行為建模在單拐曲軸設計中的應用

林勇++史慶春

摘 要：行為建模包括定義行為特征，評估模型的可行性、靈敏度或優化程度，多目標設計研究等。以曲軸零件的中心定位為例，介紹了運用Creo強大的建模技術評估模型靈敏度的具體情況，了解了更改設計對象后對有關方面造成的影響，從而實現滿足多重設計的目標。

關鍵詞：行為建模；靈敏度；可行性研究；多目標設計

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：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，它是一個功能的擴展模塊。CAD軟件不僅能夠用于造型，還能用于智能設計，尋找最優的設計方案。

1 Creo的行為建模功能

利用行為建模技術的自動求解能夠在最短的時間內找到滿足工程標準的最佳設計，建立非幾何的行為特征，比如質心、質量等。

Creo的行為建模模塊可以對模型進行多方面的分析，并將分析結果反饋到模型中，以便能夠及時修改設計。在此過程中，可以將導出值包含在參數特征中，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、可行性優化性分析、多目標設計研究3個步驟。創建模型參數的目的是要分析設計優化或可行的參數，并分析模型；可行性研究和最優化分析是根據系統計算出的特殊尺寸值，尋找出可行的最佳解決方案；多目標設計研究是專門用來處理因設計變量與設計約束相矛盾時出現眾多設計目標的情況，它能夠尋找出為數不多的解決方案。

3 行為建模技術的應用實例

以圖1所示的單拐曲軸零件為例，通過行為建模，在設計階段讓曲軸的質心坐標和回轉中心快速地重合，以達到設計目標。

3.1 問題

為了達到靜平衡，曲軸的質心必須與它的旋轉中心重合。雖然不能改變曲軸的旋轉軸，但是，可以通過改變平衡塊的形狀和大小或局部質量，縮短曲軸質心坐標與旋轉軸之間的距離。

3.2 具體操作步驟

在Creo Parametric中創建圖1所示的三維模型。創建模型時，要讓曲軸的旋轉軸與系統坐標的X軸重合。在創建分析特征時，獲得模型的質心坐標XCOG、YCOG、ZCOG，如表1所示。

通過分析表1中所列的質心位置可知，沿著質心和原點方向增加材料或減少材料可以改變質心的位置，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心坐標。在Creo Parametric中創建可行性/優化分析，并按圖2所示內容來設定。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（可以根據需要修改）所示。

點擊圖2中的“計算”按鈕，經過系統迭代計算（默認迭代步數為50，可以修改迭代步數和收斂精度，本例采用系統默認值），迭代到38步時優化成功。點擊圖2中的“關閉”按鈕，系統提示“是否需要保存優化結果”，選擇“保存”選項。

優化結果為：d7=132°，d8=80.9329，d145=23.0460°，d152=20.質量屬性信息如圖3所示，則確認YCOG、ZCOG已經優化成功。

4 結束語

利用三維軟件的行為建模技術和內建的聰穎模型設計目標驅動，即使面臨許多設計變量、限制條件和設計準則，工程師仍可以獲得最佳的解決方案。行為建模技術可以為設計師提供更有效率、適應性更強的方式來解決工程問題。

與傳統的、手工反復操作的方法相比，行為建模的自動處理有很多優點。有了這個強大的功能，產品的設計創新就會更好。