[发明专利]传动系建模器

说明书

一种用于设计传动系的计算机辅助工程的方法包括步骤：创建传动系的单个参数化描述；使用一个或者多个故障模式来分析针对性能的参数化描述；以及通过修改参数化描述和重复分析步骤来优化性能。

技术领域

本发明涉及使用计算机辅助工程(CAE)来设计传动系，传动系包括由包括内燃机、变速箱、发电机、电机、飞轮、电池、燃料箱、超级电容器、离合器、齿轮、泵、轴杆、用于风扇的叶片、直升机、航空器、风力涡轮机、车辆等的子组件组成的系统，并且该子组件由轴杆、外壳、活塞、叶片、齿轮、轴承、离合器、转子、定子等构成。本发明还涉及组成传动系的组件的设计。术语“传动系”包括术语“传动系统”和“动力系统”。

背景技术

设计传动系是复杂和耗时的。工程师需要在制作传动系之前知道它适用于的用途，并且为了确定这一点，使用各种分析方法来确定判断性能或者故障可能性、继而优化以改变产品定义，以便最大化产品性能。通过数学仿真或者其它方法、比如基准测试(与相似产品比较)进行的分析通常是在计算机程序中执行的，并且计算机辅助工程(CAE)领域已经基于这一意图而发展。

设立对于给定的故障模式或者性能方面的分析的过程需要创建系统、子组件和部件的模型。因此，该过程变成(i)建模、(ii)分析和(iii)优化之一。故障模式包括什么构成在性能方面的故障。

需要在设计过程中考虑产品性能的不同方面、包括(但不限于)：车辆/产品性能、能量/燃料效率/经济性、废气排放、在空间约束内封装、成本、重量、结构偏转以及应力、耐久性和疲劳、可制造性、热性能、可听噪声生成、由于动态输入负荷所致的机械故障、对用户和/或环境不利的动态负荷生成、速度和速率改变以及与控制系统的令人满意的交互。

为了评估这些不同故障模式和性能方面，使用不同数学分析方法并且这些需要系统的由不同数据构成的不同模型。作为结果，通常具体为每个故障模式构建用于该故障模式的CAE模型。在图1中图示这一点。实际上，经常具体出于评估给定的故障模式的目的而开发CAE包。

预测每个部件或者子系统的性能经常需要不同的计算算法。部件和子系统也经常由不同部门或者公司设计和制造。因此，对该部件或者系统的仿真经常单独聚焦于部件或者子系统而忽略或者简化与其它部件或者子系统发生的交互。结果可能是产品性能的不准确预测。

与经历瞬时创建时刻相比，系统的设计作为过程的结果而演变。定义设计的参数中的一些参数是在过程的开始定义的；直至结束才定义其它参数。

作为结果，在设计过程中的不同阶段执行产品性能的不同分析。并非所有方法在开始时是可能的。通常，在产品定义为轻时，仅相对简单分析是可能的，并且其仅朝着可能是更复杂的分析的设计过程的结束。

另外，对于相同故障模式，可以在设计过程中及早地执行简单分析，然后可以对于相同故障模式在以后执行更复杂分析，因为产品定义更成熟并且包含更大保真性。

因此，可见不同模型具有不同目的并且被使用在设计过程中的不同阶段。单个模型定义不能用于传动系的完整设计和优化，并且各有其不同特征以及不同长处和弱点的不同模型在设计过程的不同阶段中和由不同工程设计专业人员使用。

这意味着设计者团队将使用多个分离应用用于分析传动系的性能。为了在不同复杂性水平分析模型，他们将需要使用分离应用用于相同性能测量。此外，适合用于对于一个性能测量的数学分析的模型将不适合用于另一性能测量。设计团队的每个成员将需要运用他或者她自己的知识和经验以知道(i)选择什么应用、(ii)使用什么模型和准确性水平以及(iii)需要什么分析以得到希望的结果。

此外，用户将在描述旋转机器组件的信息(输入数据)仅有益于简单分析时使用详细分析存在风险；这可能造成分析中的错误，而用户可能不知道。

另外，由于人工地创建模型，并且在不同应用中，描述旋转机器组件的信息(产品定义)的改变未和经常不能变成被级联到在不同应用中运行的其它分析。