Engineering
Freilauf
Treiben Sie ein Rad über einen Rollenfreilauf an: Die Rollen nehmen das Spiel auf, keilen mit einem als Verlust verbuchten Stoß fest und treiben; hören Sie auf zu treten — das Rad rollt gegen die Last weiter, und die Rollen laufen in dieser Richtung ohne Moment frei; treten Sie wieder schneller als das Rad und messen Sie die Spielaufnahmezeit; öffnen Sie den Keilwinkel weiter, als die Reibung hält, und die Rollen rutschen.
Was passiert
Eine Hinterradnabe: Die Kurbeln treiben den Innenring mit Rampen, zwischen Rampen und Außenring liegen Rollen, der Außenring trägt das Rad. Überholt der Eingang, rollen die Rollen über den Spielwinkel β die Rampen hinauf und keilen fest — das Rad nimmt sofort die Eingangsdrehzahl an, und die Energie ½·J·Δω², die nirgends hin kann, geht in den Rollen verloren; dann treibt der Freilauf starr, solange das vom Rad verlangte Moment positiv ist. Wird der Eingang langsamer, rollen die Rollen zurück, und das Rad rollt gegen viskosen Widerstand und Rollwiderstand aus. Rollen auf Rampen mit dem Keilwinkel α halten nur, solange tan(α/2) den Reibwert nicht übersteigt; steilere Rampen rutschen. Semi-implizites Euler mit 0,1 ms mit Haftzustand für den Rollwiderstand.
Zum Ausprobieren
Treten Sie, dann halten Sie an und sehen Sie das Rad bei null Moment weiterrollen; treten Sie schneller als das Rad und lesen Sie die Spielaufnahmezeit ab; öffnen Sie den Keil über die Reibung — nichts wird übertragen.
Das Modell und seine Grenzen
Ideale einseitige Kopplung mit unelastischem Festkeilen und festem Spiel; keine Rollenelastizität, keine federbelasteten Rollen, kein Schleppmoment in Treibrichtung außer dem viskosen Glied. Lehrfreilauf.
Gleichungen des Moduls
Gleichungen tan(α/2) ≤ μ t_takeup = β/(ω_in − ω_out) Q = ½·J·(ω_in − ω_out)² J·dω_out/dt = T − b·ω_out − T_r
