行星摆线针轮减速机虚拟样机的建造与性能仿真
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摘要
新产品开发中物理样机的制造及实验的瓶颈问题引发了虚拟样机逐步替代物理样机
的技术革命。本文以工程应用的实际课题为背景，依托信息、仿真等高新技术，借助国际流
行的高端CAD／CAE／CAM／PDM软件，创建了UG-ADAMS-ANSYS三位一体的面向并行工
程的XW-8175-11型行星摆线针轮减速机构的虚拟样机建模与仿真环境，实现了数字化建模、
装配与虚拟样机仿真、分析的集成。
论文从以下几方面进行了分析与探讨：1、基于产品概念设计的参数化造型方法增强
了产品并行开发的能力，有利于把设计与造型两阶段溶为一体，从而在产品详细设计阶段开
发设计思路，缩短设计周期；2、探讨了在软件集成环境下（UG-ADAMS-ANSYS）复杂机
械系统虚拟样机实现的方法、手段及关键技术，并以行星摆线针轮减速机构为研究内容建立
了虚拟样机，最后仿真证明该样机具有一定的可靠性；3、仿真中笔者对该摆线针轮减速机
构进行了动力学分析，探索了关键部件承受的交变载荷情况及运动特征和不同载荷工况及短
幅系数k1对系统性能的影响，从而为今后系统优化及振动、噪音寿命的分析提供了重要的
数据信息，也为系统的有限元分析奠定了良好的基础；4、提出了一个操作性较强的行星摆
线针轮减速机结构体系，该系统对其它机械系统同样具有适用性。
该摆线针轮减速机构的虚拟样机模型及仿真结果已经由天津减速机总厂技术认定具
有较好可靠性与实用价值。
The bottle-neck problem of new products?manufacturing and experiment during
developing has raised the technical innovation of Virtual Prototype replacing Physical Prototype
step by step. Serving for practical project about engineering application, and based on new
technology of Information and Simulation, this article has built a Virtual Prototype Modeling and
Simulation Environment of the XW-8175-l 1 Planet-Cycloid Retarder using internationally
popular CAD/CAE/CAM/PDM software. Orienting Parallel Engineering and having integrated
UG, ADAMS and ANSYS, The environment has been realized to integrate Digital Modeling
assembly, simulation and analysis of the Virtual Prototype.
This article studies in the following aspects: 1.. Based on the theory of Product Notional
Design, parameterized modeling method extends the ability of parallel developing products ,which
contributes to merge two stages of design and modeling ,explores design thought ,and benefits to
cut off design period; 2~ Discussed the means and key technique used to build the Virtual
Prototype of complex mechanical system in the software-integrated environment
(UG-ADAMSA-NSYS) , and built the Virtual Prototype of Planet-Cycloid Retarder, which proved
to be reliable; 3 In the process of simulation, the author has dynamically analyzed the
Planet-Cycloid Retarder, and probe changed load and moment applied on key components, at last,
discussed influence on system performance by different working load and short-scope coefficient0
The work can provide important data for later system optimization as well as vibration, noise,
life-span, and give a good base for finite element analysis at the same time; 4~ Brought forward a
structure system of Planet-Cycloid Retarder, which is applicable to other mechanical systems to
some extent.
The Virtual Prototype Modeling and Simulation results of the Planet-Cycloid Retarder have
been technologically verified to have good reliability and application value by the General
Retarder factory of Tianj in.
的技术革命。本文以工程应用的实际课题为背景，依托信息、仿真等高新技术，借助国际流
行的高端CAD／CAE／CAM／PDM软件，创建了UG-ADAMS-ANSYS三位一体的面向并行工
程的XW-8175-11型行星摆线针轮减速机构的虚拟样机建模与仿真环境，实现了数字化建模、
装配与虚拟样机仿真、分析的集成。
论文从以下几方面进行了分析与探讨：1、基于产品概念设计的参数化造型方法增强
了产品并行开发的能力，有利于把设计与造型两阶段溶为一体，从而在产品详细设计阶段开
发设计思路，缩短设计周期；2、探讨了在软件集成环境下（UG-ADAMS-ANSYS）复杂机
械系统虚拟样机实现的方法、手段及关键技术，并以行星摆线针轮减速机构为研究内容建立
了虚拟样机，最后仿真证明该样机具有一定的可靠性；3、仿真中笔者对该摆线针轮减速机
构进行了动力学分析，探索了关键部件承受的交变载荷情况及运动特征和不同载荷工况及短
幅系数k1对系统性能的影响，从而为今后系统优化及振动、噪音寿命的分析提供了重要的
数据信息，也为系统的有限元分析奠定了良好的基础；4、提出了一个操作性较强的行星摆
线针轮减速机结构体系，该系统对其它机械系统同样具有适用性。
该摆线针轮减速机构的虚拟样机模型及仿真结果已经由天津减速机总厂技术认定具
有较好可靠性与实用价值。
The bottle-neck problem of new products?manufacturing and experiment during
developing has raised the technical innovation of Virtual Prototype replacing Physical Prototype
step by step. Serving for practical project about engineering application, and based on new
technology of Information and Simulation, this article has built a Virtual Prototype Modeling and
Simulation Environment of the XW-8175-l 1 Planet-Cycloid Retarder using internationally
popular CAD/CAE/CAM/PDM software. Orienting Parallel Engineering and having integrated
UG, ADAMS and ANSYS, The environment has been realized to integrate Digital Modeling
assembly, simulation and analysis of the Virtual Prototype.
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The work can provide important data for later system optimization as well as vibration, noise,
life-span, and give a good base for finite element analysis at the same time; 4~ Brought forward a
structure system of Planet-Cycloid Retarder, which is applicable to other mechanical systems to
some extent.
The Virtual Prototype Modeling and Simulation results of the Planet-Cycloid Retarder have
been technologically verified to have good reliability and application value by the General
Retarder factory of Tianj in.
引文
1、 宝钢减速器图册．机械工业出版社，1995． 8
2、 饶振刚．行星传动机构．北京：国防工业出版社，1994．
3、 张越今．汽车多体动力学及计算机仿真。吉林科学技术出版社，1998．
4、 王建军，李润芳．齿轮系统动力学的理论体系．中国机械工程，1998． vol 9，No．12
5、 陈学东，扬智强，刘刚．大型减速器齿轮传动系统的振动分析．机械工程学报，1998，vol 31． No．5
6、 王国强．实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践．西北工业大学出版社，1999
7、 王华倩．大型通用有限元分析软件--ANSYS．计算机辅助设计与制造，1998． NO．12：16-18．
8、 天津减速机总厂行星摆线针轮减速机8000系列使用手册，1998． 11
9、 姜建国，曹建中，高玉明．信号与系统分析基础．清华大学出版社，1995
10、 胡广书．数字信号处理--理论、算法与实现．清华大学出版社，1998
11、 朱华，黄辉宁，李永庆，梅文博编．随机信号分析．北京理工大学出版社，1997
12、 张旭．三维CAD基础知识与基本方法(二)．CAD/CAM计算机辅助设计与制造，2000． NO．2：84
13、 费景高．数字仿真模型的校核验证和测试(一)．计算机仿真，2000． NO．1：73-74．
14、 胡峰，孙国基，卫军胡．动态系统计算机仿真技术综述(I)--仿真模型．2000，vol 17，NO．1
15、 常兆光，王清河，宋岱才，何苏阳．随机数据处理方法．石油大学出版社，1997． 8
16、 高民．Unigraphics联系逆向工程和正向设计的纽带．CAD/CAM计算机辅助设计与制造， 2000． NO．2：47-49
17、 雷光.许洪基等主编．齿轮制造手册．机械工业出版社，1997． 12
18、 Keirouz W,et al. Integrating Parametric Geometry, Features, and Variational Modeling for Conceptual Design [A] . In Design Theory and Methodology [C] . American Society of Mechanical Engineers. New York, 1990． NO.3:l-9
19、 Unigraphics Solutions Training Manual Version 15． 0,Beijing Training Center.
20、 ADAMS User's Reference Manual,version 9． 0 , MDI
21、 ADAMS User's Reference Manual-Using ADAMS/Flex.version 9． 0 . MDI.
22、 Kontinuierliche und diskreie Verfahren der Praxis Springer-Verlag. DIE FORUIER-TRANSFORMATION IN DER SIGNAL VERARBEITUNG, 1978
23、 Ronald N.Bracewell Lewis M.Terman professor of Electrical Engineering Stanford University.The Fourier Transform and Its Applications . McGraw-Hill Book Company, 1986． NO.12
24、 雷永刚等．机械产品概念与设计：综述与分析．机械科学与技术，2000． Vol.19． NO．1：18-21
25、 陈晓川，张暴暴，冯辛安，刘晓冰．我国虚拟制造技术发展策略浅析．机械设计与研究，1999． 1．
26、 魏海燕．虚拟制造技术的相关概念及其应用．机械工程师，1999． NO．9．
27、 姜华．王涛．操晴．熊光楞，设计历史的建模方法．机械科学与技术，2000． VoL．19． NO．2：P.197～ 200
28、 USING THE ADAMS/VIEW FUNCTION BUILDER，MDI．
29、 廖伟志．ADAMS于空间碰撞关系建立的方法．台湾地区第一届ADAMS论文集，1999
2、 饶振刚．行星传动机构．北京：国防工业出版社，1994．
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7、 王华倩．大型通用有限元分析软件--ANSYS．计算机辅助设计与制造，1998． NO．12：16-18．
8、 天津减速机总厂行星摆线针轮减速机8000系列使用手册，1998． 11
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16、 高民．Unigraphics联系逆向工程和正向设计的纽带．CAD/CAM计算机辅助设计与制造， 2000． NO．2：47-49
17、 雷光.许洪基等主编．齿轮制造手册．机械工业出版社，1997． 12
18、 Keirouz W,et al. Integrating Parametric Geometry, Features, and Variational Modeling for Conceptual Design [A] . In Design Theory and Methodology [C] . American Society of Mechanical Engineers. New York, 1990． NO.3:l-9
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20、 ADAMS User's Reference Manual,version 9． 0 , MDI
21、 ADAMS User's Reference Manual-Using ADAMS/Flex.version 9． 0 . MDI.
22、 Kontinuierliche und diskreie Verfahren der Praxis Springer-Verlag. DIE FORUIER-TRANSFORMATION IN DER SIGNAL VERARBEITUNG, 1978
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27、 姜华．王涛．操晴．熊光楞，设计历史的建模方法．机械科学与技术，2000． VoL．19． NO．2：P.197～ 200
28、 USING THE ADAMS/VIEW FUNCTION BUILDER，MDI．
29、 廖伟志．ADAMS于空间碰撞关系建立的方法．台湾地区第一届ADAMS论文集，1999