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图1 solidworks最优化设计步骤

创建分析特征，是参数化建模前的关键一步。分析特征是属于基准特征的一种，常用的分析特征类型有测量、模型、几何和关系等。

敏感度分析可以用来分析当给定设计变量在指定范围内发生变化时，优化目标的变化趋势，显示两变量间的关联程度，X 表示设计变量，Y 轴表示设计目标，便于设计师在较短时间内寻找到设计变量与设计目标的关联性。敏感度分析可以为后续的可行性和最优化分析、多目标设计研究提供设计变量的合理范围。

可行性和最优化分析可以使系统计算出尺寸值，使模型能够满足某些用户指定约束，系统会寻找到可行的最佳解决方案。可行性研究是分析模型在给定的变量范围内是否有可能达到设计目标值的方法，对于多个变量同时参与的模型，可能有多种参数的组合可以达到设计目标值，但软件一旦找到其中的任一种组合，便会认定目标可行并停止计算。而最优化分析则从达到设计目标值的多种参数的组合中找到最优的组合。使用优化和可行性分析时，系统所寻求的解答属局部解，为避免发生局部解，应使用多重目标设计研究。

多目标设计研究可以用来处理大量设计变量与设计约束相矛盾时，产生众多设计目标，经过过滤程序，使用不同方法分析试验数据、缩小范围，筛选出最佳、首选方案。

1、创建三维模型

参照扬州捷迈锻压机械有限公司JL36-630中偏心齿轮的工程图简化模型结构，以便对其配重设计，首先假定配重块的材质和齿轮材质相同，绘制偏心齿轮模型结果如图2：

图2 偏心齿轮三维模型

2、创建分析特征

从图2中偏心齿轮的配重尺寸可以看出，假设齿轮宽度不变，则配重块大小主要由径向尺寸180和角度尺寸30°，即径向尺寸和角度尺寸为主要设计变量。这里在solidworks设计算例表现出的结果设置如图3所示：

图3 设计算例变量设置

由图3可以看出，设置径向尺寸从160到180，步长取1，角度尺寸从15°到45°，步长为1时，总的活动情形有651种，故为简化缩短solidworks设计算例的运行，将角度尺寸不作为设计变量，即只设定径向尺寸为此次设计算例分析的特征尺寸。

3、设计算例分析

运用设计算例中传感器功能，可以添加以下四种传感器，即simulation数据、质量属性、尺寸及测量，其中simulation数据传感器可以添加很多目标值，比如simulation中的应力、位移、速度等；质量属性传感器可以添加质量、体积、表面积及质量中心；尺寸及测量传感器可以添加模型尺寸值和测量模型尺寸及属性。具体如图4所示：

图4 传感器类型及其相应属性

本次设计算例选用质量属性传感器中质量中心属性作为优化分析的设计目标。偏心齿轮的优化目标是使其达到静平衡的要求，且此模型是关于Y-O-Z平面对称，故质量中心X为0，无需调整，而质量中心Z在轴线方向，也无需调整，所以这里质量属性选着质量中心Y，当前值是在径向尺寸为180时的值为2.16987559mm，如图5所示：

图5 质量属性中质量中心Y

将设计算例的目标设定完成后，就可以单击运行进行模型目标优化，具体设置界面如图6所示：

图6 设计算例界面设置结果

之后，solidworks开始对21种情形依此进行赋值重建模型，并优化分析目标结果，具体优化过程如图7所示：

图7 设计算例优化过程

经过一段时间的优化，得出优化结果为第13个优化情形，取径向尺寸为172mm，则优化的质量中心Y为-0.03608mm，已近乎符合静平衡设计要求，如图8所示：

图8 设计算例优化结果

4、获取解决方案并改变模型参数

由图8的优化结果选取径向尺寸为172，鼠标右击优化（13）结果，则此尺寸值自动赋到模型中重建偏心齿轮模型，此时查看模型的质量属性可以发现重心Y已趋于0，如图9所示：

图9 优化后的偏心齿轮重心位置

5、优化结果分析

得到优化后的模型如图10所示：

图10 优化后的偏心齿轮

偏心齿轮的质量中心随配重块的径向尺寸的变化关系如图11所示：

图11 质量中心随径向尺寸值的变化关系图

对于模型的静平衡及配重块的设计，在工程中使用的程度非常广泛。利用solidworks的设计算例技术把约束条件通过参数化，将数学模型转化为适合求解的三维模型，简化设计过程，能在最短的时间内找到满足工程标准的最佳设计，提高了产品设计的可靠性，缩短了研发的周期。