Устройство для моделирования коэффициента трения (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования механических систем с парами трения, коэффициенты трения которых зависят от величины скорости относительного скольжения и от продолжительности периодов относительных покоя и движения элементов этих пар с учетом одинаковых постоянных времени экспоненциальных процессов изменения коэффициентов статического трения в эти периоды.

Известно устройство для моделирования коэффициента трения, содержащее двухполупериодный выпрямитель с инвертором, три сумматора, операционный Усилитель с ограничителем в цепи обратной связи, интегрирующую цепочку и блок деления, воспроизводящее основные из известных зависимостей коэффициентов трения от скорости относительного скольжения с учетом влияния времени продолжительностей периодов относительных покоя и движения элементов моделируемой пары трения 1 .

Недостатком данного устройства является то, что применение нелинейного блока деления отрицательно влияет на точность моделирования пар тре ния.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее диодный .выпрямительный мост, в одну диагональ которого включен инвертор, вход которого является входом устройства, а вершина другой диагонали диодного выпрямительного моста соединена с управляющими входами двух ограничителей, опор ные входы которых подключены к соответствующим источникам опорного напряжения, а выходы ограничителей соединены с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом устройства 2.

Недостатком известного устройства является невозможность воспроизводить как Падающую, так и горбатую зависимость коэффициента трения от скорости с учетом влияния продолжительности периодов относительных покоя и движения элементов моделируемой пары трения.

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных воз можностей устройства за счет воспроизведения падающей и горбатой характеристик коэффициента трения движения от скорости с учетом экспоненциальной зависимости коэффициента статического трения от продолжительности периодов относительных покоя и движения элементов пары трения при одинаковых постоянных времени этих периодов,

Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования

коэффициента трения, содержащее диодный выпрямительный мост, в диагональ которого включен инвертор, выводы диодного выпрямительного моста подключены к управляющим входам соответственно первого и второго элементов, ограничения, информационный вход первого из которых соединен с выходом первого источника опорного напряжения, выходы первого и второго элементов ограничения подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого является выходом устройства, вход которого соединен с соответствующим выводом диодного выпрямительного моста, введены дополнительный инвертор, второй, третий и четвертый источники опорного напряжения, блок ограничения и интегратор, выход которого подключен непосредственно к третьему входу сумматора, а через дополнительный инвертор - к информационному входу второго элемента ограничения, управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока ограничения, первый и второй информационные входы которого подключены к выходам соответственно второго и третьего источников опорного напряжения, выход блока ограничения соединен с первым входом интегратора, второй вход которого подключен к выходу четвертого источника опорного напряжения.

Пс второму варианту в устройство для моделирования коэффициента трения, содержащее диодный выпрямительный мост, в диагональ которого включен инвертор, выводы диодного выпрямительного моста подключены к управляющим вхсзиам соответственно первого и второго элементов ограничения, информационный вход первого из которых соединен с выходом первого источника опорного напряжения, выходы первого и второго элементов ограничения подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого является выходом устройства,вход которого соединен с соответствукядим выводом диодного выпрямительного моста, введены второй,третий и четвертый источники опорного напряжения, блок ограничения и интегратор, которого соединен с третьим входом сумматора и с информационным входом второго элемента ограничения, управляющий вход которого подключен к управляющему входу блока ограничения, первый и второй информационные входы которого соединены с выходами соответственно второго и третьего источников опорного напряжения, выход блока ограничения подключен к первому входу интегратора, второй.вход которого соединен с выходом четвертого источника опорного напряжения.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты предлагаемого устройства.

Устройство содержит диодный выпрямительный мост 1 с инвертором 2, эле менты .4 ограничения, сумматор 5, дополнительный инвертор б, интегратор 7, блок 8 ограничения и источники 9-12 опорного напряжения. Кроме того, диодный выпрямительный мост 1 содержит диоди -13, инвертор 2 содержит операционный усилитель 14 и.резисторы IS, sjieMeHjTU 3 и 4 ограничения содержат резисторы 16 и диоды 17, сумматор 5 содержит операционный усилитель 18 и резисторы 19. Инвертор б содержит операционный усилитель 20 и резисторы 21, Интегратор 7 содержит операционный усилитель 22, конденсатор 23 и резисторы 24. Блок 8 ограничения содержит диоды 25 и резисторы 26.

Устройство .работает следующим образом.

/Напряжение с входа устройства, пропорциональное скорости относительного скольжения элементов моделируе мой пары трения, после вьтрямления на диодном мосте 1 в виде .напряжения, пропорционального модулю скорости, одной полярности через первый ограничительный элемент 3, моделирующий зону нечувствительности с постоянным опорным напряжением от источника Э, пропорциональным скорости конца зоны граничного трения, подается на первый вход сумматора 5, а другой- полярности через ограничительный элемент 4 с переменным опорным напряжением от дополнительного инвертора б подается на второй вход сумматора 5. Одновременно напряжение с одной из вершин выходной диагонали диодного выпрямительного Моста, поступает на блок 8 ограничения и далее на интегратор 7 с постоянными опорными напряжениями от разнополярных источников 10 и 11 опорного напряжения, пропорциональными максимальному изменению коэффициента статического трения от времени в периоды относительных покоя или движения элементов пары трения. Напряжение с выхода бграничителя 8 через интегратор 7 подается непосредственно на третий вход сумматора 5 и через дополнительный инвертор

6 на опорный вход второго ограничительного элемента 4.

Последняя связь выхода интегратора 7 с опорным входом второго ограничительного элемента 4 обеспечивает определенную стабильность минимальных значений падающей зависимости ко эффициента трения движения от скороС ти относительного скольжения в зоне граничного трения. Кроме того, на

0 второй вход интегр атора 7 подается постоянное напряжение от источника . 12, пропорциональное экстремальному значению Коэффициента статического трения. В результате алгебраического

5 суммирования поступающих напряжений на выходе сумматора 5,-т.е. на выходе устройства вырабатывается напряжение, пропорциональное коэффициенту трения или с падающей,-или горбатой характеристикой зависимости от его величины

0 скорости с учетом экспоненциальной зависимости коэффициента статического трения от продолжительности периодов относительных покоя и движения элементов пары трения при одинаковых

5 постоянных времени этих периодов.

Переход от одного вида характеристики зависимости коэффициента треиия движения от скорости к другой, например от падающей к горбатой , обеспечи0вается переключением управлякщего входа ограничителя 8 инге.гратора 7 на другую вершину выхрдной диагонали диодного моста 1, исключением дополнительного инвертора 6 (во втором ва5рианте) с непосредсфвенньмподключением выхода интегратора 7 к опорному входу второго ограничительного элемента 4 и изменением полярности напряжения источника 12. Воспроизведе0ние- отмеченных зависимостей коэффициента Т1$ения расширяет фуикциональиые возможности устройства.

Предлагаемое устройство по сравме

нию с прототипом позволяет шире ис5пользовать аналоговые вычислительные машины для моделирования механйчес- , ких систем с парами треиия. Наибольший эффект может бкггь получен при моделировании иа наиболее простых

0 и, следовательно, на наиболее дешевых аналоговых вычислительных машинах.

1, Устройство для моделирования коэффициента трения, содержащее диодный выпрямительный мост, в диагональ которого включен инвертор, выводы диодного выпрямительного моста подключены к управляющим входам соответственно первого и второго элементов ограничения, информационный вход первого иэ которых соединен с выходом первого источника опорного напряжения, выходы первого и второго элементов ограничения подключены соответственно к первому и второму входам суммахора, выхрд которого является выходом устройства, вход которого соединен о соответствующим выводом диодного выпрямительного моста, о т л ич а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный инвертор, второй, третий и четвертый источники опорного напряжения, блок ограничения и интегратор, выход которого подключен непосредственно к третьему входу сумматора, а через дополнительный инвер|тор - к ийформационному. входу второго элемента од-раничения, управляюций вход которого соединен с управляющим входом блока ограничения, первый и . второй информационные входы которого подключены к выходам соответственно второго и третьего источников опорного напряжения, выход блока ограниче-с ния соединен с первым входом интегратора, второй вход которого подключав к выходу четвертого источника опорного напряжения. 2. Устройство для моделирования коэффициента трения, содержащее диодный выпрямительный мост, в диагональ которого включен инвертор, выводщ . диодного выпрямительного моста под- , ключены к управляющим входам соответственно первого и второго элементов {ограничения, инфориЯационный вход пер-, вого /из которых соединен с выходом первого источника опорного напряже,ния, выходы первого и второго элёмёН(тов ограничения подключены сЬответстйенно к первому и второму входам сум1матора, выход которого является выходом устройства, вход которого соеди нен с соответствующим вывсщст диодно-. |Го выпрямительного моста, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй, третий и четвертый источники опорного напряжения, .блок ограничения и интегратор, выход кото|Ё ого соеР динен с третьим входом сукматора и с . информационным входом второхч элемен 0 та ограничения, управлякпшй вход ко:о торого подключен к управляк) вХо,ду блока ограничения, первый и в то рой информационные входы которого соединены с выходами соответственно второго и третьего источников опорного напряжения, выход блока ограничения подключен к первому входу интег ратора, второй вход которого соединен с выходом четвертого источника опорного напряжения.