10. Логические и коммутационные элементы
10.1. KMD
Командоаппарат с вращательной степенью свободы и управляющим сигналом на выходе
Рисунок 10.1 — Компонент KMD в библиотеке «Линейная механика 1D».
Назначение
Компонент предназначен для формирования управляющего сигнала при достижении подвижным механическим элементом заданного углового положения.
Обозначение
Компонент моделирует командоаппарат (концевой выключатель) с вращательной степенью свободы и используется для реализации логики конечных автоматов и алгоритмов управления, зависящих от положения механизма.
Порты
| Обозначение порта | Тип | Наименование |
|---|---|---|
| In | base.DOF1 | Порт 1 вращения флажка конечного выключателя |
| Base | base.DOF1 | Порт 2 крепления выключателя |
| Out | base.DOF1 | Порт управления |
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| FIOF | base.real | Верхняя граница угла срабатывания | 0.0 |
| FION | base.real | Нижняя граница угла срабатывания | 0.0 |
Параметры состояния (statelist)
| Название | Тип | Описание |
|---|---|---|
| state1 | base.real | Состояние выхода |
| state2 | base.real | Время начала перехода выхода в другое состояние |
Описание
Компонент контролирует угол поворота флажка конечного выключателя относительно его основания и формирует управляющий сигнал на выходном порту Out .
Диапазон углов срабатывания задается параметрами FION и FIOF . При достижении контролируемым элементом заданного положения на выходе формируется сигнал, который может использоваться для переключения состояний конечного автомата, запуска последовательности действий или формирования логических условий в модели.
Текущее состояние выходного сигнала хранится во внутреннем параметре state1 . Параметр state2 содержит время последнего изменения состояния выхода.
Компонент не оказывает механического воздействия на систему и используется только для контроля положения и формирования управляющих сигналов.
10.2. KVK
Путевой конечный выключатель с логическим сигналом на выходе
Рисунок 10.2 — Компонент KVK в библиотеке «Линейная механика 1D».
Назначение
Компонент предназначен для формирования логического сигнала при достижении подвижным элементом заданного положения.
Обозначение
Компонент моделирует путевой конечный выключатель и используется для контроля положения механических элементов, а также для формирования управляющих воздействий и переключения состояний конечных автоматов.
Порты
| Обозначение порта | Тип | Наименование |
|---|---|---|
| Port1 | base.DOF1 | 1D механический порт, перемещение флажка конечного выключателя |
| Port2 | base.DOF1 | 1D механический порт, корпуса выключателя |
| Port3 | base.DOF1 | 1D механический порт, логический выход |
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| SOF | base.real | Верхняя граница интервала срабатывания, м | 0.1 |
| SON | base.real | Нижняя граница интервала срабатывания, м | 0.1 |
Параметры состояния (statelist)
| Название | Тип | Описание |
|---|---|---|
| state1 | base.real | Состояние выхода |
| state2 | base.real | Время начала перехода выхода в другое состояние |
Описание
Компонент отслеживает относительное перемещение флажка конечного выключателя относительно его корпуса и формирует логический сигнал на выходе.
Интервал срабатывания задается параметрами SON и SOF , определяющими нижнюю и верхнюю границы контролируемого положения.
Выходной сигнал может использоваться для организации алгоритмов управления, переключения состояний конечных автоматов, задания условий выполнения операций и формирования логических событий в модели.
Текущее состояние логического выхода хранится во внутреннем параметре state1 . Параметр state2 содержит время начала последнего изменения состояния выхода.
Точная логика формирования выходного сигнала определяется внутренним алгоритмом компонента.
11. Преобразователи координат и размерностей
11.1. SX13D
Упругая связь, позволяющая передать перемещение между одномерным и пространственным элементами вокруг заданной пространственной оси
Рисунок 11.1 — Компонент SX13D в библиотеке «Линейная механика 1D».
Назначение
Компонент предназначен для передачи линейного перемещения между одномерным механическим элементом и пространственным телом через упругую связь, действующую вдоль заданного направления в пространстве.
Обозначение
Компонент реализует упругую связь между одномерной степенью свободы и пространственным механическим узлом. Направление передачи перемещения задается двумя точками в пространстве, определяющими ось действия связи.
Порты
| Обозначение порта | Тип | Наименование |
|---|---|---|
| Port1 | base.DOF1 | 1D механический порт, 1D узел перемещения. Первый элемент |
| Port2 | base.Point | 3D механический порт, 3D узел. Второе тело |
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| Flag | base.int | Признак следящей нагрузки | 1 |
| K | base.real | Жесткость связи, Н/м | 1e6 |
| pointA | pXYZ | Координаты первой точки вектора линейного перемещения, м | 0,0,0 |
| pointB | pXYZ | Координаты второй точки вектора линейного перемещения, м | 1,0,0 |
Описание
Компонент обеспечивает упругую связь между одномерным механическим узлом и пространственным телом. Передача перемещения осуществляется вдоль направления, задаваемого вектором, проходящим через точки pointA и pointB .
Жесткость связи определяется параметром K . При относительном перемещении связанных элементов в направлении заданной оси возникает упругое усилие, пропорциональное величине деформации связи.
Параметр Flag определяет режим следящей нагрузки. При его активации направление действия усилия может изменяться в соответствии с текущим положением пространственного тела.
Компонент применяется при построении комбинированных моделей, в которых необходимо связать одномерные механические элементы с пространственными объектами через заданное направление передачи нагрузки.
11.2. KNO13D
Осевой элемент преобразования движения 1D–3D (3D–1D)
Рисунок 11.2 — Компонент KNO13D в библиотеке «Линейная механика 1D».
место для рисунка компонента KNO13D
Назначение
Компонент предназначен для передачи поступательного движения и усилия между одномерными и пространственными механическими элементами вдоль заданной пространственной оси.
Обозначение
Компонент реализует упругую осевую связь между одномерной и пространственной механическими подсистемами. Связь действует вдоль направления, определяемого двумя точками в пространстве.
Порты
| Обозначение порта | Тип | Наименование |
|---|---|---|
| p3A | base.XYZ | 3D поступательные степени свободы точки A по осям OX, OY, OZ |
| p3B | base.XYZ | 3D поступательные степени свободы точки B по осям OX, OY, OZ |
| A1D | base.DOF1 | 1D поступательная точка A |
| B1D | base.DOF1 | 1D поступательная точка B |
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| K | base.real | Осевая жесткость элемента, Н/м | 1e6 |
| PointA | base.pXYZ | Начальные координаты точки A по осям OX, OY, OZ | 0.,0.,0. |
| PointB | base.pXYZ | Начальные координаты точки B по осям OX, OY, OZ | 1.,0.,0. |
Рабочие параметры (worklist)
| Название | Тип | Описание |
|---|---|---|
| Deformation | base.real | Величина деформации элемента, м |
| Force | base.real | Осевая сила в элементе, Н |
Описание
Компонент обеспечивает упругую связь между одномерной и пространственной механическими моделями. Деформация определяется как относительное перемещение связанных точек вдоль оси, заданной координатами PointA и PointB .
Возникающая в элементе осевая сила пропорциональна деформации и определяется коэффициентом жесткости K .
Элемент может использоваться для сопряжения одномерных и пространственных моделей, когда необходимо передавать перемещение и усилие между различными типами механических подсистем.
11.3. P1DTP2D
Преобразование 1D ЛСК в 2D ЛСК
Рисунок 11.3 — Компонент P1DTP2D в библиотеке механических преобразований координат.
Назначение
Компонент предназначен для преобразования координаты одномерной локальной системы координат (1D ЛСК) в координаты двумерной локальной системы координат (2D ЛСК).
Обозначение
Компонент выполняет преобразование положения точки из одномерного пространства в двумерное в соответствии с параметрами новой локальной системы координат.
Порты
| Обозначение порта | Тип | Наименование |
|---|---|---|
| In | base.DOF1 | Координаты в глобальной СК |
| Out | base.Point2d | Координаты в новой СК |
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| LCS0 | — | Начальное положение новой СК | [0,0,1,0] |
Описание
Компонент преобразует одномерную координату, поступающую на входной порт In, в координаты точки в двумерной локальной системе координат и передает результат через порт Out.
Положение новой локальной системы координат задается параметром LCS0. Преобразование используется для сопряжения одномерных механических моделей с компонентами, работающими в двумерном пространстве.
11.4. LCSCenterPointPoint
Локальная система координат по центру и двум точкам
Рисунок 11.4 — Компонент LCSCenterPointPoint в библиотеке преобразования координат.
Назначение
Компонент предназначен для задания локальной системы координат по положению центра и двум точкам, определяющим направление оси.
Обозначение
Компонент формирует локальную систему координат на основе координат центра и двух точек, задающих направление локальной оси.
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| Center0 | — | Начальное положение новой СК | 0,0 |
| Point1 | base.real | Точка 1 на оси | 0,0 |
| Point2 | base.real | Точка 2 на оси | 1,0 |
Описание
Компонент используется для построения локальной системы координат, положение которой определяется координатами центра Center0, а ориентация — двумя точками Point1 и Point2, задающими направление локальной оси.
Локальная система координат может применяться при построении моделей, требующих задания собственного базиса отсчета для элементов, нагрузок или измерительных компонентов.
11.5. LCSCenterVector
Локальная система координат по направляющему вектору и центру
Рисунок 11.5 — Компонент LCSCenterVector в библиотеке преобразования координат.
Назначение
Компонент предназначен для формирования локальной системы координат по положению центра и направляющему вектору, задающему ориентацию оси системы координат.
Обозначение
Компонент создает локальную систему координат, положение которой определяется координатами центра, а ориентация — заданным направляющим вектором.
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| Center0 | — | Начальное положение новой СК | 0,0 |
| Vector | base.real | Направляющий вектор | 1,0 |
Описание
Компонент используется для задания локальной системы координат, определяемой положением центра и направлением одной из осей. Положение системы координат задается параметром Center0, а ориентация — параметром Vector.
Полученная локальная система координат может использоваться другими компонентами модели для задания направлений движения, действия нагрузок, измерений и преобразования координат.
11.6. P1D
Объект привязки в 1D пространстве
Рисунок 11.6 — Компонент P1D в библиотеке преобразования координат и связей между пространствами.
Назначение
Компонент предназначен для задания точки привязки в одномерном пространстве и связывания одномерного механического узла с локальной системой координат.
Обозначение
Компонент представляет объект привязки, определяющий положение узла в одномерном пространстве относительно заданной локальной системы координат.
Порты
| Обозначение порта | Тип | Наименование |
|---|---|---|
| Node | base.DOF1 | Узел1 |
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| LCS | — | Локальная система координат | default |
| point | — | Точка позиции в 1D пространстве | 0.0 |
Описание
Компонент используется для задания положения одномерного механического узла в локальной системе координат. Параметр point определяет координату точки привязки в одномерном пространстве, а параметр LCS задает локальную систему координат, относительно которой определяется положение узла.
Компонент не обладает собственными механическими свойствами и применяется как вспомогательный геометрический объект при построении моделей, содержащих одномерные механические элементы.
12. Специальные элементы
12.1. PODP
Подпятник
Рисунок 12.1 — Компонент PODP в библиотеке механических соединений.
Назначение
Компонент предназначен для моделирования подпятника — механического соединения, воспринимающего осевые нагрузки и передающего крутящий момент между поступательными и вращательными степенями свободы двух элементов.
Обозначение
Компонент моделирует контактное взаимодействие между двумя элементами соединения с учетом нормальной и крутильной жесткости, зазора и трения.
Порты
| Обозначение порта | Тип | Наименование |
|---|---|---|
| Port1 | base.DOF1 | 1D механический порт, поступательная степень свободы 1-го элемента соединения |
| Port2 | base.DOF1 | 1D механический порт, вращательная степень свободы 1-го элемента соединения |
| Port3 | base.DOF1 | 1D механический порт, поступательная степень свободы 2-го элемента соединения |
| Port4 | base.DOF1 | 1D механический порт, вращательная степень свободы 2-го элемента соединения |
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| C | base.real | Приведенная нормальная жесткость контакта, Н/м | 1e7 |
| G | base.real | Приведенная крутильная жесткость контакта, Н·м/рад | 1.0 |
| h | base.real | Начальный зазор, м | 0.0 |
| mu | base.real | Приведенный коэффициент трения | 0.0 |
| r | base.real | Средний радиус соединения, м | 0.01 |
Описание
Компонент моделирует механическое соединение типа подпятника между двумя элементами. Соединение учитывает контакт по поступательной степени свободы и передачу вращательного движения через контактную поверхность.
При возникновении контакта между элементами формируются нормальные контактные силы, определяемые приведенной нормальной жесткостью C. Передача крутящего момента между вращательными степенями свободы обеспечивается крутильной жесткостью G и зависит от геометрических параметров контакта.
Параметр h задает начальный зазор между контактирующими поверхностями. Параметр mu определяет влияние трения в контакте, а параметр r используется для расчета взаимодействия по вращательной степени свободы через средний радиус контактной поверхности.
12.2. FixedBlock
Модель неподвижного блока с массами на нерастяжимых нитях по краям
Рисунок 12.2 — Компонент FixedBlock в библиотеке механических устройств.
Назначение
Компонент предназначен для моделирования неподвижного блока с двумя грузами, соединенными нерастяжимой нитью, перекинутой через блок.
Обозначение
Компонент реализует механическую систему типа машины Атвуда, состоящую из неподвижного блока и двух масс, соединенных нерастяжимой нитью. Перемещение одной массы вызывает соответствующее перемещение второй массы в противоположном направлении.
Порты
| Обозначение порта | Тип | Наименование |
|---|---|---|
| p1 | base.DOF1 | Точка 1 |
| p2 | base.DOF1 | Точка 2 |
Пользовательские параметры
| Параметр | Тип | Описание | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|
| Vector | — | Направляющий вектор 1D движения относительно плоскости | 0,1 |
| m1 | base.real | Масса 1 | 1 |
| m2 | base.real | Масса 2 | 1 |
| p1 | — | Начальное положение массы 1 | 0,0 |
| p2 | — | Начальное положение массы 2 | 0,1 |
| rBall | — | Радиус шара | 0,1 |
Описание
Компонент моделирует систему из двух масс m1 и m2, соединенных нерастяжимой нитью, перекинутой через неподвижный блок. Перемещения масс связаны между собой кинематическим соотношением, обусловленным постоянством длины нити.
Параметры p1 и p2 задают начальные положения грузов. Параметр Vector определяет направление движения масс относительно плоскости модели. Параметр rBall задает радиус блока (шкива), используемого для визуализации и определения геометрии системы.
Компонент может использоваться для моделирования подъемных механизмов, систем противовесов и учебных задач динамики, основанных на машине Атвуда.