Устройство для моделирования механической передачи

 

изобретения (71) Заявнтель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к аналого-вычислительной технике н может быть-использовано в тренажерах транспортных средств н исследовательских стендах.

Известно устройство, содеркашее последовательно соединенные первый и второй интеграторы, третий интегратор, выход которого соединен со вторым sxoдом второго интегратора, а вход — с первым входом первого интегратора 1 j ..

Известно также устройство, содержашее первый интегратор, блок воспроизведения нелинейности типа "сухое трение и второй интегратор, второй exog которого через мостовой выпрямитель соединен с выходом второго и вторым входом первого интегратора (2) .

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержашее первый и второй мост >вой выпрямители, последовательно соединенные первый и второй интеграторы, третий интегратор, выход которого одновременно соединен с одной из вершин мостового выпрямители и со вторым входом второго интегратора, нер

- вый вход первого интегратора соединен с первым входом третьего интегратора, второй вход которого соединен с другой противоположной вершиной мостового

S выпрямителя g3) .

Недостатком этих устройств является отсутствие возможности моделирования работы планетарного механизма.

1О

Цель изобретения - расширение функциональных возмсвкностей устройства за счет моделирования планетарного механизма.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования механической передачи, содержашее первый и второй мостовые выпрямители, ограничительные резисторы, последовательно ро соединенные первый и второй интеграторы, третий интегратор, выход которого соединен с одной из вершин второго мостоsoro выпрямителя и со вторым входом второю интеграторе, первый вхоп перво982031, 4

На чертеже представлена функциональ- 35 ная схема устройства. Устройство содержит интегратор 1, инвертор 2, интеграторы 3 и 4, блок 5 нелинейности типа сухое трение, инвертируюший усилитель 6, мостовой выпря- 40 митель 7, интеграторы 8 и 9, мостовой выпрямитель 10, ограничительные резисторы 11-14, иверторы 15 и 16, операционные усилители 17, резисторы 18, конденсаторы 19. 45

Первый интегратор 1 через последов— тельно соединенные второй интегратор 4 и инвертирующий усилитель 6 сеединен с первым входом третьего интегратора

9, выход которого соединен со вторым входом интегратора 4, первый вход которого через последовательно соединенные четвертый интегратор 3, блок 5 нелинейности соединен с первым входом пятого интегратора 8, выход которого соединен со вторым и третьим входами интеграторов 3, 4, выход блока 5 нелинейности соединен со вторым входом интегратора

55 го интегратора соединен с первым входом третьего интегратора, второй вход которого соединен с противоположной вершиной второго мостового выпрямителя, дополнительно введены три инвертора, ин-. вертируюший усилитель и последовательно соединенные четвертый интегратор, блок нелинейности типа сухое трение" и пятый интегратор, второй вход которого подключен к первому входу третьего интег- 40 ратора и к выходу инвертирующегс уси- лителя, вход которого соединен с выходом второго интегратора, первый вход которого подключен к первому входу четвертого ин гегратора, вч орой вход которого сое 15 динен с третьим входом второго интегратора и с выходом пятого интегратора, второй вход первого интегратора подключен к выходу блока нелинейности типа сухое трение", второй и третий входы 20 которого соответственно соединены с выходом и входом первого инвертора, входы и выходы второго и третьего инверторов через ограничительные резисторы подключены к одной паре вершин второго и

25 первого мостовых выпрямителей соответственно, другая пара вершин первого мос- тового выпрямителя соединена с третьим входом и выходом пятого интегратора, а третий вход первого интегратора и вхо- 30 ды первого, второго и третьего инверторов являются соответствующими входами устройства.

1, первый вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя 6 и вторым входом интегратора 8. Вход и выход инвертора 2 соединен со вторым и третьим входами блока 5 нелинейности, входы и выходы инверторов 15 и 16 через мостовые выпрямители 7 и 10 соединены с входом и выходом интеграторов

8и 9.

Устройство работает следующим образом.

Интеграторы 1, 8 и 9 моделируют вращающиеся массы элементов планетарной передачи. Вецичина постоянной времени каждого интегратора пропорциональна приведенному моменту ицерции соответствующего элемента планетарного механизма.

Пусть, например, интеграторы 1, 8 и

9 моделируют соответственно эпицикл, водило и солнечную шестерню. Интегратор 4 моделирует податливости между эпициклом, водилом и солнечной шестерней. Интегратор 3 моделирует податливость блокировочной связи между эпициклом и водилом, Принимая, что эпицикл является входным элементом планетарной передачи, а водило выходным, рассмотрим работу предлагаемого устройства в трех режимах, 1. Работа планетарного механизма при включенном блокировочном фрикционе.

БлокИровочный фрикцион моделируется с помсаью блока 5 нелинейности типа

"сухое трение", величина нштряжения

Q Ф „, пропорционального моменту, который может передать фрикцион, определяется напряжением на втором и третьем входах блока 5. Для того, чтобы эти напряжения были равны, но противоположHbI по знаку, MGKj1 j BTopb1M и третьим входами блока 5 подключен инвертор 2.

Если напряжения на вторых и третьих входах блока 5 равны U=-PU (р — коэф.фициент запаса фрикциона), то в этом случае модепируется включенный блокировочный фрикцион, который осуществляет передачу момента от эпицикла к водилу. Если в этом случае на третий вход интегратора 1 подается напряжение U <, пропорциональное крутящему моменту, то на выходе интегратора 1 появляется напряжение Uэп,,пропорциональное угловой скорости эпицикла. Это напряжение, поступает на первый вход четвертого интегратора 3, на выходе которого формируется напряжение U чф, пропорциональ5 982031 6 пряжение 0мф без B этом случае напряжение на втором через блок 5, меняя и третьем входах блока 5 нелинейности да блока напряжение типа сухое трение равно нулю, т.е. вход интегратора моделируется отсутствие передачи мЬменинтегратора 1., 5 та от.эпицикла к водилу через бпокирое U „„ противополож- вочный фрикцион. нию Q „„„,, тrо o зeаsряд Если на третий вход первого интегра ется и при достижении тора 1 подать напряжение О, сЯ Ф пропо ф 1 прекращается. пиональное крутящему моменту, то, как егратора 8 появля- ll и в предыдущем случае, на входах интет, которое с проти- раторов появляется напряжение О . и Ос., напряжению U по- причем соотношение между даннымй нап— од интегратора 4 и ряжениями определяетс;я выражением . Ilp : (U,@„(=- О „,Д т.е. водило стало 5 МС =(4 K)U > Ю „(});, ное моменту Яф. На изменения проходит тс тько знак. С выхо поступает на первый

8 и на второй вход

Так как напряжени но по знаку напряже интегратора замедля равенства 10 м„}=!Цв

На выходе пятого инт ется напряжение 0 воположным знаком ступает на второй вх замедляет его заряд заряд прекращается, вращаться с такой же скоростью, что эпицикл

При подключении ко входу инвертора

15 напряжения U +<, пропорционального моменту нагрузки, пятый интегратор 8 - 20 начинает разряжаться. В этом случае появляется разность напряжений },} и 0, которая сохраняется до тех пор, пока

10мф не станет равным jU><) T.e. наступает динамическое равновесие. При этом

}с,} О j вновь станет равным ) Оцд .

Напряжение U с выхода первого ин,с тегратора 1 также поступает на первый вход интегратора 3, на выходе которого формируется напряжение 0 }с, пропорпио-36 нальное значению упругого момента, пействукпцего в планетарном механизме. Это напряжение, проинвертированное н усиленное усилителем 6 (коэффициент усиления усилителя 6 определяет коэффициент передачи механизма), поступает на первый вход третьего интегратора 9, что приводит к появлению на выходе интегратора напряжения U,, которое поступает на вход интеrps+ops 4 с IIpoTHBoIIQHO)KHblM знаком 46

Иаи! «

Когда =(Ощ (4,С -nepenermaoe }Ъ

Ъ число между эпициклом и солнечной шестерней) U становится равным нулю, и наступает динамическое равновесие.

Таким образом, в данном ренсиме моделируется передача мсацности от эпицикла к водилу за счет внешней блокировки планетарного механизма с помощью блокировочного фрикциона. Солнечная шестерня, масса которой моделируется третьим ин.:тегратором 9, вращается вхолостую, передача мсацности по цепи эпицикл — солнеч5S ная шестерня не моделируется.

2. Работа планетарного механизма при выключенном блокировочном фрикционе и свободной солнечной шестерне. где K — внутренее передаточное число планетарного механизма, рав

Ц) 1

Учет коэффициента К осуществляется за счет разных коэффициентов передачи по входам второго интегратора 4. Если в этом случае на вход четвертого инвертора 15 подать напряжение () с, пропорциональное моменту нагрузки, то напряжение Ц на выходе пятого интегратора

8 станет равным нулю, так как баланс входных напряжений, определяемый уравнением (1) нарушится, что приведет к появлению напряжения 0 на выходе второго интегратора 4. Это напряжение, проинвертировавшееся инвертором, поступает на первый вход третьего интегратора

9 и изменяет его выходное напряжение

Q так, чтобы баланс напряжений на входах вторсго интегратора 4 соответствовал выражению (1), т.е. выражение (1) в случае 0 =О имеет вид Q >--KU <.

При этом Ц на выходе второго интегратора 4 станет равным нулю.

Таким образом, при рассмотрении работы планетарного механизма в данном режиме моделируется отсутствие передачи мощности от эпнцикла к водилу, что i соответствует реальной работе планетарного механизма.

3. Работа планетарного механизма в режиме затормсвкенной солнечной шестерни.

}З этом режиме на вход инвертора 26 подается напряжение, пропорциональное тормозному моменту, в результате чего напряжение U на выходе третьего интегратора 9 равно нулю. Мостовые выпрямители 7 и 10 служат для того, чтобы предотвратить "раскрутку соответствую7 982031

Формула изобретения устройство для моделирования мехайической передачи, содержащее первый и второй мостовые вьп рямители, ограничищих элементов планетарного механизма от момента нагрузки и тормозного момента.

Если в этом случае подать напряжение (3 „ на третий вход первого интегратора

1, то на выходе -появляется напряжение

IJ которое интегрируется вторым ини1 р тегратором 4, на выходе которого появляется напряжение 0 . Последнее прикладывается ко входам интеграторов 8 и 9, но на выходное напряжение Q интегратора -9 .напряжение U влиянйя не оказы-, вает, так как он "заторможен" . Ка выходе же пятого интегратора 8 появляется ч напряжение U® р которое поступает на третий вход второго интегратора 4 с про- тивоположным знаком Оо,< . Когда 0ж ( = U® (чче — перепееочиое число

" 2.

20 между эпициклом и водилом), Q становится равным нулю и наступает динамическое равновесие.

При подключении ко входу инвертора

15 напряжения U > пропорционального моменту нагрузки, пятый интегратор 8 начинает разряжаться, что приводит к появлению разности напряжений 1Ц „(/1 и U < ), которая сохраняется до тех пор, пока Q не станет равным (Q><(„т.е. ЗО вновь наступит динамическое равновесие, при этом напряжение 0 (/1 вновь станет ! 1 2 равным ) 0 1 .

Таким образом, в данном режиме мое делируется передача мощности от эпицик- 55 ла к водилу и изменение передаточного числа в.s по отношению к первому режнм уе

Предложенное устройство позволяет моделировать работу планетарного меха- @ низма во всех указанных режимах, что невозможно с помощью прототипа. р

Создание подобного устройства позволяет повысить точность моделирования механизмов и машин. В частности, предлагаемое устройство можно использовать в тренажерах вождения транспортных ма-. шин, где имеются планетарные передачи.

Это позволяет более точно моделировать их динамику, а следовательно, повысить качество обучения водителей. тельные резисторы, последовательно соединенные первый и второй интеграторы, третий интегратор, выход которого соединен с одной из вершин второго мостового выпрямителя и со вторым входом второго интегратора, первый вход первого интег ратора соединен с первым входом третьего интегратора, второй вход которого соединен с противоположной вершиной второго

1мостового выпрямителя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования планетарного механизма, оно дополнительно содержит три инвертора, инвертирующий усилитель и поспедовательно соединенные четверть|й интегратор, блок нелинейности типа сухое трение" и пятый интегратор, второй вход которого подключен к первому входу третьего интегратора и к выходу инвертируюшего усилителя, вход которого соединен с выходом второго интегратора, первый вход которого подктпочен к первому входу четвертого интегратора, второй вход которого соединен с третьим входом второго интегратора и с выходом пятого интегратора, второй вход первого интегратора подключен к выходу блока нелинейности типа сухое трение", второй и третий входы которого соответственно соединены с выходом и входом первого инвертора, входы и выходы второго и -третьего инверторов через ограничительные резисторы подключены к одной паре вершин второго и первого мостовых выпрямителей соответственно, другая пара вершин первого мостового вьптрямителя соединена с третьим входом и выходом пятого интегратора, а третий вход первого интегратора и входы первого, второго и третьего инверторов являются соответствующими входами устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник по аналоговой вычислительной технике. Под ред. Г. Е. Пухова.

Киев, Техника, 1975, с. 351.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке hh 2809496/18-24, кл. 6066 7/20, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

% 641465, кл. 6060 7/48, 1975 (прототип) .

982031

Составитель В. Фукалов

Редактор М, Петрова Техред А. Бабннец Корректор М. Коста

Заказ 9714/70 ЧЪираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открой

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4