О передаточном звене
Блок типа передаточное звено является алгебраическим блоком (не динамическим) и моделирует устройство типа зацепления двух зубчатых колёс.
Модель блока "Передаточное звено" реализует идеальное преобразование одного вращательного движения (угловой скорости) в другое вращательное движение (с другой угловой скоростью), с соответствующим изменением момента сил. Коэффициент пропорциональности между одним движением и другим назван "Передаточное число".
Например, это может быть пара зубчатых колес. Тогда передаточное число будет одним из параметров пары зацепления двух зубчатых колёс (шестерён), определяемым как соотношение числа зубьев большего зубчатого колеса к меньшему.
Поскольку модель передаточного звена является идеальной, здесь нет проскальзывания, и нет какой-то внутренней инерции у самого передаточного звена. Модель блока сделана по явной схеме (можно провести аналогию с явными схемами ворота) и не предполагает другого выбора. То есть, инерцию обеих зубчатых колес, или другого механизма, необходимо учесть с одной из сторон данного блока, а вторая сторона предполагает однозначную зависимость скорости движения и только силовое (моментное) воздействие на себя. С обеих сторон передаточного звена должно быть вращательное движение.
Постановка задачи
Предположим, что у нас есть идеальный двигатель, создающий момент порядка 20 Н·м при своем включении. Момент двигателя не зависит от его оборотов. Попробуем присоединить такой двигатель (или источник постоянного момента) через передаточное звено к вороту.
При этом, предположим что у нас есть два различных механизма с передаточным числом равным 2, и равным 6. И двигатель можно прикрепить к вороту через одно из таких звеньев. Направление вращения двигателя (его крутящего момента) противоположное по сравнению с вращением ворота под действием троса с ведром воды на конце (см. предыдущий пример). Оценим, насколько эффективен будет двигатель в одном и в другом случае.
Схематично, данную задачу можно представить в следующем виде:
Рисунок 1. Механическая схема ворота с передаточными звеньями
Подчеркнем, что у передаточного звена, и у представленных на рисунке "шестерен" нет собственной инерции! Всё, что делает модель передаточного звена - преобразует одно вращательное движение в другое с постоянным коэффициентом.
Итого, один и тот же момент, приложенный через передаточное звено с разным передаточным числом, будет оказывать разное динамическое воздействие на ворот и подвешенное ведро.
Реализация модели, моделирование и анализ результатов
Попробуйте самостоятельно набрать следующую расчетную схему, задав передаточные числа равными 2 и 6, и убедиться в том, что двигатель будет по-разному тормозить падающее ведро и поднимать ведро вверх (с разным ускорением):
Рисунок 2. Расчетная схема примера
Нижняя часть схемы полностью аналогична предыдущему примеру. В верхней части схемы к уравнению вращательного движения как бы добавлено еще два слагаемых - через передаточные звенья добавлено два внешних воздействия. Сами внешние воздействия идентичны и составляют 20 Н·м . Но, переданные с разными передаточными числами, эти одинаковые моменты преобразуются в 40 Н·м и 120 Н·м соответственно.
Приведем скриншот одного из момента моделирования, на котором представлены передающиеся по вращательным линиям связи сигналы.
Рисунок 3. Передаваемые сигналы в примере
Из рисунка видно, что скорость вращения ворота составляет 9.7 рад/с, а скорости вращения на линиях связи после передаточного звена - в 2 и в 6 раз выше (19.4 и 58.1 рад/с соответственно). Включен второй двигатель, и его момент 20 Н·м передается на ворот со значением 120 Н·м.
Таким образом, можно говорить что блок "Передаточное звено" является продолжением вращения одной инерции на схеме и все связанные с ним последующие линии связи - суть то же вращательное движение первой инерции. При помощи такого блока можно организовывать разветвленные передаточные системы с несколькими зацеплениями, но они будут являться просто различными "вариантами" одного и того же вращательного движения, находящегося со стороны входного порта в блок "Передаточное звено".
