Устройство для моделирования силы трения

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для использования при моделировании систем с парами трения и позволяет воспроизводить зависимость силы сопротивления в паре от предварительного смещения элементов пары и его предыстории, нормального усилия в контакте пары и направления относительного скольжения элементов пары после их выхода из зоны предварительного смещения с учетом диссипации энергии в этой зоне, скачков силы трения при выходе из нее и возможности исключения указанных скачков при действии тангенциальной вибрации. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит два интегратора, блок формирования сигнала, соответствующего скорости изменения силы трения, два компаратора, два инвертора, два блока умножения, блок деления и два источника постоянных напряжений, пропорциональных соответственно нормальному усилию в контакте пары и корню квадратному из этого усилия. Устройство по сигналу, соответствующему скорости относительного перемещения элементов пары трения, вырабатывает на своих выходах сигналы, соответствующие предварительному смещению элементов пары и силе трения в контакте пары. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 G 06 G 7 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4341937/24-24 (22) 15. 12. 87 (46) 15. 02. 90. Бюл. 1(6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) Г.В.Трель (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1103251, кл. G 06 G 7/25, 1983, Авторское свидетельство СССР

В 1399779, кл. С 06 G 7/25, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СИЛЫ ТРЕНИЯ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для использования при моделировании систем с парами трения и позволяет воспроизводить зависимость силы сопротивления в паре от предварительного смещения элементов пары и его предыстории, нормального усилия в контакте пары и направления относительного скольжения элементов

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для использования при моделировании систем с парами трения, силы сопротивления которых зависят от предварительного смещения элементов пары и его предыстории, нормального усилия в контакте пары и направления относительного скольжения элементов пары после их выхода из зоны предварительного смещения особенно механических систем с релаксационными колебаниями.

2 пары после их выхода из эоны предварительного смещения с учетом диссипации энергии в этой зоне, скачков силы трения при выходе из нее и. возможности исключения указанны;. скачков при действии тангенциальной вибрации. Цель изобретения — повышение точности. Устройство содержит два интегратора, блок формирования сигнала, соответствующего скорости изменения силы трения, два компаратора, два инвертора, два блока умножения, блок деления и два источника постоянных напряжений, пропорциональных соответственно нормальному усилию в контакте пары и корню квадратному из этого усилия. Устройство по сигналу, соответствующему скорости относительного перемещения элементов пары трения, вырабатывает на своих выходах сигналы, соответствующие предварительному смещению элементов пары и силе трения в контакте пары. 4 ил.

Цель изобретения — повышение точности моделирования и расширение об-, ласти применения устройства эа счет учета зависимости силы сопротивления в паре трения от нормального усилия в контакте, скачкообразного изменения силы трения при выходе из зоны предварительного смещения и от тангенциальной вибрации.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 и 3 — блок-схемы блока формирования скорости силы трения и компараторов; на фиг. 4

1543427 зависимости силы трения от смещения и скорости смещения от времени.

Устройство для моделирования силы трения содержит вход по сигналу, соответствующему скорости относительного перемещения д (t) элементов пары трения, первый выход по сигналу, соответствующему силе трения Т(), второй выход по сигналу„ соответствующему предварительному смещению сР (t) первый 1 и второй 2 интеграторы с ограничением, блок 3 формирования скорости силы трения T(t), первый 4 и второй 5 компараторы, 15 первый 6 и второй 7 инверторы, первый

8 и второй 9 блоки умножения, блок

1О деления, первый 11 и второй 12 источники постоянных напряжений, пропорциональных соответственно корню квадратному нормальной силы в контакте пары и самой этой силе.

Интеграторы 1 и 2 имеют входы задания ограничения нижнего и. верхнего .уровня выходного напряжения. 25

Блок 3 формирования скорости силы трения T (t) может быть выполнен на сумматоре 13, двух инверторах 14 и 15 двух блоках 16 и 17 умножения, четырех ключах 18 и 19, 20 и 21, выпол- 30 ненных, например, на реле с замыкаю щими контактами, и двух нуль-органах

22 и 23.

Компараторы 4 и 5 выполнены на одном нуль-органе 24 и двух ключах

25 и 26.

Устройство работает следующим об1 разом.

В процессе моделирования сигнал . 40 скорости 8(t) с.входа устройства поступает на вход делимого блока 1О деления, на .вход делителя которого поступает сигнал от первого источника 11 постоянного напряжения, соот- 45 ветствующий И нормальной силы N в контакте пары трения. Сигнал с выхода блока 10 деления, соответствующий частному 8/ N подают на вход первого интегратора 1 и на первый вход . блока 3, сигнал с выхода первого интегратора 1, соответствующий 1„(1:)/, / В, поступает на второй вход блока

3 и на один из входов второго блока

9 умножения, на другой вход которого

55 поступает напряжение от источника 11,. в результате на выходе блока 9 умножения и, следовательно, на втором выходе устройства получают сигнал, соответствующий предварительному смещению g< (t ) .

С выхода блока 3 сигнал, соответствующий частному T(t)/N, поступает на вход второго интегратора 2, с выхода которого сигнал, соответствующий

T(t)/N, подают на третий вход блока

3 и на один из входов первого блока

8 умножения, на другой вход которого поступает сигнал от второго источника

12 постоянного напряжения, s результате на выходе первого блока 8 умножения и, следовательно, на первом выходе устройства получают сигнал, соответствующий силе сопротивления T(t) в паре трения. Одновременно с выхода второго блока 9 умножения сигнал

4 (а) поступает на вторые входы сравнения первого 4 и второго 5 компараторов для сравнения с разнополярными сигналами, соответствующими 4Я, поступающими на первые входы сравнения компараторов 4 и 5, на первые и вторые сигнальные входы которых подают разнополярные напряжения, соответствующие ж и N от источников 11 и 12 непосредственно и через инверторы би7.

При достижении сигналом У (С) величины предельного значения предварительного смещения Х,„= Е в зависимости от его полярности с соответствующих выходов компараторов 4 и 5 сигналы ограничения, пропорциональные

11 и Я, поступают на соответствующие разнополярные ограничительные входы интеграторов 1 и 2, что обес печивает ограничение выходных напряжений этих интеграторов величинами ,1 „ а и Т,Ä=-N.

В случае, если к моменту достижения величиной d (t) значения d „ ñèëà сопротивления Т(г.) превысит максимальное значение Т „, т.е. при

1T(t)I 7 Т „, то устройством воспроизводится cêà÷îê силы сопротивления при выходе пары иэ зоны предварительного смещения, т.е. при переходе из режима относительного покоя в режим относительного скольжения. При наличии тангенциальной вибрации к моменту достижения величиной d (t) значения J,, когда 1T(t)> < Т „, указанный скачок силы сопротивления в паре трения уже не воспроизводится и сила сопротивления постепенно достигает величины Т

5 l 54

В результате устройство воспроизводит зависимость силы сопротивления

T(t) от направления скорости (t) относительно перемещения d (t) эле ментов пары трения, их предварительного смещения д;(t) и нормального усилия в контакте N > 0 с учетом диссипации энергии в процессе предварительного смещения элементов пары, описываемой, например, системой уравнений:

Ск

1(t)dt+C при fd,I 4 н1 при Id 1 d

Х Sgnd (t) 3427 6 ного смещения 4 в момент t(d; ) сила сопротивления в контакте от достигнутой (максимальной) Т скачком изменя5 ется до силы трения скольжения Т ск (фиг. 4в, T ) . При тангенциальном смещении подвижного элемента с вибрацией (фиг, 4б) за счет гистереэисной характеристики, воспроизводимой устройством силы сопротивления в паре трения, при достижении d, в момент

t(J,,) сила трения покоя не достигает максимальнои величины Т (фиг.4в, Т ), поэтому скачка силы трения при переходе в режим скольжения не наблюдается.

T(t) = при 1сРI) Р,; 25

Тскяап г (t) ст =К1 + þ"

Тск -Щ. где Ф вЂ” предельное предварительное смещение;

T „ - максимальная сила сопротивления при относительном скольжении элементов пары трения;

Кр — коэффициент пропорциональнОсти

f — коэффициент трения пары; ,t . — моменты времени начала и конца j-ro интервала интег1 рирования, соответствующие моментам реверса элементов пары (Sgn l> PSgnd >, t к,0);

С. С . - начальные условия интегрироУ ) вания на j-м интервале;

Х вЂ” коэффициент жесткости идеального контакта (без учета диссипации энергии);

К, K > - коэффициенты петли гистерезиса.

Выбором K

Например, при тангенциальном смещении подвижного элемента без вибрации со скоростью, изменяющейся во времени по графику на фиг. 4а, при достижении предельного предваритель30

40

50

0 при Ю() >0;

Sgnd (t) = 0 при Р(й) =0;

-1 при Х() <О; 20

Т

К 4Я Р.+(К,Ю.-К вЂ” ) Sgnd (t)+C . при )d 1c d

Формула изобретения

Устройство для моделирования силы трения, содержащее первый и второй источники постоянных напряжений, первый и второй интеграторы с ограничением, блок формирования скорости трения, первый вход которого соединен с выходом рвого интегратора с ограничением, .орой вход — с выходом второго интегратора с ограничением, а выход подключен к .информационному входу второго интегратора с ограничением, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьпдения точности, в него введены первый и второй компараторы, первый и второй инверторы, первый и второй блоки умножения и блок деления, вход делимого которого соединен с входами задания скорости относительного перемещения элементов пары трения устройства, вход делителя блока деления подключен к выходу первого источника постоянного навряжения, выход блока деления соединен с информационным входом первого интегратора с ограничением и с третьим входом блока формирования скорости силы трения, выход первого интегра-,ора с ограничением подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого соединен с вы-ходом первого источника постоянного напряжения, а выход является выходом формирования предварительного смещения устройства, выход второго интегратора с ограничением подключен к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго источника постоянного напряжения, а выход второго блока умножения является выходом формиро-, ! 543427 вания силы трения устройства, выход второго источника постоянного напряжения подключен к первому сигнальному входу первого компаратора и к входу первого инвертора, выход которого соединен с первым сигнальным входом второго компаратора, выход первого источника постоянного напряжения подключен к первому входу сравне ния и второму сигнальному входу второго компаратора и входу второго инвертора, выход которого подключен к первому входу сравнения и второму сигнальному входу первого компарато-, 1 ра, выход первого блока умножения соединен с вторыми зходами сравнения первого и второго компараторов, первый и второй выходы первого компаратора подключены соответственно к первым входам задания ограничения первого и второго интеграторов, с ограничением, вторые входы задания ограничения которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго компаратора.! 543427

1543427

Составитель В. Геча

РедактоР Л.ПчолинскаЯ ТехРед g Ä ык Корректор В Гирняк

Заказ 402 Тираж 555 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород„ ул. Гагарина, 101