行为建模在单拐曲轴设计中的应用

林勇++史庆春

摘 要：行为建模包括定义行为特征，评估模型的可行性、灵敏度或优化程度，多目标设计研究等。以曲轴零件的中心定位为例，介绍了运用Creo强大的建模技术评估模型灵敏度的具体情况，了解了更改设计对象后对有关方面造成的影响，从而实现满足多重设计的目标。

关键词：行为建模；灵敏度；可行性研究；多目标设计

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.077

行为建模功能是PTC软件中特有的功能，它是一个功能的扩展模块。CAD软件不仅能够用于造型，还能用于智能设计，寻找最优的设计方案。

1 Creo的行为建模功能

利用行为建模技术的自动求解能够在最短的时间内找到满足工程标准的最佳设计，建立非几何的行为特征，比如质心、质量等。

Creo的行为建模模块可以对模型进行多方面的分析，并将分析结果反馈到模型中，以便能够及时修改设计。在此过程中，可以将导出值包含在参数特征中，再反过来利用它们控制和生成其他模型的几何图形。

2 行为建模的步骤

行为建模主要有模型特征分析、可行性优化性分析、多目标设计研究3个步骤。创建模型参数的目的是要分析设计优化或可行的参数，并分析模型；可行性研究和最优化分析是根据系统计算出的特殊尺寸值，寻找出可行的最佳解决方案；多目标设计研究是专门用来处理因设计变量与设计约束相矛盾时出现众多设计目标的情况，它能够寻找出为数不多的解决方案。

3 行为建模技术的应用实例

以图1所示的单拐曲轴零件为例，通过行为建模，在设计阶段让曲轴的质心坐标和回转中心快速地重合，以达到设计目标。

3.1 问题

为了达到静平衡，曲轴的质心必须与它的旋转中心重合。虽然不能改变曲轴的旋转轴，但是，可以通过改变平衡块的形状和大小或局部质量，缩短曲轴质心坐标与旋转轴之间的距离。

3.2 具体操作步骤

在Creo Parametric中创建图1所示的三维模型。创建模型时，要让曲轴的旋转轴与系统坐标的X轴重合。在创建分析特征时，获得模型的质心坐标XCOG、YCOG、ZCOG，如表1所示。

通过分析表1中所列的质心位置可知，沿着质心和原点方向增加材料或减少材料可以改变质心的位置，比如，要想改变平衡块的夹角和半径，可以改变YCOG值；在平行块的圆周方向钻孔，可以改变ZCOG值。下面，就尝试修改模型来改变质心坐标。在Creo Parametric中创建可行性/优化分析，并按图2所示内容来设定。图2中，d7、d8、d145、d152分别代表平衡块的夹角、半径、平衡块圆周方向孔的夹角和深度。其取值范围如图2（可以根据需要修改）所示。

点击图2中的“计算”按钮，经过系统迭代计算（默认迭代步数为50，可以修改迭代步数和收敛精度，本例采用系统默认值），迭代到38步时优化成功。点击图2中的“关闭”按钮，系统提示“是否需要保存优化结果”，选择“保存”选项。

优化结果为：d7=132°，d8=80.9329，d145=23.0460°，d152=20.质量属性信息如图3所示，则确认YCOG、ZCOG已经优化成功。

4 结束语

利用三维软件的行为建模技术和内建的聪颖模型设计目标驱动，即使面临许多设计变量、限制条件和设计准则，工程师仍可以获得最佳的解决方案。行为建模技术可以为设计师提供更有效率、适应性更强的方式来解决工程问题。

与传统的、手工反复操作的方法相比，行为建模的自动处理有很多优点。有了这个强大的功能，产品的设计创新就会更好。