Устройство для моделирования упруговязкой фрикционной пары

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании систем с парами трения, например в системах с релаксационными колебаниями. Цель 1Х!зобретекия - повышение точности. Для достижения поставленной цели в устройство введены формирователь зоны нечувствительности, блок выделения модуля,- г^нвертор, суммирующий усилитель, апериодическое звено, ключевой элемент, функциональный преобразователь зависимости коэффициента трения от скорости скольжения и перемножитель, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

17800О1 (5ь С 06 ъз 7/ l8

ГОСУДАРСТВЕ1-НОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОЬРЕ"Г ЕНИЯ (ы ("" - (Щ (, () ) (21) 4808781/24 (22) 02.04.90 (46) 07,12.92. Вюл. f+ 45 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.И.Чикалов, E.B.KQë÷åB и O,В.Писковатская (56) Авторское свидетельство СССР

М 1399779, кл. 6 06 С 7/48, 1989, Авторское свидетельство СССР

hL 1003109, кл. 6 06 6 7/48, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ MOPEЛИРОВАНИЯ

УПРУГОВЯЗКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПАРЫ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для использования при моделировании систем с парами трения, особенно систем с релаксационными колебаниями, Известно устройство для моделирования силы трения, содеожащее вход и выход по сигналам, пропорциональным соответственно скорости относительного перемещения элементов пары и с.лле сопротивления этой пары, два интеграсумматора, сумматор, два инвеотора, два блока умножениг, два ключа и четыре источника постоянных нап ряжений, соответствующих максима":ьной силе трения покоя v. скольжения и предварительному смещению.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для моделирования муфт трения, принятое за прототип, которое содержит ин Гегратор, ьыход которого является выходом устройства, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход послед(57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании систем с парами трения, например в системах с релаксационными колебаниями. Цель изобретения — повышение точности. Для достижения поставлен .îé цели в устройство введены формирователь зоны нечувствительности, блок Выделения модуля, инвертор, суммирующий усилитель, апериодическое звено, ключевой элемент, функциональный преобразОВатель заВисимости коэффициента трения от скорости скольжения и перемножитель. 1 ил. него соединен с Входом двухполупериодчого выпрямителя. выход которого подключен к первым входам соответственно второгo и третьего сумматоров, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго источников постоянного напряжения, выхол, второго суммато"„а подключен к первому входу блока деления, Bbtxop которогo coeplhlleH c TpeTB иь; входом третьего сумматора, Выход последнего подключен к первому входу блока

Ql ран . че!! Ия и Y. Входу il! BepTQpe, выход KOTQpolo соединен с BTQpûì ВХОдом блока ОГраничения, первый и Второй входы которого подключены соответственно к выходу и Входу интегратора, Вход последнего соединен с первыми Выводаьчн перБОГО и ВторОГО масштабных резисторов, вторые Выводы которых соединены соответственно с первым и вторь.м входами устройства. кроме того, в него введены дополнительные интегратоо и сумматор, третий и четвертый источники постоянного напряжения и релейный усилитель, выход которого подключен к входу

178ОО91

1О 5

ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО MHT8f PBTGP3, ВЫХОД ПОследнеГО соединен с первым ВхОдОм допОлНИТВЛЬНОГО C /ÌMßTGPß, ВЫХОД КОТОРОГО пОд1(лючен к второму Входу блОка деления, Выходы третьего и четвертого источников постоянного напряжения соединены соотВетственно с первым ВходОм релейноГО усилителя, с Вторым Входом дополнительнОГG сумматора, третий вход котОООГО подклю -.ен .(Выходу второго источника постоянно.::.", Напряжения, выход двухполупериодного

ВЫПРЯ ЛИТЕЛЯ СОВДИНЕН С ВТорЫМ ВХОДОМ Р8 лейного усилителя.

ОснОВным нед(>статкОГл этОГО JCTpoAcT ва является;о, что в нем не предусмотрена

БОэможность jj÷8T3 диссипации энерГии В прОцессе Г|р8дварительнОГО упруГОГО смещения, кроме —îãà,,вид зависимостей коэффициента трения от скорости скольжения контактирующих поверхностей ограничен классом гиперболических функций что обусловлено применением для этих целей блока деления, Целью изобретения является повышени= точности моделирования упруговязких

—::3ð трения.

Поставленная цель достигается тем, что устро icTBO садер>кащее кн-егратор, 6

;ель отоицательной связи которого вклгс,-t8H пеовый ФОрмирователь зоны нечувстви:-. л ьноcтй, Вход и нте Г ратО ра я Вл я ется .-..-,0301-: задания скорости скольжения ус",ройс -ва, вход и ðâî-о блока Выделения модчля соединен. с Входом задания скоро,Ty: сколь> (ения устройстВ3, 3 ВыхОд с Входом релейного элемента, первый и второй сум,3TopII, первый инвертор. Входом и вь.хсдом подключенный соответственно к перВому и BTopoMJJ вхОдам задания уроВня ограничения первого формирователя зоны нечувствительности и два источника постоянного напряжения, введены масштабирующее звено, второй формирователь зонь: нечувствительности, второй блок выделения модуля, второй инвертор, суммируюmèé усилитель, в цепь обратной связы которого включен ограничивающий стабилотрон, апериодическое звено, в цепь Обратной связи которого включен

ОГраничивающий диод, ключевой элемент, функциональный преобразователь зависимости коэффициента трения от скорости скольжения и перемножитель, выход которого соединен со входом первого инвертора и первым входом задания уровня ограничения второго формирователя эоны нечувстВительности, второй вход задания уровня ограничения которого подключен к выходу первого инвертора, вход масштабирующего звена подключен к входу задания скорости

26

3G

5О

55 скольжения устройства, а выход — к первому входу первого сумматора, в цепь отрицательной обратной связи которого включен второй формирователь зоны нечувствительности, второй вход f!epBof-o сумматора соединен свых,одом интегратора, выход первого сумматора соединен со входом второго блока выделения модуля, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом релейного эл-;. мента выход первого инвертора подкл;о- .Вн х третьему входу суммирующего усилителя, четвер-ый вход (GTGpof соединен с Bbfxoдом первого источника постоянного напрякения, Выход суммиоующего усилителя подключен к первому управляющему входу ключевого элемента и входу второго инвертора, выход I(GTopofo соединен с вторым управля,ощим входом ключевого элемента, информационный вход которого соединен с выходом первого блока Выделения модуля, Выход суммирующего усилителя подключен к первому входу апериодического звена, второй вход которого соединен с выходом второго источника постоянного напряжения. Выхсд ключевого элемента через функциональный преобразоват8ль заВисимости коэффициента трения от скорости скольжения подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом апериодического звена, Выход второго сумматора подключен к первому входу перемножыеля, второй вход которого подключен к входу силы нормального давления устройства, выход первого сумма — îðà является выходом устройства.

Введение новых признаков существенно повышает точность оделирования, так как позволяет учесть потери энергии,обусловленные вязким трением в упругих элементах фрикционной пары.

На черте>ке приведена структурная схема устройства, совмещенная с0 структурной схемой набора модели на АВМ.

Устройство для моделирования упругоВязкой фэикционнОЙ пары состоит из интеГратора 1, в цепь Обратной отрицательной связы которого включен формирователь эоны нечувствительности 2. Вход интегратора

1 является входом задания скорости скольжения устройства, Масштабирующее звено

3 своим входом соединено с входом интегратора 1, а Выходом — с первым входом перво-о сумматора 4. Второй вход последнего псдключен к выходу интегратора 1, Выход первого сумматора 4 является выходом устройства, на котором формируется сигнал

F, пропорциональный силе, передаваемой ведомсму элементу фрикцыонной пары, Б

1780091

25 цепь обратной отрицательной связи первого сумматора 4 включен второй формирователь зоны нечувствительности 5. Первые и вторые входы задания уровней ограничения первого 2 и второго 5 формирователей зон нечувствительности объединены, К полученным общим точкам соответственно входом и выходом подключен первый инвертор

6. Первый блок выделения модуля 7 своим входом соединен с входом интегратора 1, а выходом — с входом релейного элемента 8 и. информационным входом ключевого элемента 9. Суммирующий усилитель 10 первым своим входом подключен к выходу второго блока выделения модуля 11. Вход последнего соединен с выходом первого сумматора 4. Второй вход суммирующего усилителя 10 подключен к выходу релейного элемента 8, третий его вход соединен с выходом первого инвертора 6, а четвертый — с первым источником постоянного напряжения 12. В цепь отрицательной обратной связи суммирующего усилителя 10 включен ограничивающий стабилитрон 13. Первый управляющий вход ключевого элемента 9 соединен непосредственно с выходом суммирующего усилителя 10, а второй — через второй инвертор 14. Выход ключевого элемента 9 через функциональный преобразователь зависимости коэффициента трения от скорости скольжения 15 подключен к первому входу второго сумматора 16, второй вход которого соединен с выходом апериодического звена 17. Первый вход апериодического звена 17 подключен к выходу суммирующего усилителя 10, а второй — ко второму источнику постоянного напряжения 18. В цепь отрицательной обратной связи апериодического звена 17 включен ограничивающий диод 19. Выход второго сумматора 16 подключен к первому входу перемно>кителя 20, второй вход которого подключен к входу силы нормального давления Й устройства.

Устройство работает следующим образом, При поступлении на вход устройства сигнала пропорционального скорости относительного движения элементов фрикционной пары V<, он через интегратор 1 и масштабирующее звено 3 поступает на входы первого сумматора 4, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный силе взаимодействия элементов пары F, Если при этом его уровень не превысил соответствующее текущему моменту времени значение силы трения FT, величина силы взаимодействия определяется выражением

F=С j Vcdt+ P Vc+С..

0 где F> - С V

Fb = PV — демпфирующая сила вязкого трения;

С„ — постоянная интегрирования, соответствующая упругому смещению элементов пары, предшествовавшему моменту подачи на вход сигнала Vc.

Одновременно сигнал V через первый блок выделения модуля 7 поступает на информационный вход ключевого элемента 9 и вход релейного элемента 8. При этом выходной сигнал последнего нейтрализует влияние на работу суммирующего усилителя 10 первого источника постоянного напряжения 12, в результате чего суммирующий усилитель 10 переходит в режим сравнения сигналов пропорциональных модулю силы взаимодействия, элементов пары трения

IFI и текущему значению максимально достижимой силы трения FT между контактирующими элементами пары, поступающих на его первый и третий входы с выходов первого инвертора 6 и второго блока выделения модуля 11 соответственно. При достижении равенства между ними. на выходе суммирующего усилителя 10 благодаря наличию ограничивающего стабилотрона - 13 формируется напряжение постоянного уровня 02 протиповоположное по знаку напряжению второго источника питания 18.

Это напряжение непосредственно и через второй инвертор 14 поступает на управляющие входы ключевого элемента 9, открывая его информационный вход. В результате, сигнал пропорциональный I V от скорости скольжения 15, обеспечивая на его выходе изменение сигнала от значения 1 (0) до величины 1 (Ч ), соответствующей поданному на вход сигналу Ч,. Одновременно на выходе апериодического звена 17 происходит изменение составляющей коэффициента трения, зависящей от времени покоя-скольжения f2(t). Причем, благодаря наличию ограничивающего диода 19, этот сигнал изменяется от уровня 2нач < 2макс

on редел яемого дл и тел ьностью предшеству-. ющего состояния взаимного покоя элементов фрикционной пары до fz =О. Оба сигнала

f<(V<) и fz(t) суммируются вторым сумматором 16 и в виде результирующего коэффи"> 780091 циента трения f = f){vc) + >2{ ) подаются на первый вход блока перемножения 20, на второй вход которого поступает сигнал,пропорциональный силе нормального давления N. Напряжение, пропорциональное допустимой силе трения FT = (f>(V) + fg(t)).К с выхода блока перемножения 20 непссредственно и через первый инвертор 6 поступает на Входы задания уровней ограничения первого 2 и второго 5 форминавателей зан нечУвстви ельнасти. Зто пОзе,Оляет обеспечить поддержание выходных сигналов интегратора 1 и первого сумматора 4 на уровне, не превышающем величину

FT, так как включение в их цепи Обратных связей -, рвога 2 и второго 5 формирователей зон нечувствительности создает на их базе операционные блоки с управляемым ограничением координат. Необходимость ВВсдения ограничения координат как на первом сумматоре 4, так и на интеграторе 1 вызвана тем, что на начальном этаг>е движения в процессе упругой деформации действует не толька упругая сила Fy, »G и

ДемпфируЮщая Fs, чта приваДит K тому, чта, в первую очередь, предельного значения

I достигает сигнал на выходе первого сумма

Оаа 4, В Дальнейшем, уже в процессе начавшеГася скольжения контактир) ющих пар, происходит "дожатие" упругага эл.:;18>" т"" да уровня c!tl! трения.

-Р 0 р м у л а и 3 а б р 8 T 8 >-> è ÿ устройства для моделирования упруговязкай фрикцианнай пары, содержащее интагра Gp, в цепь Обратной отрицательной связи катарагс включен первый формировател= зоны нечувствительности, вход интегратора является входом задания скорости скольжения устройства, вход первого блока выделения модуля соединен с входом задания скорости скольжения устройства, а выход — с входом релейного элемента, первый и второй сумматоры, первый инвертор, входам и выходОМ подключенный cGGTBBTcT венно к первому и второму входам задания уровня ограничения первого формирователя зоны нечувствительности, и два источника постоянного напряжения. а т л и ч а >ощ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены масштабируюшее звено, второй формирователь зоны нечувствительности, второй блок выделения моду10

)> ь

ОП

30 Г

50 ля, второй инвертор, суммирующий усилитель, в цепь обратной связи которого включен ограничивающий стабилитрон, апериодическое звено, в цепь обратной связи которого включен ограничивающий диод, ключевой элемент, функциональный преобразователь зависимости коэффициента трения от скорости скольжения и перемножитель, выход которого соединен с входом первого инвеатора и первым входом задания уровня ограничения второго формирователя зоны нечувствительности. второй вход задания уровня Ограничения которого подключе>-; к выходу первого инвертара, вход масштабирующего звена подключен к входу задания скорости скольжения устройства, а выход — к первому входу первого сумматора, в цепь атрицаГельнай обратной св зи которого включен второй формирователь зоны нечувствительности, второй вход первого сумматора соединен с выходом первого интегратора, выход первого сумматора соединен с входам второго блока выделения модуля, выход каTGp0>0 соединен с первым входом суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом релейно>с элемента, выход первого инвертара подключен к

1Р8ГЬ= У ВХОДУ C)"ММИP !OÙBÃG УСИЛИТ8ЛЯ. четвертый вход которого соединен с выходам пеаьОГО источника пастаяннОГО напряжен >я, выход суммиру>ощега усилителя

-!Gäêë ачен к первому управляющему входу лючевага элемента и входу второго инвертора, Bbixop l<070pO>.0 соединен с вторым управля сщим входом ключевого элемента, информационный вход каторага соединен с вь:ходом первого блока выделения модуля, выход суммирующего усилителя падкл>ачен к первому входу апериодическага звена, второй вход которого соединен с выходам второго источника постоянного напряжения, выход ключевого элемента через функцианальчый преобразователь зависимости коэффициента трения ат скорости скольжения подключен к первому входу второго сумма Ора, второй вход которого саедине;- с выходом апериодическага звена, выход второго сумматора подключен к первому входу перемнажителя, второй вход котарага подключен к входу силы нормальнага давления ycTpGACTBG, выход первого суммаTGPB ЯВЛЯ8ТСЯ Bb>XGPG, !!> УСТРО ICTBB.

1780091 (Составитель В.Чикалов

Техред М,Моргента/1

Корректор Н,Слободяник

Редактор

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

Заказ 4437 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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