行為建模在單拐曲軸設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

林勇++史慶春

摘 要：行為建模包括定義行為特征，評(píng)估模型的可行性、靈敏度或優(yōu)化程度，多目標(biāo)設(shè)計(jì)研究等。以曲軸零件的中心定位為例，介紹了運(yùn)用Creo強(qiáng)大的建模技術(shù)評(píng)估模型靈敏度的具體情況，了解了更改設(shè)計(jì)對(duì)象后對(duì)有關(guān)方面造成的影響，從而實(shí)現(xiàn)滿足多重設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：行為建模；靈敏度；可行性研究；多目標(biāo)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.077

行為建模功能是PTC軟件中特有的功能，它是一個(gè)功能的擴(kuò)展模塊。CAD軟件不僅能夠用于造型，還能用于智能設(shè)計(jì)，尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

1 Creo的行為建模功能

利用行為建模技術(shù)的自動(dòng)求解能夠在最短的時(shí)間內(nèi)找到滿足工程標(biāo)準(zhǔn)的最佳設(shè)計(jì)，建立非幾何的行為特征，比如質(zhì)心、質(zhì)量等。

Creo的行為建模模塊可以對(duì)模型進(jìn)行多方面的分析，并將分析結(jié)果反饋到模型中，以便能夠及時(shí)修改設(shè)計(jì)。在此過程中，可以將導(dǎo)出值包含在參數(shù)特征中，再反過來利用它們控制和生成其他模型的幾何圖形。

2 行為建模的步驟

行為建模主要有模型特征分析、可行性優(yōu)化性分析、多目標(biāo)設(shè)計(jì)研究3個(gè)步驟。創(chuàng)建模型參數(shù)的目的是要分析設(shè)計(jì)優(yōu)化或可行的參數(shù)，并分析模型；可行性研究和最優(yōu)化分析是根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算出的特殊尺寸值，尋找出可行的最佳解決方案；多目標(biāo)設(shè)計(jì)研究是專門用來處理因設(shè)計(jì)變量與設(shè)計(jì)約束相矛盾時(shí)出現(xiàn)眾多設(shè)計(jì)目標(biāo)的情況，它能夠?qū)ふ页鰹閿?shù)不多的解決方案。

3 行為建模技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

以圖1所示的單拐曲軸零件為例，通過行為建模，在設(shè)計(jì)階段讓曲軸的質(zhì)心坐標(biāo)和回轉(zhuǎn)中心快速地重合，以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.1 問題

為了達(dá)到靜平衡，曲軸的質(zhì)心必須與它的旋轉(zhuǎn)中心重合。雖然不能改變曲軸的旋轉(zhuǎn)軸，但是，可以通過改變平衡塊的形狀和大小或局部質(zhì)量，縮短曲軸質(zhì)心坐標(biāo)與旋轉(zhuǎn)軸之間的距離。

3.2 具體操作步驟

在Creo Parametric中創(chuàng)建圖1所示的三維模型。創(chuàng)建模型時(shí)，要讓曲軸的旋轉(zhuǎn)軸與系統(tǒng)坐標(biāo)的X軸重合。在創(chuàng)建分析特征時(shí)，獲得模型的質(zhì)心坐標(biāo)XCOG、YCOG、ZCOG，如表1所示。

通過分析表1中所列的質(zhì)心位置可知，沿著質(zhì)心和原點(diǎn)方向增加材料或減少材料可以改變質(zhì)心的位置，比如，要想改變平衡塊的夾角和半徑，可以改變YCOG值；在平行塊的圓周方向鉆孔，可以改變ZCOG值。下面，就嘗試修改模型來改變質(zhì)心坐標(biāo)。在Creo Parametric中創(chuàng)建可行性/優(yōu)化分析，并按圖2所示內(nèi)容來設(shè)定。圖2中，d7、d8、d145、d152分別代表平衡塊的夾角、半徑、平衡塊圓周方向孔的夾角和深度。其取值范圍如圖2（可以根據(jù)需要修改）所示。

點(diǎn)擊圖2中的“計(jì)算”按鈕，經(jīng)過系統(tǒng)迭代計(jì)算（默認(rèn)迭代步數(shù)為50，可以修改迭代步數(shù)和收斂精度，本例采用系統(tǒng)默認(rèn)值），迭代到38步時(shí)優(yōu)化成功。點(diǎn)擊圖2中的“關(guān)閉”按鈕，系統(tǒng)提示“是否需要保存優(yōu)化結(jié)果”，選擇“保存”選項(xiàng)。

優(yōu)化結(jié)果為：d7=132°，d8=80.9329，d145=23.0460°，d152=20.質(zhì)量屬性信息如圖3所示，則確認(rèn)YCOG、ZCOG已經(jīng)優(yōu)化成功。

4 結(jié)束語

利用三維軟件的行為建模技術(shù)和內(nèi)建的聰穎模型設(shè)計(jì)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，即使面臨許多設(shè)計(jì)變量、限制條件和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，工程師仍可以獲得最佳的解決方案。行為建模技術(shù)可以為設(shè)計(jì)師提供更有效率、適應(yīng)性更強(qiáng)的方式來解決工程問題。

與傳統(tǒng)的、手工反復(fù)操作的方法相比，行為建模的自動(dòng)處理有很多優(yōu)點(diǎn)。有了這個(gè)強(qiáng)大的功能，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新就會(huì)更好。