормальное усилие;
NH — начальное значение нормального усилия;
Nm — максимальное значение нормального усилия;
Тсп) — максимальное значение упругофрикционного сопротивления скольжения подвижного элемента при максимальном нормальном усилии; . N(t) — скорость изменения нормального усилия; д (t); д (t) — скорость и ускорение перемещения подвижного элемента; д (t), д,п — перемещение подвижного элемента в зоне предварительного смещения и максимальное значение этого смещения при максимальном нормальном усилии;
T t д (), () — скорости изменения соответствующих отношений;
f — коэффициент трения элементов паPH, r — коэффициент пропорциональности максимального значения предварительного смещения;
Св, Св, С7, Св — начальные условия интегрирования соответствующих интеграторов, причем Св пропорционально величине NH, Кж — коэффициент жесткости контакта пары, определяемый по начальной кривой нагружения подвижного элемента тангенциальной силой при постоянном нормальном усилии в контакте пары;
К(т — коэффициент релаксационного вязкого (частотнозависимого) трения в контакте пары:
Кг), Кгр — коэффициенты составляющих силы гистерезисного (частотнонезависимого) трения в контакте пары в зоне предварительного смещения ее подвижного элемента.
С энергетической точки зрения физический смысл последних трех коэффициентов
1817110
10
40 чены к первым входам задания ограничения соответственно первого и второго интеграторов, первый и второй выходы первого компаратора соединены с вторыми входамь задания ограничения соответственно пер- 45
55 заключается в том, что они своей совокупностью отражают наличие диссипативных свойств у моделируемой пары трения, которые зависят, в частности, от укаэанных видов трения в контакте пары.
Коэффициенты передачи Кл, используемых в устройстве операционных блоков I no их соответствующим входам ), можно рассчитать с помощью следующих соотношений;
K11= K12 = Mm —: K21 = Кгг =1,0:
K61 = МжКж; К62 МРтКРт
КбзКз2 = Mr1Kr1; КбзКз1 = Мг2К12, где M — обозначение соответствующего масштабного коэффициента.
Формула изобретения
Устройство для моделирования пары трения, содержащее первый сумматор, инвертор, первый и второй интеграторы, первый-четвертый блоки умножения, первый блок деления, первый и второй компараторы, первый и второй источники постоянных напряжений; пропорциональных соответственно максимальному нормальному усилию и квадратному корню максимального нормального усилия, причем выход первого блока умножения является выходом формирования предварительного смещения подвижного элемента устройства, выход первого источника постоянного напряжения подключен к первому сигнальному входу первого компаратора, выход второго источника постоянного напряжения соединен с первым сигнальным входом и первым входом сравнения второго компаратора, первый и второй выходы которого подклювого и второго интеграторов, выход первого блока деления соединен с информационным входом первого интегратора, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, выход второго интегратора соединен с первым входом второго блока умножения,отлича юще еся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены второй и третий сумматоры, третий и четвертый интеграторы, второй и третий блоки деления, блок извлечения квадратного корня, блок выделения модуля, третий источник постоянного на20
30 пряжения, оропорционалного максимальному нормальному усилию, четвертый источник постоянного напряжения, пропорционального квадратному корню максимального нормального усилия, причем первый вход первого сумматора является входом задания действующего тангенциального усилия устройства, выход первого сумматора подключен к входу делимого второго блока деления и входу третьего интегратора. выход которого является выходом формирования скорости перемещения подвижного элемента устройства и соединен с первым входом второго сумматора, выход которого подключен к входу делимого первого блока деления, выход е которого соединен с первым входом второго интегратора непосредственно и через блок выделения модуля подключен к первому входу третьего блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго интегратора, выход которого через инвертор подключен к первому входу третьего сумматора. выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, вход задания скорости изменения действующего нормального усилия устройства подключен к входу четвертого интегратора и первому входу четвертого блока умножения, выход которого соединен с входом делимого третьего блока деления, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, вход задания начального условия интегрирования четвертого интегратора является входом задания начального значения нормального усилия устройства, выход четвертого интегратора является выходом формирования действующего нормального усилия устройства и подключен к второму входу второго блока умножения и входу блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения и входами делителей первого, второго и третьего блоков деления, выход второго блока деления подключен к третьему входу второго интегратора, выход . второго блока умножения соединен с вторым входом первого сумматора. выход третьего источника постоянного напряжения подключен к второму сигнальному входу второго компаратора, выход четвертого источника постоянного напряжения соединен с вторым сигнальным входом и первым входом сравнения первого компаратора. выход первого интегратора подключен к вторым входам сравнения первого и второго компараторов и вторым входам третьего сумматора и четвертого блока умножения,
