第二章 RV減速器樣機(jī)的系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建
虛擬建模技術(shù)包含兩方面的內(nèi)容：一是幾何仿真，即機(jī)構(gòu)的幾何特性與裝配關(guān)系的仿真；二是性能仿真，即系統(tǒng)物理性能的仿真。幾何仿真是通過虛擬造型技術(shù)直觀、準(zhǔn)確地反映產(chǎn)品的幾何特征與裝配關(guān)系，進(jìn)而在設(shè)計(jì)早期就可預(yù)測(cè)系統(tǒng)干涉、檢驗(yàn)裝配缺陷，以便順利進(jìn)入下一步對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及靜態(tài)仿真的物理性能仿真中。物理建模是為幾何模型施加切合實(shí)際的物理特性，如約束、驅(qū)動(dòng)力、摩擦及剛度柔度等性能參數(shù)。合理的幾何仿真技術(shù)是性能仿真中優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提與基礎(chǔ)。
本課題在CAD/CAE/CAM(Computer Aided Design,Computer Aided Manufacturing)特征造型工具UG(Unigraphics Solutions）和PRO/E(PRo/ENGINEERING）、機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）和有限元分析軟件ANSYS集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)RV減速器進(jìn)行了研究，幾個(gè)應(yīng)用軟件將形成一體化的建模與仿真分析環(huán)境，即在UG或PRO/E中實(shí)施幾何仿真，在ADAMS與ANSYS中實(shí)施物理仿真。
2.1系統(tǒng)環(huán)境介紹
2.1.1 UG簡介
UG系美國EDS公司發(fā)布的、高度集成的CAD/CAEA/CAM/PMD高端產(chǎn)品，它以世界上具領(lǐng)先地位的虛擬實(shí)體造型引擎Parasolid為內(nèi)核，在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、裝配、工程制圖以及數(shù)據(jù)輸出等所有領(lǐng)域均有相應(yīng)的功能模塊的支持，尤其在實(shí)體造型方面有獨(dú)特的解決方案，是虛擬制造技術(shù)有力的支持工具之一。且在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實(shí)踐證明是強(qiáng)有力的，并被大多數(shù)CAD/CAM軟件廠商所采用。
2.1.2 PRO/E簡介
pro/engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司（parametric technology corporation，簡稱ptc)的產(chǎn)品。ptc公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。利用該概念開發(fā)出來的第三代機(jī)械CAD/CAE/CAM產(chǎn)品pro/engineer軟件能將設(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作，即實(shí)現(xiàn)所謂的并行工程。
pro/engineer系統(tǒng)主要功能如下：
(l）真正的全相關(guān)性，任何地方的修改都會(huì)自動(dòng)反映到所有相關(guān)地方。
(2）具有真正管理并發(fā)進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)并行工程的能力。
(3）具有強(qiáng)大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。
(4）容易使用，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。
pro/engineer系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設(shè)計(jì)思想與習(xí)慣。整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。
2.1.3 ADAMS簡介
ADAMS是美國MDI公司（現(xiàn)與MSC公司合并）的拳頭產(chǎn)品，由于該軟件采用了比較先進(jìn)的計(jì)算方法，大大縮短了計(jì)算時(shí)間，其精度也有相當(dāng)?shù)奶岣�，因此被廣泛地應(yīng)月到機(jī)械設(shè)計(jì)的各領(lǐng)域。很多軟件開發(fā)公司借鑒其設(shè)計(jì)思想，或直接利用其計(jì)算核心，加上適當(dāng)?shù)那�、后處理程序形成了專用軟件�?br>
作為數(shù)字化功能樣機(jī)技術(shù)的代表，ADAMS的主要功能有:
·豐富的分析功能：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析、靜態(tài)分析、準(zhǔn)靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析、靈敏度分析等；
·較完善的前后處理功能：簡單的建模功能；曲線（頻域和時(shí)域）、表格、圖形（包括動(dòng)畫）的輸出；
·可以對(duì)直接設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。如干涉檢驗(yàn)，軌跡校核、靈敏度分析等：
·可對(duì)已有的系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估。諸如振動(dòng)與噪音的分析等；
·可對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。如提出最佳的幾何結(jié)構(gòu)與裝配方案。
·有完善的檔案輸入輸出功能，如*.bin,*.cmd等可存儲(chǔ)模型的不同數(shù)據(jù)，能根據(jù)各自的需要靈活選擇。
2.1.4 ANSYS簡介
ANSYS是一專用的有限元分析工具。目前，有限元求解算法已經(jīng)比較成熟。因此本技術(shù)的應(yīng)用將有助于對(duì)機(jī)構(gòu)的載荷與邊界條件作出恰當(dāng)校核，預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)在強(qiáng)度與剛度上存在的致命缺陷，更重要的是它能準(zhǔn)確分析在不同工況下零部件的振動(dòng)模態(tài)與固有頻率，為虛擬樣機(jī)提供柔性元素，從而提高整個(gè)樣機(jī)的置信度。
ANSYS支持的圖形傳遞標(biāo)準(zhǔn)包括SAT、Parasolid以及STEP，并且與下面的CAD軟件有接口：Unigraphics、Pro/ENGINEER、I-Deas、Catia、CADDS、SolidEdge和Solidworks。它所支持的硬件平臺(tái)包括：Intel PC、SGI、HP、SUN、ALPH、IBM、CRAY等。
ANSYS有如下的技術(shù)特點(diǎn)及功能：
·能夠?qū)崿F(xiàn)多物理場(chǎng)（如結(jié)構(gòu)、溫度場(chǎng)、流暢、電磁場(chǎng)）之間耦合分析的有限元分析軟件。耦合指一耦合單元或物理環(huán)境中的分析結(jié)果可以作為其它“耦合單元”或“物理環(huán)境”的載荷約束，耦合可以是雙向的；
·強(qiáng)大的幾何非線形、材料非線形及單元非線形分析功能；
·豐富的網(wǎng)絡(luò)劃分工具，支持自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格、智能網(wǎng)格、自適應(yīng)網(wǎng)格等，以確保單元形態(tài)及求解精度；
·靈活、快速的求解器，由穩(wěn)定可靠的傳統(tǒng)波前求解器，也有高速、高精度的PCG求解器，專門用于BLOCKLANCZOS的特征值求解器等。
·完全交互式的前后處理和圖形軟件，大大減輕了用戶創(chuàng)建工程模型、生成有限元模型以及分析和評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果的工作量；
2.2應(yīng)用軟件間接口及選擇
一、各工具軟件之間的接口（如圖2-l所示）
1、ADAMS在與UG的通訊中利用了Parasolid核技術(shù)，通訊中零件的幾何位置及相互關(guān)系保持不變，并且零件的密度、質(zhì)量、慣量可完整無誤地傳遞。
2、Pro/e與ADAMS之間是通過Mechanism/Pro模塊進(jìn)行通訊的，Mechanism/Pro模塊是ADAMS公司為Pro/e軟件開發(fā)的一個(gè)專用模塊，用戶完成幾何模型的建造后可以不用退出Pro/e，直接在改環(huán)境下進(jìn)行簡單的系統(tǒng)仿真分析。
3、ANSYS公司新開發(fā)的AWE模塊可以讓UG中完成的幾何模型完整無誤地傳遞到產(chǎn)NAYS中（包含裝配關(guān)系），從而為數(shù)據(jù)的無縫傳遞奠定了基礎(chǔ)。
4、Pro/e與ANSYSI間可以直接通過ANSYS隔Connection進(jìn)行通訊。
5、通過ADAMS/Flex接口模塊，ADAMS可將載荷工況輸入到有限元分析程序ANSYS中，有限元程序的計(jì)算數(shù)據(jù)也可以返回ADAMS建立柔體模型。
二、軟件的選擇
以上四個(gè)軟件均是當(dāng)今比較流行且功能強(qiáng)大的大型CAD/CAE軟件，然而考慮到ADAMS的內(nèi)核就是Parasolid，從UG中導(dǎo)入ADAMS的模型包含了在UG里定義的密度、質(zhì)量等幾何屬性，不需作任何變更就可使用；而PRO/E與ADAMS間通過Mechanism/pro模塊進(jìn)行連接時(shí)存在較多的問題，經(jīng)過長時(shí)間的摸索才連通，且發(fā)現(xiàn)在PRO/E里南非先將各個(gè)零件定義為剛體，作為子裝配只能定義為一個(gè)剛體，可是像RV減速器這樣的大模型在裝配過程中不可避免地含有子裝配并且子裝配中的零件間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將其定義為一個(gè)剛體是錯(cuò)誤的，為此，本課題中采用了UG、ADAMS與ANSYS形成的分析平臺(tái)。
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