CN111357004A - 传动系统设计器 - Google Patents

Abstract

一种用于对传动系统进行建模的计算机实现的方法。传动系统包括多个组件。该方法包括以下步骤：a)接收传动系统的参数描述；b)根据参数描述创建传动系统的摩擦学模型；c)使用摩擦学模型计算针对传动系统的一个或多个组件的一个或多个牵引系数；以及d)基于参数描述和一个或多个牵引系数来计算传动系统的性能度量。

Description

传动系统设计器

技术领域

本发明涉及使用计算机辅助工程(CAE)的传动系统的设计，并且具体地涉及润滑剂性能对设计的影响。

传动系统包括由多个组件组成的系统，这些组件可以包括内燃机、齿轮箱、变速器、传动轴、恒速接头、万向节、轴、差速器、电机、发电机、马达、飞轮、蓄电池、燃料箱、超级电容器、燃料电池、逆变器、转换器、离合器、齿轮、泵、轴杆、轴承座、活塞、叶片、轴承、转子、定子等。传动系统的应用可以包括车辆、涡轮机、船舶、飞机、直升机和风力涡轮机。

背景技术

传动系统的主要功能是传递机械旋转功率，而机电传动系统的主要功能也是将功率从电功率转换为机械功率，或者反之亦然。这需要以最小的功率损耗来尽可能高效地完成。

传动系统设计工程师必须在设计过程中充分发挥自己的能力以实现传动系统的这些关键设计目标：避免由于疲劳或磨损而导致的齿轮故障，避免由于疲劳而导致的轴承故障，使齿轮鸣音最小化，以及使传动系统效率最大化。

GB2506532A公开了一种方法，其中在单个参数模型中定义了传动系统的关键工程参数，包括形状、功能、操作条件和特性。在参数描述中定义这些参数，参数描述可以实现设计的快速重新定义，以允许根据多重性的物理仿真的结果，进行快速的设计-分析-重新设计的迭代。

发明内容

本发明是一种计算机实现的方法，该方法允许工程师通过仿真来理解机械或机电传动系统内的、变速箱、马达和电力电子设备这三个子系统中的任何一个或全部子系统的设计，从而可以通过设计修改来预测、了解和改进传动系统的性能。本发明专注于润滑剂如何影响诸如轴承打滑、齿轮啮合功率损耗和轴承阻力等物理性能方面。

本发明向设计工程师提供了对润滑剂的影响、及其如何影响传动系统性能的其他方面的见解，从而可以优化设计并且确认其以先前无法实现的生产率适用。将新产品推向市场可以节省时间和金钱，也可以解决现有产品中的问题。最重要的是，存在进一步保护人的生命的潜力。

根据第一方面，提供了一种用于对传动系统进行建模的计算机实现的方法，该传动系统包括多个组件，该方法包括以下步骤：

a)接收传动系统的参数描述；

b)根据参数描述创建传动系统的摩擦学模型；

c)使用摩擦学模型计算针对传动系统的一个或多个组件的一个或多个牵引系数；以及

d)基于参数描述和一个或多个牵引系数中的一者或两者，来计算传动系统的性能度量。

创建摩擦学模型可以包括以下步骤中的一个或多个步骤：

使用来自参数描述的数据来运行动态模型以便确定动态数据；

通过处理动态数据和参数描述来确定润滑剂薄膜厚度参数；

基于润滑剂薄膜厚度参数确定润滑状态；

标识适合于所确定的润滑状态的牵引模型；以及

处理牵引模型、参数描述和动态数据以计算牵引系数的至少子集。

计算性能度量可以包括构建性能度量模型。该方法可以进一步包括：创建摩擦学模型并且构建性能度量模型使得摩擦学模型和性能度量模型具有共同的结构。

该方法可以进一步包括：

将性能度量与一个或多个循环结束条件进行比较；以及

如果一个或多个循环结束条件不满足，则：

基于性能度量更新参数描述。

该方法可以进一步包括以下步骤中的一个或多个步骤：

根据参数描述创建传动系统的热模型；

使用热模型计算针对传动系统的一个或多个组件的温度分布；以及

基于温度分布和一个或多个牵引系数中的一者或两者，来计算传动系统的性能度量。

该方法可以进一步包括：根据参数描述并且还基于温度分布来创建传动系统的摩擦学模型。

该方法可以进一步包括：根据参数描述并且还基于一个或多个牵引系数来创建传动系统的热模型。

该方法可以进一步包括以下步骤中的一个或多个步骤：基于参数描述和温度分布，来确定由热分布引起的传动系统的一个或多个组件的偏转；以及

基于一个或多个牵引系数和所确定的一个或多个组件的偏转中的一者或两者，来计算传动系统的性能度量。

该方法可以进一步包括以下步骤中的一个或多个步骤：

根据参数描述创建传动系统的效率模型；

使用效率模型计算效率度量；

基于效率度量和一个或多个牵引系数中的一者或两者，来计算传动系统的性能度量。

该方法可以进一步包括：根据参数描述并且还基于一个或多个牵引系数来创建传动系统的效率模型。

该方法可以进一步包括以下步骤中的一个或多个步骤：

根据参数描述创建传动系统的热模型；

使用热模型计算针对传动系统的一个或多个组件的温度分布；

基于温度分布和一个或多个牵引系数中的一者或两者，来计算传动系统的性能度量。

该方法可以进一步包括：根据参数描述并且还基于一个或多个牵引系数和/或效率度量，来创建传动系统的热模型。

该方法可以进一步包括：根据参数描述并且还基于针对传动系统的一个或多个组件的温度分布，来创建传动系统的效率模型。

该方法还可以包括以下步骤中的一个或多个步骤：

根据参数描述创建传动系统的结构模型；

基于结构模型确定传动系统的一个或多个组件的偏转；以及

基于一个或多个牵引系数和所确定的一个或多个组件的偏转中的一者或两者，来计算传动系统的性能度量。

该方法可以进一步包括：根据参数描述并且还基于所确定的一个或多个组件的偏转，来创建传动系统的摩擦学模型。

该方法可以进一步包括以下步骤中的一个或多个步骤：

根据参数描述创建传动系统的热模型；

使用热模型计算针对传动系统的一个或多个组件的温度分布；

可选地，还基于温度分布来计算传动系统的性能度量。

该方法可以进一步包括：根据参数描述并且还基于温度分布来创建传动系统的结构模型。

该方法可以进一步包括以下步骤中的一个或多个步骤：

根据参数描述创建传动系统的效率模型；

使用效率模型计算效率度量；

可选地，还基于效率度量来计算传动系统的性能度量。

该方法可以进一步包括：还基于以下各项中的一项或多项来创建传动系统的效率模型：温度分布、牵引系数和所确定的一个或多个组件的偏转。

传动系统可以包括至少一个轴承。该方法可以进一步包括以下步骤中的一个或多个步骤：

使用摩擦学模型并且还基于温度分布和动态数据中的一者或两者，来计算针对传动系统的一个或多个组件的一个或多个牵引系数；

基于传动系统的参数描述，以及牵引系数和动态数据中的一者或两者来计算温度分布；

基于传动系统的参数描述，以及温度分布和牵引系数中的一者或两者来计算动态数据；以及

基于以下各项中的任何一项或全部来计算传动系统的轴承打滑性能度量：参数描述、一个或多个牵引系数、动态数据和温度分布。

传动系统可以包括至少一个轴承。该方法可以进一步包括以下步骤中的一个或多个步骤：

基于参数描述构建和运行轴承的解析模型以确定轴承打滑图；

基于打滑图标识跨轴承的操作范围的操作点；

针对标识出的操作点并且还基于温度分布和动态数据中的一者或两者，使用摩擦学模型来计算针对传动系统的一个或多个组件的一个或多个牵引系数；

基于传动系统的参数描述，以及牵引系数和动态数据中的一者或两者来计算温度分布；

基于传动系统的参数描述，以及温度分布和牵引系数中的一者或两者来计算动态数据；以及

基于以下各项中的任何一项或全部来计算传动系统的轴承打滑性能度量：参数描述、一个或多个牵引系数、动态数据和温度分布。

该方法可以进一步包括计算轴承阻力和/或离合器摩擦力。

计算轴承阻力可以包括根据系统偏转来计算轴承失准。

传动系统的参数描述可以包括制造公差。

可以提供一种用于传动系统的计算机辅助工程设计的计算机可读产品，该产品包括用于实现本文中公开的任何方法的步骤的代码装置。

可以提供一种用于传动系统的计算机辅助工程设计的计算机系统，该系统包括被设计用于实现本文中公开的任何方法的步骤的装置。

可以提供一种使用本文中公开的任何方法设计的传动系统。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明，在附图中：

图1a示出了如何通过单独的CAE工具可以将单独的模型用于单独的故障模式分析；

图1b示出了如何将传动系统的参数描述用于确定传动系统的多个性能度量；

图2a示意性地图示了参数描述的示例；

图2b示意性地图示了参数描述的具体示例；

图3示出了用于设计传动系统的过程的示意图；

图4示出了牵引系数对滑动速度的依赖性，清楚地示出了三个不同的区域：其中剪切应力低于Eyring剪切应力的线性区域；其中剪切应力大于Eyring剪切应力并且牵引系数增大到最大值的非线性区域；以及其中剪切应力引起润滑剂受热，并且所导致的润滑剂粘度的降低引起牵引系数减小的热区域；

图5用摩擦学建模更详细地图示了图3的过程；

图6示出了用于对传动系统进行建模并且可选地用于设计传动系统的另一计算机实现的方法的示意图；

图7图示了本发明的进一步的实施例，其中分析类型是热分析；

图8示出了用于对传动系统进行建模的过程的示意图，其中将摩擦学模型与热模型和效率模型组合；

图9图示了本发明的进一步的实施例，进一步包括以参数描述作为输入的结构模型；

图10图示了传动系统建模方法，该方法将摩擦学、热建模、效率和结构建模组合为一个集成的过程；

图11示出了用于对传动系统进行建模的过程的示意图，该过程可以被认为是用于确定轴承打滑结果的数值分析；

图12示出了用于对传动系统进行建模的另一过程的示意图，该过程可以被认为是以下各项的组合：(i)以上参考图11描述的数值分析；以及(ii)解析解决方案；以及

图13图示了由四个不重叠的数据集形成的参数描述的另一表示。

具体实施方式

计算机实现的方法可以被用于对传动系统进行建模，并且特别地对表示传动系统设计的参数描述执行一种或多种不同类型的分析。下面将讨论如何实现参数描述的进一步的细节。

传动系统设计工程师可以力求在设计过程中充分发挥自己的能力，以满足与以下方面中的一个或多个方面(作为非限制性示例)有关的性能目标：(i)传动系统效率，例如在由能量/燃料消耗表示的能量转换效率方面；(ii)避免由于疲劳或磨损而导致的齿轮故障；(iii)避免由于疲劳而导致的轴承故障；以及(iv)使齿轮鸣音最小化以及使传动系统效率最大化。可以使用不同类型的分析来确定传动系统的不同性能度量，然后可以将其与相关联的性能目标进行比较。能够对性能目标进行满足也可以被认为避免了传动系统的“故障模式”。

仿真工具可以被用于应用这样的分析。例如，用于机械传动系统设计的专用CAE工具(诸如RomaxDESIGNER、MASTA和KissSoft)预测齿轮疲劳度符合ISO 6336和AGMA 2001，并且预测轴承疲劳度符合与ISO 281相关或由ISO 281衍生的各种标准。使用ISO TR14179和其他方法预测齿轮磨损和齿轮啮合损耗。所有这些方法都是特定地为齿轮和轴承开发的，因此在诸如有限元分析(FEA)、基于模型的定义(MBD)或多域仿真等通用CAE工具中不存在这些方法。

在传统的CAE工具中，CAD提供了形状(几何形状)和特性的某些方面(例如，材料密度，而非杨氏模量)，但是不包括操作条件或功能。MBD和FEA工具中的模型可以包括形状、功能、特性和操作条件的某些方面，但是那些方面仅仅是与正在被仿真的具体故障模式有关的方面。

图1a示出了如何通过单独的CAE工具可以使用单独的模型，使得每个模型可以被用于确定传动系统的性能度量，并且从而确定性能目标是否被满足且是否避免了故障模式。这可以涉及将性能度量与性能目标进行比较。

图1b示出了诸如以下描述的参数描述100b如何被用于确定传动系统的多个性能度量，并且因此确定多个性能目标是否被满足且是否避免了故障模式。与图1a相反，图1b的参数描述100b和单个CAE工具有利地不需要为每个CAE功能手动构建个别的模型，并且也不需要在不同的CAE功能之间被移动的数据。相反，可以为每种分析类型构建数学模型，从而从参数描述100b中自动地选择数据。

图1b示出了本发明如何解决在传统CAE工具中可能发生的工作流程的不连续性，其中具有多种类型数据集的参数描述不可用。图1b的CAE工具可以运行多个仿真以确定传动系统的性能度量或不同故障模式的似然度。这些仿真中的每个仿真的结果来自于传动系统的操作性能的数学模型，其中每种物理现象需要使用不同的算法，并且所有算法在单个CAE工具中可用，从而使工程生产率最大化。

图1b示意性地示出了更新传动系统的设计的步骤101b。这可以涉及将由CAE工具计算的一个或多个性能度量与一个或多个性能目标进行比较。如果性能目标未被满足，以致于不可避免相关联的故障模式，则软件可以在步骤101b通过调节参数描述100b来更新设计。然后，可以将CAE工具应用于新的参数描述100b，以确定对于新的设计是否避免了所有故障模式。下面将提供有关如何更新设计的进一步地细节。

在下面描述的各种示例中，可以使用传动系统的单个参数描述，从中可以导出用于多个性能度量和故障模式分析的多个模型。

图2a示意性地图示了参数描述200a的示例。参数描述200a包括多个数据集202a、204a、206a，其中的一个或多个数据集可以被用于执行不同的CAE功能210a、212a、214a。传统上，每个CAE功能由单独的CAE工具提供，每个工具进行不同类型的分析。参数描述200可以包括定义传动系统以及可选地定义如何操作传动系统的数据的集合(数据集202a、204a、206a)。

图2b示意性地图示了参数描述200b的具体示例，其与图2a的示例相似。图2b所示的CAE功能是：MBD和FEA 210、多域动态仿真和专用CAE功能212和CAD 214。

在该示例中，“参数描述”200b包括以下数据集：形状202b、功能204b、特性208b和操作条件206b。这些数据集可以不重叠。

·形状202b可以包括与几何形状相关的数据。

·特性208b可以包括组件的材料特性、以及组件的具体特性，诸如轴承的动态容量、齿轮齿面的表面粗糙度、润滑剂的粘度、轴材料的古德曼(Goodman)图、电机绕组的电阻率等。

·操作条件206b可以主要包括旋转机械设备的功率、速度、转矩，其可以作为时间历史，或作为驻留直方图，但是也可以包括温度、湿度等。

·功能204b可以定义产品、子系统和组件执行其主要功能的方式——例如，滚动轴承的功能是为轴提供支撑，同时允许其旋转，将轴和轴承组装在一起并且组合的功能是提供可以被施加负载的旋转轴；将齿轮安装在轴上，使其与类似安装的齿轮啮合并且组合的功能是改变速度和转矩。

下表是图2b的表格表示，为方便起见，使用相同的附图标记。以这种方式，该表示出了来自参数描述200b的哪些数据被不同的CAE功能用于执行不同类型的分析。

重要的是，上表以及图2a和2b表明，一个参数描述200a、200b可以使得能够在一个CAE工具中执行多种分析类型，而不需要针对每个分析使用单独的工具。

传统的CAE工具每个只能提供一种CAE功能。为了执行该功能，该工具可能需要由上述参数描述提供的信息的子集。例如：CAD 214b提供形状(几何形状)202b和特性208b的某些方面(例如，材料密度，而非杨氏模量)，但是不包括操作条件206b或功能204b。MBD和FEA功能210b需要如下模型：该模型包括形状202b、功能204b、特性208b和操作条件206b的某些方面，但是那些方面仅仅是与正在被仿真的具体故障模式有关的方面。多域动态仿真和专用CAE功能212b中的模型，使用与正在被仿真的具体故障模式相关的功能204b、特性208b和操作条件206b的方面，但是不使用形状202b。

取决于采用哪种CAE功能210b、212b、214b，工程师必须从四个数据集中的一个或多个数据集中选择数据，以创建适合于正在被执行的分析的解析模型。

有利地，本文中描述的示例可以包括可以执行多种CAE功能的单个CAE工具。这至少部分是由于单个参数描述为不同的CAE功能提供了公共的信息源。

如上所述，需要进行多重性的仿真以确保传动系统不仅适用，而且执行起来尽可能的好，以便在市场上具有竞争力，并且价格便宜以推向市场和进行制造，从而使利润最大化并且在必要时确保安全。

下面描述的一个或多个示例涉及用于基于传动系统的参数描述来对传动系统进行建模或设计的过程。该过程有利地使用传动系统的摩擦学模型来计算一个或多个牵引系数，并且然后基于参数描述和牵引系数来计算传动系统的性能度量。有利地，这可以使得能够计算出更准确的性能度量，因为该处理可以考虑到牵引系数。

图3示出了用于设计传动系统的过程的示意图。该过程接收例如上表1中公开的或在图1和2中示意性示出的种类的参数描述300。在步骤302，该过程使用来自参数描述300的数据来构建摩擦学模型。

在步骤306，该过程运行摩擦学模型，并且针对传动系统中的一个或多个组件，计算一个或多个牵引系数308。在一些应用中，该过程可以针对给定的组件计算一个以上的牵引系数，例如，对于不同的润滑状态或不同的操作条件，可以计算不同的牵引系数。下面参考图5提供如何构建和运行摩擦学模型的一个示例的进一步的细节。

在图3的步骤310中，通过计算传动系统的一个或多个性能度量312来评估传动系统的性能。步骤310中的计算使用牵引系数308和参数描述300作为输入。步骤310的输出是性能度量312。性能度量312的示例包括效率、功率损耗、温度分布、传动系统中的组件的不同部分之间的失准、耐久性、轴承打滑、和传动误差。下面提供如何计算这种性能度量312的示例。

在一些示例中，性能度量312的计算可以包括构建性能度量模型。下面描述这种模型的各种示例，并且作为非限制性示例可以包括热模型、效率模型和结构模型。图3的处理可以包括在步骤302创建摩擦学模型并且在步骤310构建性能度量模型，使得它们具有共同的结构。下面将提供这种共同结构的进一步的细节。

在图3的实施例中，该过程包括在步骤314确定是否进行循环的可选步骤。在步骤314，该过程可以将性能度量312与一个或多个循环结束条件进行比较。如果一个或多个循环结束条件未被满足，则该方法前进到步骤316以更新参数描述300，并且然后重复图3的方法。如果一个或多个循环结束条件被满足，则该方法结束。

如何应用循环结束条件的非限制性示例包括：

·确定针对与循环结束条件进行比较的值的收敛速度，并且将收敛速度与指示该值充分稳定的阈值进行比较。如果阈值被满足，则确定循环结束条件已被满足。以这种方式，可以重复循环，直到该值在用户指定的公差范围内不变。

·确定已被执行的围绕循环的迭代次数，并且将该次数与最大迭代次数进行比较。如果已经达到最大次数，则确定循环结束条件已被满足。

·将与循环结束条件进行比较的值与表示可接受性能的阈值进行比较，如果阈值被满足，则确定循环结束条件已被满足。

·确定针对循环的当前迭代的性能度量312，与在循环的先前迭代上计算的相同性能度量312的值之间的差值，并且将该差与表示可接受收敛的阈值进行比较。如果连续循环上的性能度量值312之间的差值小于阈值，则确定循环结束条件已被满足。该“差值”可以是绝对差值或相对差值(例如，以百分比表示)。以这种方式，当该值在例如前一迭代的值的1％以内时，迭代循环可以停止迭代。

该迭代循环的应用可以被认为是一个设计过程，因为基于计算出的性能度量312来修改参数描述300，从而基于计算出的性能度量312来重新设计传动系统。

在步骤302构建的摩擦学模型可以包括润滑模型和/或牵引模型。在一些示例中，润滑模型和牵引模型可以被统称为摩擦学模型。现在将提供这种模型的进一步的细节。

润滑模型根据操作条件将接触表面的行为划分为不同的润滑操作状态。所有表面是粗糙的，并且被凹凸覆盖。根据其大小，表面凹凸可能会影响接触中的流体薄膜形成机制。通常使用润滑剂薄膜厚度参数Λ来建立在接触区域中应用几种润滑方式中的哪种。Λ被定义为最小薄膜厚度与两个接触表面的表面粗糙度的比率。

这些是四种主要的润滑操作状态：

(i)边界润滑。Λ<1，表示最小润滑剂薄膜厚度小于凹凸高度，因此两个表面直接接触，并且接触负载由表面凹凸承担。

(ii)混合润滑。1<Λ<3，表示最小润滑剂薄膜厚度等于或大于凹凸高度，因此接触负载由凹凸和润滑剂薄膜分担。

(iii)弹性流体动力(EHD)润滑。Λ>3，表示润滑剂薄膜比凹凸高度更厚，因此接触负载由润滑剂薄膜承担，并且两个表面上的凹凸完全分离。在EHD润滑状态下，接触的固体表面的弹性形变非常明显。

(iv)流体动力润滑。Λ>10，表示表面充分分离，使得弹性形变不再明显。

薄膜厚度Λ可以以不同的方式计算。下面给出两个示例。

a)由Nijenbanning、Venner和Moes推导的等式(如“Nijenbanning,G.,Venner,C.H.,Moes,H.,&Moes,H.(1994).Film thickness in elastohydrodynamicallylubricated elliptic contacts.Wear,176(2),217-229.DOI:10.1016/0043-1648(94)90150-3”中所述的)基于大量数值仿真，这些数值仿真涵盖了从刚性等粘度的到弹性流体力学的宽广范围的操作条件。该等式将操作范围划分为四个区域作为两个影响的组合：粘度的(等粘度的或压电粘度的)压力依赖性；以及接触主体的形变(刚性或弹性)。

b)用于EHD润滑的Hamrock-Dowson等式涵盖了较小范围的操作条件，但是更易于实现。这些等式在“Fundamentals of Fluid Film Lubrication,2nd Edition BernardJ.Hamrock,Steven R.Schmid,Bo O.Jacobson,CRC Press,published March 15,2004”中被描述。

图5在摩擦学建模中更详细地图示了图3的过程。图3中构建摩擦学模型的步骤302由图5中的步骤501和504表示，并且图3中运行摩擦学模型的步骤306由图5中的步骤505和509表示。

在图5中，在步骤501，该过程使用来自参数描述500的数据来运行动态模型以确定动态数据503。在该示例中，动态数据503表示传动系统中的接触点处的相对速度和压力。例如，在步骤501，该过程可以计算传动系统中的所有旋转元件的转速以便确定动态数据503。

在步骤504，该过程可以以任何已知方式确定润滑剂薄膜厚度参数Λ，包括上述两个示例。这可以涉及处理动态数据503和来自参数描述500的数据。来自参数描述500的相关数据可以包括操作条件、润滑剂特性和组件的表面粗糙度。然后，该过程使用在步骤504计算的润滑剂薄膜厚度参数Λ，来在步骤505确定润滑状态。然后，在步骤509，该过程标识适合于所确定的润滑状态507的牵引模型，并且使用牵引模型、参数描述500和动态数据503，来计算牵引系数508的至少子集。

每个润滑操作状态507中的行为可以通过子模型(在此被称为牵引模型)来描述。摩擦学模型可以包含：a)在步骤505确定润滑操作状态的手段，例如，通过将润滑剂薄膜厚度参数Λ与一个或多个阈值进行比较，以及b)一个或多个牵引模型509，该牵引模型509管理给定润滑操作状态内的行为。牵引模型的关键特性可以包括：a)其应当适用于任何类型的滚动或滑动接触；b)其应当涵盖相关操作状态范围内的所有操作条件；以及c)其应当考虑润滑剂特性以区分不同润滑剂。有利地，在一些应用中，多个牵引模型可以在步骤509可用于处理，例如，针对润滑模型中的每个操作状态的一个牵引模型。这样可以允许对滚动接触和滑动接触的整个操作范围进行建模。

当润滑状态507是EHD润滑时，在步骤509运行的牵引模型可以是EHD润滑牵引模型。针对EHD润滑操作状态的牵引模型描述了剪切速率与剪切应力之间的关系。针对EHD润滑的一种这样的牵引模型是Eyring模型。Eyring剪切应力被定义为这样的剪切应力：在该剪切应力以下，牵引系数随滑动速度线性增加。当剪切应力超过Eyring剪切应力时，润滑剂开始以非线性方式起作用。Eyring应力可以是压力和/或温度依赖的。

图4示出了Eyring牵引模型，该Eyring牵引模型示出了牵引系数对滑动速度的依赖性。根据操作条件，Eyring牵引模型由三种不同的牵引状态组成：

(i)线性牵引状态。当剪切应力低于Eyring剪切应力时，牵引系数随滑动速度线性增加。

(ii)非线性牵引状态。当在较高的滑动速度下，剪切应力大于Eyring剪切应力时，牵引系数与滑动速度之间的关系不再是线性的。牵引系数达到最大值。

(iii)热牵引状态。随着滑动速度的进一步增加，剪切应力会引起润滑剂受热。所导致的润滑剂粘度的降低引起了牵引系数减小。

在一些应用中，在步骤501计算的动态数据503可以包括滑动速度。在步骤509的处理可以将图4的Eyring牵引模型应用于滑动速度以便计算针对传动系统的一个或多个牵引系数508。

可以在步骤509应用的其他弹性流体动力润滑(EHL)牵引模型，包括Bair-Winer模型(“Bair S,Wner WO.A Rheological Model for Elastohydrodynamic Contacts Basedon Primary Laboratory Data.ASME.J.of Lubrication Tech.1979；101(3):258-264.doi:10.1115/1.3453342”)。Bair-Wner模型是一种限制的剪切应力模型，其中如果润滑剂的剪切应力超过限制值，则将剪切应力设置为等于限制值，且润滑剂剪切速率的进一步增加不再导致剪切应力的增加。该模型所需要的材料特性是低剪切应力粘度、限制的弹性剪切模量、以及材料可以承受的限制的剪切应力。所有这些参数都是操作条件(包括温度和压力)的函数，并且在参数描述500中被定义。剪切应力可以根据动态数据503来计算。

当润滑工作方式507是边界润滑时，在步骤509运行的牵引模型可以是边界润滑牵引模型。在边界润滑状态下，薄膜厚度Λ小于1，这表示最小润滑剂薄膜厚度小于凹凸高度。两个表面直接接触，并且接触负载由表面凹凸承担。表面接触导致高牵引系数，并且摩擦行为类似于干接触。边界润滑更可能在低速和/或高负载下发生，并且这通常由于高摩擦损耗和增加的磨损而是不期望的。一些润滑剂包含抗磨或抗极压添加剂，它们可以与表面凹凸反应，以形成可以保护下面的金属的牺牲性化学涂层。存在各种边界牵引模型，其目的是捕获牵引系数对速度、负载、温度、大气条件和润滑剂添加剂的依赖性。这些参数是对牵引模型509的输入，来自动态数据503和参数描述500。

当润滑操作状态507是混合润滑时，在步骤509运行的牵引模型可以是混合润滑牵引模型。针对混合润滑操作状态的牵引模型包括FVA345(“

Bernd-Robert；Michaelis,Klaus；Doleschel,Andreas；Lubricant Influence on Gear Efficiency；Proceedings of the ASME 2009International Design Engineering TechnicalConferences&Computers and Information in Engineering Conference IDETC/CIE2009”)。FVA345方法是一种在FZG Munich开发的用于使用修正的FZG齿轮测试台，来确定润滑剂的摩擦行为的机械测试方法。FVA345方法结合了针对边界润滑和EHL的牵引模型。牵引系数μ_mixed由下面的等式1计算。

μ_EHL＝c₁.p^c ₂.v^c ₃.η^c ₄ (等式1d)

μ_boundary＝c₅.p^c ₆.v^c ₇ (等式1e)

其中μ_mixed、μ_EHL和μ_boundary分别是混合润滑状态、EHL状态和边界润滑状态中的牵引系数，

是由于EHL而引起的牵引系数的比例，Λ是薄膜厚度，c₁至c₇是常数系数，p是压力，v是速度，以及η是润滑剂粘度。压力和速度是动态数据503的一部分，并且润滑剂粘度和常数系数在参数描述500中被定义。动态数据503和参数描述500均被输入到牵引模型509中，此处由等式1表示。如此处在等式1中计算的牵引系数508，是运行牵引模型509的步骤的输出。牵引系数μ_mixed是牵引系数μ_EHL和μ_boundary的组合(等式1a)。由于EHL引起的牵引系数的比例

取决于薄膜厚度Λ，并且由等式1b和1c给出。牵引系数μ_EHL和μ_boundary由等式1d和1e给出，并且取决于压力、速度，以及在EHL的情况下还取决于润滑剂粘度。常数系数c₁至c₇可以从测试数据中导出。

使用具有可以从测试数据中导出的系数的简单牵引模型(诸如FVA345)具有若干优点。获取系数的值很简单——对于FVA345，七个系数c₁至c₇可以利用标准实验室设备通过低成本测试来获取。对润滑剂制造商有一个好处，那就是高级润滑剂的优势可以在仿真中看到，而无需披露关于润滑剂配方或添加剂的敏感专有信息。对于软件用户，主要优势在于，考虑到可以将少量润滑剂样品寄出以进行测试，所以即使没有制造商提供的润滑剂数据，也可以在仿真中充分考虑润滑剂的特性。

用于计算牵引系数的经验模型是另一选项。一个示例是Benedict和Kelley(“Benedict,G.H.,and Kelley,B.W.,1961,"Instantaneous Coefficients of GearTooth Friction,"ASLE Transactions,Vol.4,No.1,pp59-70”)。该经验模型仅描述了操作范围的一小部分，涵盖了在导出模型的测试的操作条件内的牵引行为。该模型未考虑润滑剂粘度或任何其他润滑剂特性，因此无法区分不同的润滑剂。使用如上所述的摩擦学模型通常优于适用性有限的经验模型。

图6示出了用于对传动系统进行建模以及可选地用于设计传动系统的另一计算机实现的方法的示意图。具有对应图3中特征的图6中的特征将被赋予600系列的附图标记，并且在此不必赘述。

在图6的示例中，该过程接收附加的用户指定的分析类型620。在步骤622，该方法基于用户指定的分析类型620和参数描述600，来构建针对该分析类型的数学模型。然后，在步骤610，该过程基于在步骤622构建的数学模型以及基于摩擦学模型而计算的牵引系数608，来运行分析。同样，在步骤610，该过程计算性能度量612。

在一个示例中，用户指定的分析类型620是效率分析。然后，在步骤622，该过程基于参数描述600来构建效率模型作为数学模型。在步骤610运行的分析是效率分析，并且性能度量612可以是传动系统中的一个或多组件的效率或功率损耗。在该示例中，效率分析610使用通过运行摩擦学模型606而计算的牵引系数608的值。

图7图示了本发明的另一实施例，其中分析类型是热分析。具有对应先前图中特征的图7的特征将被赋予700系列的附图标记，并且在此不必赘述。

在步骤726，该方法根据参数描述700创建传动系统的热模型。该热模型可以是离散热模型或连续热模型。离散热模型可以包括集总参数热网络模型和网格有限元热模型。

传动系统的离散集总参数热网络模型可以包含通过热链接而连接的热惯性或电容，其中热源提供热通量的输入。热链接可以包括由于传导、约定和辐射而引起的热传递。步骤726处的处理可以根据传动系统及其组件的参数描述700，来确定这些电容和电导的特性以及它们的连接。

在一些实施例中，该方法可以自动处理参数描述，以标识传动系统中在何处存在功率损耗，以便构建热模型。例如，该方法可以确定传动系统中的一个或多个组件的功率损耗(可选地针对具体的操作条件)，并且然后基于所确定的功率损耗值，来确定是否应当将该组件建模为热源。例如，如果功率损耗值大于功率损耗阈值，则可以将组件建模为热源。可以将热源包括在模型中、与被确定为具有相关联的功率损耗的组件的位置相对应的位置处。以这种方式，该方法可以识别出将在传动系统中存在功率损耗的位置处生成热量。功率损耗的位置可以包括：存在摩擦的接触表面(齿轮和轴承)之间、电流流经的布线(例如，电机定子和电力电子设备)、存在阻力损失的密封处、或者导致阻力损失(搅动或风力)的流体运动的位置。

可选地，该过程可以使用牵引系数708来计算传动系统中的功率损耗，然后该功率损耗被用作在步骤726构建的热模型的输入。也就是说，在步骤726，该过程还可以基于计算出的功率损耗来构建热模型。对于滑动摩擦的示例，功率损耗可以使用等式2根据牵引系数来计算：

P_loss＝F_friction.v (等式2a)

F_friction＝μF_normal (等式2b)

其中P_loss是功率损耗，F_friction是摩擦力，v是接触表面的相对速度，μ是牵引系数，F_normal是垂直于接触表面的力。法向力F_normal和相对速度v可以是动态数据303的一部分。如上所述，根据牵引系数708而计算出的功率损耗可以作为在步骤726构建的热模型的输入。

在一些示例中，在步骤726构建的热模型是集总参数热网络模型。该方法可以以几种不同的方式来离散化这种模型，包括：

a)基于参数描述创建集总参数热网络，其中每个组件一个热节点。但是，该方法可能无法检查热模型是否适合于正被进行的热分析。去往和来自与组件相关联的热节点的热通量可以取决于与周围组件相比的该组件的形状、大小、材料、热容和温度。每个组件具有一个热节点的模型可能不合理地过于详细了，从而导致分析时间的损失，或者该模型不够详细，这表示结果可能不够准确。该模型可能会在一个区域中包括过多的细节，而在其他区域中却缺少必要的保真度，从而导致计算速度缓慢且不准确。

b)上述a)中描述的集总参数热网络的每个组件一个节点的离散化的备选方案是手动离散化，其中用户指定每个组件所需要的热节点数，或者指定将哪些组件聚集在一起成为单个热节点。然后，在步骤726，该方法可以基于用户输入和参数描述700两者来构建热模型。然而，对于这种手动离散化，工程师可能需要花费时间来构建和完善模型，并且检查以查看分析结果如何随着离散化水平的变化而变化。工程师可以寻求确保模型适当准确而又不会过于详细，但是该过程可能很耗时，并且最终可能由组织内最具资历的并且因此是最昂贵的工程师来进行，从而对项目成本和时间产生不利影响。

c)有利地，可以使用解析公式来创建集总参数热网络，该集总参数热网络针对分析的速度和准确性进行了优化。在步骤726，该方法可以执行模型的自动离散化，以便将热节点保留在模型中、适合于准确描述传动系统的热行为的位置处。如上所述，该方法可以包括集总参数热网络中的传动系统中的功率损耗作为热源。该方法可以使用来自传动系统的参数描述的数据，来计算针对每个组件的热导和热电容的值。根据这些值，该方法可以确定组件的热导与热电容的比率。该方法可以根据在参数描述700中提供的信息(诸如材料特性、以及组件的尺寸和形状)来进行这一确定。备选地，热导与热电容的比率可以从参数描述700中直接获取。然后，该方法可以将热导与热电容的比率与一个或多个热导与热电容比率阈值进行比较。该方法可以有利地将一个或多个传动系统组件建模为热导或热节点，这取决于热导与热电容的比率。例如，该方法可以将比率大于热导与热电容比率阈值的传动系统组件建模为热导。该方法可以将比率小于热导与热电容比率阈值的传动系统组件建模为热节点。因此，可以自动构建和离散化集总参数热网络，而无需用户手动输入或建模决策。

例如，考虑将安装在同一轴上的两个轴承分开的垫片。垫片是质量非常小的薄壁圆柱体。它的形状和位置表示它在两个轴承之间传导热量。方法c)将采用基于热导与热电容的比率，来自动地确定将组件视为热质量还是热导的方法，并且因此将垫片归类为热导而非热节点。因为热质量可以忽略不计，所以这是适当的，但是轴承之间的导热效果非常显著，特别是当它们的温差很高时。方法a)将垫片归类为热节点，而方法b)将需要工程师来手动决定，用来对该组件进行建模的最合适的方法。

如果传动系统中存在这些组件，则可以计算针对整个传动系统(包括变速箱和马达)的集总参数热模型。如果传动系统包括电力电子设备，则这些组件也可以作为热源被包括在集总参数热模型中，其中如上所述具有相关联的热导。

通过在具有相关联的功率损耗的组件处自动设立热输入，可以节省时间并且避免错误。而且，如下面将要讨论的，可以在步骤726基于组件的操作条件自动地确定热通量值。

热传递可以通过不同的机制发生，包括传导、对流和辐射。传导是直接的，因为固体金属组件的热导率可以被直接计算。例如，该方法可以基于对滚动轴承的静态分析，以及由负载依赖的刚度所生成的接触面积，来计算通过轴承的传导热传递。通常，与传导和对流相比，辐射的热传递很小。然而，对流的热传递可能更难确定。例如，齿轮啮合处的热量在油膜内生成，并且到齿轮的金属的热传递由齿轮与机油之间的对流热传递系数(HTC)确定。这些HTC很难被确定性地预测。处于静止空气中的热金属表面的散热速度，与在其表面上经历平缓的层流气流相比要慢得多，并且与快速湍流气流相比，甚至更慢。

在步骤726构建的热模型可以包括与传动系统相关联的HTC的值。这些HTC可能与内部传动系统组件与润滑剂之间、润滑剂与轴承座之间和/或轴承座与环境之间的热传递有关。

HTC的值可以通过以下几种方法来确定，包括：

i)该方法可以使用针对HTC的默认值。

ii)用户可以提供表示待被使用的HTC值的输入，这可以涉及对任何默认值进行修改。

iii)该方法可以自动计算HTC。该方法可以使用计算流体动力学(CFD)模型，或使用简单的集总参数热网络模型(稍后在本文中描述的)来计算对流HTC。

在步骤728，该方法基于在步骤726构建的热模型，来计算温度分布730。例如，在步骤728，该方法可以计算针对一个或多个组件的功率损耗，以确定在该组件处生成的热量。有利地，功率损耗可以使用来自在步骤706运行的摩擦学模型的牵引系数708来计算。该方法可以将该热量与热模型中的对应热源相关联。为了确定温度分布730，步骤728可以计算传动系统中的热通量。以这种方式，温度分布可以包括与热模型中的每个模式相关联的温度值。在一些示例中，温度分布可以包括针对单个组件的多个温度值。

温度分布730可以被用作摩擦学模型的输入。例如，润滑剂粘度是温度的函数。有利地，温度分布使得摩擦学模型能够更准确地计算牵引系数708，因为考虑了温度对润滑剂粘度的影响。

进入集总参数热网络的热通量发生在存在与任何组件相关联的功率损耗的任何地方。这些热通量的值可以通过以下几种方法来确定，包括：

i)这些热通量的值可以由用户定义，并且这些热通量可以与在步骤726构建的热模型结合，以执行热分析728以及计算传动系统中的温度分布730。

ii)该方法可以自动确定热通量的值。例如，如以上在等式2中针对滑动摩擦的示例所描述的，牵引系数708可以被用于计算传动系统中的功率损耗。在其他示例中，当构建热模型时，该方法可能针对传动系统中的一个或多个组件，已经执行了已知的效率/功率损耗计算，以确定效率/功率损耗值。然后，当在步骤726构建热模型时，该方法可以基于效率/功率损耗值以及参数描述700，来确定相关联的热通量的值。例如，步骤726可以根据参数描述700来处理操作条件，以确定在传动系统中的各个组件处的能量的量。

在步骤728，该方法可以使用集总参数热网络模型运行热分析，从而导致在离散的热节点处获取温度的值。换言之，术语“集总”等同于术语“离散”。如果要计算贯穿整个结构的热量分布，则可以根据传动系统组件的热特性，基于传动系统的3D结构(如根据参数描述700而确定的)进行进一步的热量计算。因此，可以获取贯穿传动系统中的所有机械组件的平滑的温度轮廓。

步骤728的处理可以包括以下等式3的应用，该等式3描述如何在热网络模型中计算热通量：

Q’＝dT/R (等式3)

其中Q'是热通量(热量Q相对于时间的导数)，dT是温差，R是热阻。

对于不同的组件和热传递方法，热阻R可以以不同的方式来计算。例如，对于组件与流体之间的对流热传递，R由等式4a给出：

R＝1/hA (等式4a)

其中h是热传递系数，A是接触表面积。对于固体组件中的传导，等式4b描述了如何计算热阻：

R＝L/kA (等式4b)

其中L是特征长度，k是热导率，A是表面积。参数k是材料特性，以及参数A和L是几何参数，所有这些参数都在传动系统的参数描述中被定义。对于轴承中的传导，可以使用等式4c来计算热阻：

R＝ln(r₀/r₁)/2πbk (等式4c)

其中r₀和r₁是轴承的内半径和外半径，b是面宽度，k是热导率。

在步骤728，该方法可以使用等式3和4来计算热模型中的所有节点之间的热通量，并且从而计算传动系统内的温度分布730。

有关如何设置和运行热网络的更多细节在KTH工业工程和管理机械设计的CARLOSPRAKASH DEL VALLE的题为“Thermal modelling of an FZG test gearbox”的论文(尤其是第3.2节)中提供。

在步骤726基于参数描述700构建热模型以及在步骤728计算温度分布的方法可以具有若干优点：

1)热模型可以涵盖整个传动系统，包括所有组件和子组件。相对于仅考虑独立的特定组件或子组件的专用CAE工具，这是一个优势。

2)如下所述，基于热模型而计算的温度分布，通过包括热膨胀效应可以被用于实现对传动系统偏转的更准确的计算。准确的偏转可以被用于更准确地计算效率、耐久性和其他性能度量。相对于计算温度分布但是不使用它来改进偏转的计算的专用CAE工具，这是一个优势。

3)温度分布可以被用于例如通过确保润滑剂粘度考虑了温度，来提高由摩擦学模型计算的牵引系数708的准确性。

集总参数热网络模型可以自动创建并且针对速度和准确性进行优化，特别是如上面方法c)中描述的。

在该示例中，在步骤726构建热模型也采取由摩擦学模型706计算的牵引系数708作为输入。即，该过程可以基于热模型和牵引系数来计算温度分布730。

有利地，在步骤726使用牵引系数708来构建热模型可以提高步骤728的热分析的准确性，因为来自接触表面的摩擦的功率损耗可以被用作热模型中的热源。

在该示例中，步骤702的摩擦学模型接收温度分布730作为输入数据。例如，在步骤702，该方法可以基于参数描述700和温度分布730来创建传动系统的摩擦学模型。在步骤706，该过程可以使用在步骤702构建的摩擦学模型来计算一个或多个牵引系数708。有利地，使用温度分布730可以提高摩擦学模型706的准确性，因为润滑剂粘度是温度的函数。即，在步骤702可以通过使用温度分布730作为输入来创建更准确的摩擦学模型。

如上所述，牵引系数708也可以被用作构建热模型726的输入。因此，在一些示例中，提供温度分布730到摩擦学模型702的反馈，同时提供牵引系数708到热模型726的反馈。在这种情况下，该方法可以迭代地执行用于计算温度分布730和牵引系数708的过程，直到本文中描述的任何循环结束条件被满足为止。例如，直到温度分布730和/或牵引系数值708收敛。

用于传动系统设计的通用工具的局限性在于，热影响未被准确地包括在内。但是，传动系统的关键机械零件(轴、轴承、齿轮、转子、轴承座)通常由在加热时会膨胀的金属制成，因此热影响对于结构和其他类型的分析可能很重要。

在一些应用中，知道传动系统的子结构(例如，一个或多个组件)内的温度分布可以是有利的。当传动系统传递功率时，摩擦会在齿轮和轴承处生成热量。同样，当功率在机电传动系统中被转换时，电机和电力电子设备中也会存在功率损耗。所生成的热量通常通过直接传导到轴承座并且进而传导到周边环境、或者间接传导到油并且再从那里传导到轴承座、或者通过将油提取到某种形式的散热器中，而被移除到环境中。

在已知的用于传动系统设计的工具中，不可能准确地考虑热影响，因为通常，不同的工具需要使用不同的模型，这需要表示传动系统的不同数据。例如，传动系统可以利用不同的离散化节点的选择来进行建模，以用于热分析和结构分析。将温度分布应用于机械模型也可能存在技术上的困难，因为节点可能位于不同的位置。

传动系统的仿真主导设计可能是实现适用的设计的必要工具。本文中描述的示例可以在执行建模和设计时有利地预测热行为。例如，可以根据参数描述来计算温度分布，从而可以确定传动系统的准确性能度量。进而，性能度量可以使得传动系统的设计得到改进。改进的设计过程可以使传动系统不太可能由于热效应引起的偏转而发生故障。例如，确定传动系统中的更准确的温度分布，可以使得更准确的效率度量和更准确的偏转值(如下所述)成为可能，这又可以产生更准确的耐久性度量。以这种方式，可以减少由于对失准误差的低估而导致早期故障的似然性。

结果是，在使用已知的CAE工具进行传动系统的实际设计中，无法以充分的准确性将热量考量包括在内。因此，设计的传动系统性能欠佳，和/或传动系统会在测试和开发中发生故障，或者在操作中甚至会更糟。确实，这样的故障甚至可能不会表现为热故障——例如，齿轮设计者可能会错误地设计齿轮的微观几何形状(未能考虑到热影响)，从而导致不良的齿接触、高的应力以及过早的但明显是传统的疲劳故障。

在某些航空航天应用中，热性能至关重要。直升机传动系统的认证要求是：在失去润滑之后，它们能够在一定时间内操作，以确保紧急情况下乘员的安全运送。但是，这种功能通常通过复制先前设计的设计特征，并且然后对原型单元进行缓慢且非常昂贵的测试来实现。

图8示出了用于对传动系统进行建模的过程的示意图，其中将摩擦学模型802与热模型826和效率模型832组合。由于已经描述了与先前的附图相关的这些模型，因此在此将仅描述新特征。与先前图中特征相对应的图8的特征，将被赋予800系列的附图标记，并且在此不必赘述。

有利地，温度分布830被用作摩擦学模型802的输入。即，在步骤802，该方法涉及以与参考图7描述的相同的方式，基于参数描述800和温度分布830来构建摩擦学模型。摩擦学模型802因此可以包括温度依赖的润滑剂粘度的准确值。

在该示例中，该过程包括：在步骤832，基于参数描述800构建效率模型。然后，在步骤834，该过程对在步骤832构建的效率模型运行效率分析以确定效率度量836。

效率的计算可以针对不同传动系统组件使用一系列不同的解析方法来进行。传动系统中的功率损耗的主要来源，可能包括由齿轮齿之间的滑动摩擦引起的齿轮啮合损耗、由润滑剂的飞溅引起的齿轮搅动损耗、以及轴承损耗。这些功率损耗可以使用例如在ISO标准14179中定义的方法来计算。

例如，通常使用以下标准方法来计算齿轮啮合损耗：

1.假定摩擦系数为常数，并且使用负载齿接触分析来计算齿轮齿上的负载和局部速度，并且然后将功率损耗计算为牵引系数乘以负载和滑动速度。

2.ISO 14179仅考虑润滑剂粘度而不考虑润滑剂本身的摩擦特性(其取决于润滑剂所包含的基础油和添加剂)，来计算齿轮效率。润滑剂的摩擦特性可能会显著地变化，因此该标准的主要局限在于缺乏对润滑剂特性的考虑。因此，本文中描述的使用牵引系数808来构建热模型826和/或效率模型832的示例的优点在于，充分考虑了润滑剂特性并且因此可以获取更准确的结果，包括更准确的性能度量812。

用于计算齿轮啮合效率的解析方法的备选方法是，在效率计算中使用实际的测试数据。例如，小型牵引机(MTM)可以利用给定的润滑剂来测量牵引系数。该测试易于进行，该仪器小巧并广泛可用，并且可以在不同温度下进行测量。所测得的数据(来自MTM)可以与接触点处的负载和相对速度一起使用，来计算功率损耗和相关的齿轮啮合效率。如前所述，FVA 345是一种在效率计算中包括润滑剂数据的方法。

在传动系统包括电机的情况下，电机的功率损耗也可以被包括在效率模型832中。电机中的功率损耗的主要来源可以包括由于电机绕组中的电阻引起的铜损耗、由于磁滞和涡流引起的铁损耗、以及由于轴承摩擦和风阻引起的机械损耗。所有这些损耗都可以使用标准解析方法来计算。铜损耗、铁损耗和机械损耗均取决于温度。

如图8所示，在该示例中，在步骤832构建并且在步骤834分析的效率模型，还基于在步骤806计算的牵引系数808来确定效率度量836。如前所述，牵引系数可以被用于计算传动系统中的组件的功率损耗。等式2描述了如何使用牵引系数808根据滑动摩擦来计算功率损耗。功率损耗可以被用作效率模型832和热模型826两者的输入(如前所述)。

使用当前的CAE工具和当前仿真方法，来包括牵引系数对效率建模和热建模的影响是不可行的。这是因为，这些不同种类的分析是在不同的CAE工具中执行的。本文中所描述的示例可以具有以下优点：摩擦学分析806、热分析828和效率分析836使用来自传动系统的同一参数描述800的数据都在同一CAE工具内被执行。因此，将一种分析的输出，用作构建用于另一种分析的模型的输入要容易得多，而无需在单独的CAE工具中运行单独的分析时，所需要的任何耗时且容易出错的数据传输。

此外，在该示例中，步骤834的效率分析还使用在步骤828计算出的温度分布830来计算效率度量836。因此，效率度量836可以有利地直接考虑温度分布830对效率的直接影响。例如，润滑剂粘度会影响包括齿轮啮合损耗、齿轮搅动损耗和轴承损耗的机械损耗。电机损耗也取决于温度，因此，使用准确的温度分布830作为效率模型832的输入，将有利地产生更准确的效率度量836。摩擦学模型中的每个接触表面可以是针对热模型的热源和针对效率模型的功率损耗。因此，有利地，本文中描述的处理可以构建具有对应结构(例如，至少一些节点位于传动系统上的相同位置)的摩擦学模型和效率模型。以这种方式，可以将模型之一的分析结果与使用另一种模型的分析有效地结合。

在步骤828，该过程可以基于在步骤826构建的热模型来确定温度分布830。此外，有利地，该过程可以基于牵引系数808来确定温度分布830。这在前面关于图7已被更详细地描述。

可选地，在步骤826，该过程还可以基于效率度量836来构建热模型。这是有利的，因为效率决定了传动系统中的组件的功率损耗，而这些功率损耗是热模型中的热源。

可选地，来自三个分析块806、828、834的任何反馈箭头可以被迭代，直到输出值收敛。即，可以重新计算牵引系数808、温度分布830和效率度量836中的一个或多个，直到循环结束条件被满足。在步骤810，该过程然后可以基于牵引系数808、温度分布830和效率度量836中的任何一个或全部来计算性能度量810。在一个示例中，步骤810的处理可以计算与传动系统的功率损耗轮廓相对应的性能度量。在一些示例中，性能度量812可以简单地是牵引系数808、温度分布830和效率度量836中的一个或多个。即，参考步骤806、828和834描述的处理可以被认为是计算性能度量。

图9图示了本发明的另一实施例，该实施例进一步包括将参数描述900作为输入的结构模型938。与先前图中特征相对应的图9的特征将被赋予900系列的附图标记，并且在此不必赘述。

在该示例中，该过程涉及在步骤938基于参数描述900和温度分布930来构建传动系统的结构模型。然后，在步骤940，该过程基于结构模型来执行结构分析940。因此，结构分析940计算传动系统中的一个或多个组件的偏转942。这些偏转可以包括由于温度分布930而引起的热膨胀的影响、以及由于传动系统中出现的力而引起的结构偏转。有利地，由于温度分布是基于牵引系数908而被准确计算的，因此特别地至少可以准确地计算由热效应引起的偏转942。

如稍后将描述的，在步骤940被执行的结构分析可以是静态分析或动态分析。有利地，温度分布930可以被用作结构模型938的输入，因此结构分析940可以考虑传动系统组件的热膨胀，并且将其包括在偏转942的计算中。传动系统偏转942因此可以包括结构负载和热膨胀的影响。

在步骤910，然后该过程可以可选地至少基于所计算的传动系统偏转942来计算性能度量912。

可选地，在步骤902，该过程可以基于所计算的传动系统偏转942来构建摩擦学模型。以这种方式，可以为摩擦学模型902计算更准确的动态数据，诸如接触表面处的速度和压力。考虑偏转是有利的，这是因为偏转影响接触组件之间的接触区域的尺寸和形状、以及接触压力。

在步骤910可以被计算出的性能度量912的示例包括，传动系统中组件的不同部分之间的失准、耐久性和传动误差。在一些示例中，性能度量912可以是计算出的偏转的表示。

更详细地，现在转到在步骤940被执行的结构分析。在步骤940，该方法可以计算传动系统的结构模型中的每个节点的偏转。偏转可以包括传动系统中的结构力的影响和热膨胀的影响。

该方法可以使用等式5来计算由热膨胀引起的偏转：

dX＝alpha＊X＊dT (等式5)

其中：

dX是偏转，

alpha是无量纲的热膨胀系数(可以在参数描述900中包括的材料特性)，

X是节点的原始位置(其可以被包括在参数描述900中，也可以通过构建传动系统的结构模型的方法根据参数描述900来确定)。X可以被提供作为矢量，在结构模型中，该矢量在三个维度上定义每个节点的位置和旋转。因此，每个节点的位置可以以六个自由度来定义，以及

dT是温度的变化，其是根据在步骤928计算出的温度分布930来被确定的。dT可以是节点温度与所定义的温度(通常为25℃)之间的差值，使得如果T>25℃，则材料膨胀，而如果T<25℃，则材料收缩。

在步骤940，该方法可以计算由传动系统中出现的力而引起的偏转。这种偏转可以被认为是由结构力引起的。在一些示例中，偏转可以通过传动系统的i)静态分析或ii)动态分析来计算。传动系统可以被认为是完整的传动系统中的所有节点。下面将更详细地描述这些方法。

i)考虑到某些组件的刚度可能是负载依赖的，静态分析解决了施加在传动系统的所有组件上的力，以计算偏转。因此，该方法需要在力、偏转和刚度上进行迭代，直到实现收敛。该方法假定力和位移不随时间变化，而不是以被提供为参数描述900一部分的运行条件中所指定的恒定速度旋转。

ii)与静态分析相反，动态分析允许偏转和作用力随时间变化。这允许在分析中包括时变激励。时变激励可以包括传动误差、发动机转矩脉动、电机转矩脉动和电机径向力。在动态分析中，偏转可以通过求解等式6中的矩阵形式表示的传动系统的运动等式来确定：

MX”+CX’+KX＝F (等式6)

其中：

M是传动系统质量矩阵(其可以被包括在参数描述900中或从其中导出)，

C是传动系统阻尼矩阵(其可以被包括在参数描述900中或从其中导出)，

K是传动系统刚度矩阵(其可以被包括在参数描述900中或从其中导出)，

F是作用力(其可以被包括在参数描述900中，或者例如从参数描述900中存储的“操作条件”中导出)，以及

矢量X以与上面针对等式5的描述相同的方式，以六个自由度来定义结构模型中的每个节点的位置和旋转。符号X'表示X相对于时间的导数。

如上所述，结构模型可以静态或动态地求解。这两种方法针对传动系统结构模型中的每个节点计算六个自由度的偏转。

该方法可以求解针对X的矩阵等式以确定结构模型中节点的新位置和旋转。偏转可以被认为是节点的新位置/旋转值与起始位置/旋转值之间的差。

在其中步骤940计算由于热效应和结构效应两者而导致的节点的偏转的示例中，该方法可以将这些偏转组合成总偏转值。例如，该方法可以简单地将个别的偏转值相加在一起。

对于作为轴承的传动系统组件，该方法可以使用将温度分布930应用于结构模型的备选方法，来计算偏转942。结构模型可以包括与内部滚道、外部滚道、旋转元件和所连接的组件中的一个或多个相对应的节点。在步骤938，该方法可以应用温度分布930以确定结构模型的这些节点处的温度值。然后，当在步骤940运行结构分析时，该方法可以确定这些节点处的热膨胀，并且确定该膨胀如何改变轴承的操作间隙。因此，操作间隙可以与径内向间隙不同，径内向间隙是来自轴承制造商的标准值。操作间隙是表示偏转942的示例，其可以被用于确定更准确的性能度量912。

通过使齿轮运转经过网格循环并且计算网格刚度的变化，可以使用CAE工具来计算传动误差(TE)。传动误差是旋转角度相对标称值的偏转。在结构分析是动态分析而非静态分析的示例中，所得到的TE可以被用作对传动系统结构的激励，从而导致强制的响应分析以及对轴承座表面处的振动的预测，并且如果需要，导致对辐射噪声的预测。该过程可以专门针对齿轮和传动系统进行设立。该模型可以是参数化的且可以快速运行，并且后处理可以以可访问的图形用户界面的形式来设立。

除了TE，可以在传动系统中施加其他激励，包括发动机转矩脉动、电机转矩脉动和电机径向力。在动态求解结构模型的示例中，这些激励将被包括在等式6中的作用力矢量F中。

在所有潜在故障模式及其对应计算中，一个关键的影响因素是失准。失准可能是由组件偏转导致的，使得它们的位置或至少组件的一部分相对于另一组件的位置发生了变化。在滚动元件轴承内，失准会增加每个疲劳周期的应力并且缩短轴承寿命。对于齿轮，失准可能增加配对齿之间的接触压力，从而降低抗疲劳度并且增加磨损的似然度。失准还可能改变接触齿轮之间的接触面，从而增加TE并且影响齿轮之间的油膜，因此增加了齿轮啮合功率损耗并且降低了总体的传动系统效率。

计算传动系统的一个或多个组件的偏转可能是有利的。如上所述，作为一个示例，这种偏转可能导致在操作条件下齿轮和轴承的失准。为了计算齿轮和轴承的这种偏转/失准，结构模型938可以是可以使用的整个齿轮箱子系统(包括轴、轴承和齿轮)的数学表示。由于施加的转矩而在齿轮啮合处生成齿轮力，从而导致轴偏转、轴承的负载依赖的偏转、和轴承座变形。在实践和计算中，该结果都是齿轮箱传递功率时齿轮和轴承的失准，这会影响上述的故障模式/性能指标：齿轮疲劳、磨损、TE、效率和轴承疲劳。

图10图示了一种传动系统建模方法，该方法将摩擦学、热建模、效率和结构建模组合为一个集成的过程。该图集合了已经描述的不同模型之间的所有交互。与先前图中特征对应的图10的特征将被赋予1000系列的附图标记，并且在此不必赘述。

在该示例中：

·在步骤1002构建摩擦学模型是基于参数描述1000和以下各项中的一项或多项：动态数据(从参数描述1000中导出)、温度分布1030和传动系统偏转1042；

·在步骤1026构建热模型基于参数描述1000和以下中的一者或两者：效率度量1036和牵引系数1008；

·在步骤1032构建效率模型是基于参数描述1000和以下各项中的一项或多项：传动系统偏转1042、温度分布1030和牵引系数1008；

·在步骤1038构建结构模型是基于参数描述1000并且可选地还基于温度分布1030；以及

·在步骤1010对性能度量1012进行计算，可以基于以下各项中的任何一个或全部：牵引系数1008、温度分布1030、效率度量1036和传动系统偏转1042。

基于参数描述，本发明通篇使用相同的传动系统定义。这使得可以将一种分析的输出作为输入应用到构建用于另一种类型的分析的模型。这利用单独的CAE工具是不可能实现的，因为针对每种分析的结果将在不同的CAE工具中被不同地定义，被应用在传动系统上的不同位置，被提供到不同水平的保真度，以及被不同地离散化。单个CAE工具内的单个传动系统定义使得表示不同的物理类型的模型能够交互，并且产生更准确的性能度量，这是因为考虑了所有的相关影响。例如，可以轻松设立热模型以使用与结构模型相同的网格，因此可以将热分析产生的温度分布直接应用于结构模型，其中针对网格中的每个节点定义温度值。摩擦学模型可以定义传动系统中的所有接触表面的位置，并且然后，可以将在这些位置处计算出的牵引系数直接应用于效率模型，该效率模型使用牵引系数来计算这些位置中的每个位置处的功率损耗。在传动系统中的相同的位置集合处，功率损耗可以在热模型中再次被应用为热源。这在如下情况下将是不可能的：每种类型的分析(摩擦学、热、结构、效率)都有其自身的传动系统模型，而传动系统模型具有不同的几何形状定义、不同的离散度、以及在不同位置处计算出的分析结果。即，在一些示例中，该过程可以针对不同类型的分析(诸如摩擦学分析、热分析、结构分析、效率分析、动态分析、以及可以用于计算性能度量的任何其他类型的分析)构建多个模型，使得不同的模型具有共同的结构。例如，模型可以具有以下各项中的一项或多项：(i)共同的节点位置；(ii)共同的保真度水平；(iii)相同的网格；以及(iv)以相同的方式被离散化。以这种方式，可以以这样的方式构建不同的模型，使得本文中描述的过程可以有效地一起使用这些模型。在至少一些情况下，对于不期望与来自单独的CAE工具的另一种类型的分析相结合的单个类型的分析，这可能与技术人员以特定方式构建模型的预期相反。

图10中描述的不同模型之间的交互对于设计更好的传动系统可能非常有价值。参数描述1000中的设计变化可能会影响由不同分析类型计算出的任何性能度量。考虑到不同分析类型进行交互的多种方式，将热/效率/摩擦学/结构模型一起考虑，以便捕获所有交互并且得到更加准确的结果可能是有益的。

例如，轴承上的负载、轴承失准和轴承套圈变形都是根据传动系统的偏转计算的。偏转由结构模型计算，考虑齿轮负载、非线性轴承刚度和不均匀的温度分布，因此这依赖于热模型的输出。计算每个滚动轴承中的滚动元件之间的负载分担、以及每个滚动元件与滚道之间的接触压力分布。接触压力可以作为动态数据的一部分被输入到摩擦学模型(如上面参考图5所述)。

轴承失准、轴承套圈变形和轴承接触压力分布的这些值可以被用于计算轴承内的子组件之间的接触力。由摩擦学模型计算的牵引系数、以及这些接触力可以由效率模型用来计算轴承阻力和功率损耗。润滑剂特性可以被包括在摩擦学模型中，而润滑剂粘度会受到润滑剂温度的影响，这被提供为热模型的输出。然后，效率模型的轴承功率损耗可以作为热源，被用作热模型的输入。

上述润滑剂对轴承的影响的计算，可以与包括详细润滑剂定义的齿轮啮合效率的计算一起执行。牵引力模型(诸如FVA 345)可以通过使用从测试中获取的系数，来包括润滑剂配方和添加剂的影响。轴承的设计、齿轮的设计和润滑剂的设计之间可以在不同级别处进行实质性的交互。

齿轮设计是另一示例，其中不同模型之间的交互很有价值。针对给定的操作条件，齿轮的宏观几何形状决定了传动系统内的齿轮力，并且齿轮力会影响轴承负载、失准、滚动元件与滚道之间的接触压力，并且因此影响与润滑剂的交互和润滑剂对轴承阻力的影响。

齿轮的宏观几何形状也会影响齿轮的啮合效率，并且从而影响齿轮处的功率损耗机制。齿轮宏观几何形状中的设计选择有时会导致对一个性能度量产生有利影响，而对另一性能度量产生不利影响。例如，增加齿轮的工作压力角可以提高齿轮啮合的效率，但是会给轴承带来更大的负荷。增加的轴承负荷可能会增加轴承阻力，这种影响可以使用摩擦学模型来研究和理解。齿轮宏观几何形状的设计变化将影响齿轮耐久性、齿轮传动误差、齿轮效率和轴承阻力。对后两者的影响需要对油特性进行详细评估，这超出了诸如ISO 14179等标准的效率方法。需要关于性能准则的多重性，来对诸如油配方和/或齿轮宏观几何形状等设计变化进行评估。本发明考虑了不同类型分析的交互，并且促进了齿轮宏观几何设计中的多个性能度量的考虑。

当齿轮经过啮合周期时，啮合的刚度会变化，从而引起一种被称为传动误差(TE)的现象。刚度的这种变化作为一种激励，其本质上是音调的，并且可以激励传动系统的结构并且导致齿轮鸣音，这是一种令人讨厌的噪声且对于人耳是不愉快的，并且在诸如客车等消费产品中是不可接受的。齿轮微观几何形状会影响齿轮传动误差以及齿轮啮合效率。设计人员可以选择通过修改微观几何形状，或改变机油规格来提高传动系统的效率，而后者会影响轴承阻力。可以动态地求解结构模型，从而可以计算出整个传动系统对传动误差和其他激励的动态响应，从而使设计人员能够了解在不同性能准则范围内的任何设计变化的所有连锁影响。

在一个实施例中，本发明使用效率计算，该效率计算包括与系统偏转和负载齿的接触分析(LTCA)相结合的润滑剂测试数据(例如，FVA 345方法)。LTCA可以被包括在传动系统的结构模型中。系统偏转取决于轴偏转、轴承座偏转和非线性轴承偏转。LTCA是一种用于以下操作的方法：分析啮合的齿轮齿之间的接触的物理特性，考虑齿面接触的部分的偏转，以及计算齿轮齿面上的应力分布。负载取决于系统偏转和微观几何形状，并且影响齿轮耐久性和传动误差。因此，如果包括系统偏转，则齿轮齿微观几何形状的设计变化会影响噪声、耐久性和效率，但是在一些应用中，只有在正确地考虑润滑剂特性的情况下进行计算，才能对影响进行充分建模。在效率计算中包括润滑剂性能可以通过例如FVA 345方法来实现。非线性轴承刚度会影响系统偏转和失准，从而影响啮合齿轮齿之间的接触面的形状，从而影响耐久性/效率/噪声。

除了由于齿轮鸣音引起的噪声，其他动态仿真也可以被用于检查传动系统是否适用。齿轮比(或速度比)的变化通常涉及离合器或同步器的接合，而传动系统的速度比/齿轮比的这种不连续变化会产生瞬态冲击，出于乘客舒适度的考虑，传动系统设计者希望使该瞬态冲击最小化。

对这些速度比变化的研究涉及在速度变化事件中的时间步长，计算每个时间步长的力、转矩和速度。在离合器或同步器接合时，计算离合器或同步器中的摩擦力。

这些方法通常在MBD程序包(Adams、Simpack)或多域仿真程序包(Simulink)中执行。一些专用CAE工具谈及能够执行该仿真。

多年来，为自动变速箱选择与手动变速箱不同性能的润滑剂已经是被公认的工程实践。“ATF”(自动变速箱油)被设计为允许离合器和制动器始终接合，从而实现平稳的换档。

工程设计过程的现实是，这种润滑剂选择对其余组件的影响并非总是被很好地理解，并且当然未被量化。可以选择具有摩擦特性的流体来改善换档性能，并且这可以通过在诸如Adams等MBD工具、诸如Simulink等多域仿真工具或诸如Driva等专用CAE工具中进行仿真来进行研究，但是摩擦的表示是简单的摩擦系数的定义，而与速度、负载或温度无关。此外，由于前述原因，未考虑润滑剂选择对齿轮和轴承的详细影响。

本文中描述的示例可以有利地提供进一步的动态分析，包括以对离合器接合进行仿真的形式分析润滑剂的影响。离合器接合的事件是用以仿真齿轮速度/比的变化，并且目的是为了了解该事件对于例如客车乘客的舒适性。

仿真包括通过换档事件进行的瞬态动态仿真，其中离合器/同步器转矩是根据摩擦来计算的。摩擦系数可以是恒定值，也可以使用与被用于轴承的相似的牵引模型来计算，该模型是包括以下各项的牵引模型的组合：边界润滑、弹性流体动力润滑和混合润滑。

关键优势在于，现在可以根据对变速箱的换档质量、传动系统效率、以及齿轮和轴承的耐久性和磨损的影响，来解释给定润滑剂的选择。良好的离合器接合需要具体的摩擦性能，尤其是在低速时。这种摩擦性能可能不利于齿轮和轴承的性能，而可以研究所得到的性能的折衷关系。

所有仿真方法都可以将组件的几何形状和特性、操作条件和负载情况的定义作为输入。这些中的每个的单个值都会产生针对性能评估的单个结果。但是，实际上所有这些输入都会经受变化。为了了解生产线中的齿轮箱总体的实际操作性能，有必要根据生产公差来改变输入参数。

到目前为止，所描述的所有仿真都使用基于传动系统的参数描述的输入值，其中参数被设置为其标称值。基于制造公差、环境变化或劣化，研究工程系统在参数值与标称值不同时的性能表现是非常重要的。本发明提供了将公差应用于传动系统的参数定义的便利，以便了解所有制造的传动系统在所有操作和环境条件下的行为。

所有这些仿真为设计工程师提供了设计传动系统的可能性，这些传动系统更有效、更耐用并且具有更好的换档质量，同时又不让步于噪声性能。所有这些都是通过使设计和开发成本最小化以及使测试或使用中的失败风险最小化来实现的。

总之，可以在建模和设计传动系统时同时使用多种分析类型(诸如但不限于：摩擦学、效率、结构和热)。因此，可以考虑传动系统中的不同分析类型之间以及不同组件之间的交互。这种集成分析的结果是更准确的性能度量，最终导致更好的传动系统设计和/或更准确建模的传动系统。

本文中描述的示例还可以允许在动态影响变得非常重要的那些操作条件下进行轴承性能的仿真，例如，具有大惯量的滚轴的风力涡轮机轴承、以及在其中陀螺和离心作用变得非常重要的航空航天、电动马达和机床主轴应用中的高速轴承。

滚动元件轴承的另一种故障模式是打滑。在理想情况下，滚动元件的动力学表示它们在与内圈和外圈的接触界面处的运动是纯滚动。在这种情况下，摩擦最小(因此功率损耗和热量发热最小)并且磨损最小(因此耐久性最大)。滑动描述了接触界面上的运动涉及旋转(绕点旋转)或滑动(平移)时的行为。在这种情况下，接触表面处的摩擦会生成热量，从而导致功率损耗。热量还会导致润滑剂粘度的局部降低，从而减少油膜并且可能导致金属与金属接触，从而导致磨损和过早故障。

接触表面处的这种非理想运动可能是由许多因素引起的，这些因素根据应用而变化。例如，在风力涡轮机和其他大型机械中，轴旋转相对较慢，并且支撑轴承很大，具有很大的滚轴。通过轴承的每次旋转，滚轴都会经历加载区域和空载区域。在加载区域内，它被挤压在内圈与外圈之间，并且这两个圈之间的相对旋转、以及滚轴滚道接触处的牵引力使滚轴绕其自身的轴线旋转运动，并且滚轴在接触界面处实现了滚动运动。当滚轴移动到空载区域时，阻力会导致滚轴的旋转运动变慢，并且内圈和外圈上没有负载以保持旋转。结果是，当滚轴重新进入负载区域并且被滚道挤压时，滚轴转速低于纯滚动运动所需要的转速。滚道与滚轴之间的滑动运动会导致摩擦、金属与金属接触、磨损和过早故障。

在诸如航空发动机和变速箱、高速马达、涡轮增压器和机床主轴等高速机械中，正是高速导致了问题。滚轴轴承上的轴向力和径向力的组合表示，如果要实现理想的滚动运动，则每个滚轴的旋转轴必须通过轴承的每次旋转而改变。但是，Coriolis力的目的是保持每个滚轴的旋转轴，这意味着无法实现纯粹的滚动行为。

总之，当滚动元件与轴承滚道之间的牵引力不足以克服阻力和惯性力时，就会发生轴承打滑。结果是，滚动元件在滚道上滑动而非滚动。打滑是一个问题，因为滑动接触会生成过多的热量，而高剪切应力会导致磨损和轴承过早故障。为了防止打滑，必须在轴承上施加最小负载。

当前的轴承阻力模型(诸如ISO 14179)忽略了一些重要影响。随着径内向间隙、轴向与径向力的比率、失准和滚道偏转改变，滚轴之间的负载分配发生变化，从而影响滚动元件与滚道之间的接触压力，并且因此影响摩擦。实际上，轴承的失准表示，在微观水平上不可能实现真正的滚动运动。ISO 14179对此未作考虑。

专用CAE工具将轴承视为“准静态”形状，这表示尽管已知滚轴会旋转并且会产生疲劳周期，但是惯性力通常被忽略并且未考虑轴承的真实动态行为。因此，对于轴承滚轴惯性行为很重要的应用，诸如风力涡轮机变速箱和高速轴的轴承(航空航天、高速机床、电动马达、涡轮增压器)，无法预测会导致磨损的轴承打滑。

一些专用CAE工具(诸如Adore)确实考虑了滚动元件的惯性效应，并且进行了时间步长分析以尝试预测打滑。但是，在这些程序包中，仅对轴承建模，而未考虑系统的其余部分(轴、轴承座、齿轮、不均匀的温度分布)，这会以失准和变化的轴向与径向负载的形式对轴承产生如此深远的影响。此外，假定轴承滚道始终为圆形，因此未考虑其挠性。

在预测打滑时，这些专用CAE工具使用时间步长的数值过程，其中使用给定时间步长的力来计算加速度、速度、新位移以及下一时间步长的新力。必须对轴承系统中的每个感兴趣的元件执行该操作，并且时间步长越小，准确性越高。这提供了几个问题。无论时间步长多么小，由于假定所有条件都在时间步长内恒定，因此仍然存在误差。而且，它非常慢，有些仿真仅针对一种速度/负载情况就需要花费数小时或数天的时间。这意味着，对轴承在所有运行条件下的行为进行完整的调查非常耗时，而为提高性能而进行的设计分析重新设计迭代实际上是不切实际的。

预测打滑并不一定意味着对轴承的损坏会发生。打滑仅在所导致的润滑剂局部加热和薄膜厚度减小导致表面磨损或损坏的情况下，才是个问题。后者(磨损)取决于前者(打滑)，但是仅预测打滑。

存在各种打滑模型，这些打滑模型可以计算给定操作条件下的该最小负载的值。但是，这些模型中的大多数都是准静态的，并且仅限于轴向负载轴承和恒定速度。在实践中，轴承在轴向和径向组合负载以及时变速度下操作。特别地，风力涡轮机轴承易于打滑，因为它们倾向于在高速和低负载下操作。

对于本文中描述的示例，滚动元件之间的负载分担、与滚道的接触条件、滚道偏转、失准和轴向与径向力分布，都可以在整个传动系统的数学模型的范围内计算，包括齿轮力、轴偏转、轴承座偏转、非线性轴承刚度和不均匀的温度分布。然后，与滚道的接触条件可以被用于使用润滑模型(其包括边界润滑、弹性流体动力润滑和混合润滑)来计算滚轴与滚道之间的牵引力，以利用牵引模型。

当滚轴围绕滚轴轴承前进时，该模型可以预测每个滚轴在每个位置处的打滑。此外，它可以使用这种打滑预测来预测油的粘度的降低、薄膜厚度的减小以及由打滑引起的磨损的起始。

打滑预测可以以几种方式进行：a)数值分析(参考图11描述)，以及b)数值分析和解析方法组合在一起(参考图12描述)。在至少一些应用中，仅使用解析方法(即，不进行数值分析)可能不够准确。

图11示出了对传动系统进行建模的过程的示意图。该过程可以被认为是用于确定轴承打滑结果1144的数值分析(这是性能度量的示例)。如下面将要讨论的，该过程涉及在每个时间步长的力、加速度、速度和位移的时间步长分析。这表示一种准确的解决方案，但是可能很耗时。

如在先前的流程图中，图11的参数描述1100被用作动态模型处理块1101的输入。动态模型处理块1101可以以与上述相同的方式来构建和运行动态模型。动态数据可以表示接触的操作条件，诸如传动系统的接触表面处的速度和压力。摩擦学模型处理块1106可以至少基于参数描述1100以与上述相同的方式构建和运行摩擦学模型，以确定牵引系数。热模型处理块1126可以至少基于参数描述1100以与上述相同的方式构建和运行热模型，以确定温度分布。

在该示例中：

·摩擦学模型处理块1106可以基于温度分布和动态数据中的一者或两者来计算牵引系数，如图11中由指向摩擦学模型处理块1106的箭头所表示的。

·热模型处理块1126可以基于牵引系数和动态数据中的一者或两者来计算温度分布，如图11中由指向热模型处理块1126的箭头所表示的。

·动态模型处理块1101可以基于温度分布和牵引系数中的一者或两者来计算动态数据，如图11中由指向动态模型处理块1101的箭头所表示的。

三个模型处理块1106、1101和1126可以相互依赖，每个都将其他两个模型的输出作为输入。该过程可以迭代地运行模型，重复进行直到在牵引系数、温度分布和动态数据中的一个或多个方面达到收敛。这可以被认为是收敛循环，在图11中以附图标记1145示意性地示出，由此依次运行每个模型，直到运行模型的结果中的一个或多个结果充分稳定使得可以结束该循环。如上所述，该过程可以使用任何循环结束条件来确定何时停止收敛循环1145。

在步骤1143，该过程可以基于参数描述1100和以下各项中的一项或多项来计算轴承打滑结果1144：(i)动态数据(来自动态模型处理块1101)；(ii)温度分布(来自热模型处理块1126)；以及(iii)牵引系数(来自摩擦学模型处理块1106)。以这种方式，可以根据用户用于报告结果的要求，基于三个模型1106、1102和1126中的任何一个或全部来计算轴承打滑结果1144(性能度量的一个示例)。轴承打滑结果可以包括牵引系数、温度、功率损耗、耐久性度量和其他参数。

除了收敛循环1145，图11的方法还可以被用作时间步长数字模型。三个模型1106、1102和1126在仿真中的一个时间步长处的输出可以被用作仿真中的下一时间步长的初始条件。例如，在一个时间步长处达到收敛值之后，由热模型1126计算的温度分布可以被用作针对下一时间步长中的第一次迭代的初始温度分布。

图12示出了用于对传动系统进行建模的另一过程的示意图。该过程可以被认为是以下各项的组合：(i)上面参考图11描述的数值分析，以及(ii)下面将描述的解析解决方案，以确定轴承打滑结果1244(其是性能度量的一个示例)。与先前图中特征对应的图12的特征将被赋予1200系列的附图标记，并且在此不必赘述。

下述解析方法被用于标识可能发生打滑的条件并且研究可能的解决方案。解析方法的结果指示运行较慢数值解决方案(由模型运行步骤1206、1201、1226之间的循环提供)是有成效的。这样可以避免以下问题：估计可能的打滑状况并且持续进行数天的仿真才发现没有发生打滑。然后，可以使用数值方法来确认该结果并且了解打滑的严重性。

在图12中，在步骤1246，基于参数描述1200构建和运行至少一个轴承的解析模型。步骤1246的处理可以应用解析解决方案，该解析解决方案可以以预测滑动起始的闭合形式的等式来书写。这可能比数值分析要快得多；它可以在几秒钟(而非几小时或几天)内创建打滑“图”1248。它与图11的数值分析相比可能是不太准确的方法，但是在执行图11的数值分析之前作为初始处理步骤可能仍然是有用的。

对于在恒定轴向负载和恒定速度下的轴承，防止打滑所需要的最小负载由等式7a给出：

以及

其中η是润滑剂粘度，x”y”z”是运动坐标系，其中x”和y”轴位于接触面的平面内，而z”轴平行于接触线，a和b是椭圆形接触面的范围，h是润滑剂薄膜厚度，C_D是阻力系数，ρ是润滑剂密度，

是保持架速度的理论值，r_p是节距半径，r是滚动元件半径，Δu_max是最大允许滑动速度，G₀是陀螺力。

对于承受轴向和径向组合负载的轴承，负载区域内的打滑程度由等式7b给出：

以及

其中

其中θ是滑动接触区域的角度范围，θ_L是负载区域的角度范围，I是滚动元件的惯性力矩，ω_b ^th和ω_c ^th是保持架和元件速度的理论值，β是元件与滚道之间的接触角，μ_AB是在滑动接触区域中作用在滚动元件与滚道之间的摩擦系数，F_e ^max是在负载区域内作用在滚动元件上的最大接触力，Θ是滑动区域(滑动接触区域+自旋接触区域)的总的角度范围，μ_BC是在自旋接触区域中作用在滚动元件与滚道之间的摩擦系数。

对于在恒定轴向负载和变化速度下的轴承，如果速度波动大于由等式7c给出的阈值，则会发生打滑：

其中Ω和Δω是速度波动的频率和幅度，μ_e是元件与滚道之间的摩擦系数，F_a是轴向负载，r_i和r_o是内圈和外圈的半径，z是滚动元件的数目，l_c是滚动元件围绕轴承轴的惯性力矩，ω₀是平均速度。

应用等式7a-7c中的每个等式所需要的所有信息可以直接或间接地可从参数描述1200获取。间接可用信息的示例是上述动态数据。

以这种方式，处理步骤1246的输出是打滑图1248，该打滑图1248定义了哪些操作区域容易遭受轴承打滑。在某些示例中，轴承打滑图1248可以包含诸如以下的信息：i)在给定操作条件下是否发生打滑；ii)负载区域的范围；iii)滑动接触区域的范围；iv)自旋接触区域的范围；v)发生打滑时的速度波动的频率和/或大小。

使用该打滑图1248，该方法执行步骤1250，来标识在轴承的操作范围内的哪些操作点是感兴趣的操作点。“工作点”可以由负载条件(诸如速度、转矩)和/或轴承内的位置(即，定义打滑发生时的角度)表示。在一些示例中，该过程可以针对每个轴承确定单独的打滑图1248。步骤1250的处理可以手动执行(即，工程师查看滑行图1248并且选择操作点)，或者自动执行。通过将打滑图中的值与阈值进行比较，并且如果该值超过阈值，则进行数值分析，由此可以自动标识感兴趣的点。

然后，该过程可以使用动态模型1102、摩擦学模型1106和热模型1126以与以上参考图11描述的类似的方式执行详细的数值仿真。然而，在该示例中，动态模型处理块1201基于在步骤1250计算出的操作点来计算动态数据。即，由动态模型处理块1201使用的输入数据可以基于在步骤1250计算出的操作点来确定。以这种方式，然后进行数值分析以进一步研究这些感兴趣的操作点。

用于执行本发明的一个示例

本发明包括软件程序包，该软件程序包允许工程师通过仿真，来理解机械或机电传动系统中的变速箱、马达和电力电子设备的这三个子系统中的任何或全部的设计，以便可以通过设计修改来预测、理解和改进传动系统的性能。本发明专注于润滑剂如何影响诸如轴承打滑、齿轮啮合功率损耗和轴承阻力等物理行为的方面。

它的功能为设计工程师提供了对润滑剂的影响及其如何影响传动系统性能的其他方面的见解，从而可以优化设计并且确认其以先前无法实现的生产率适用。将新产品推向市场可以节省时间和金钱，也可以解决现有产品中的问题。最重要的是，存在进一步保护人的生命的潜力。

在一个方面，本发明提供了一种使用计算机辅助工程来设计传动系统的计算机实现的方法。该方法包括以下步骤：提供传动系统的参数定义；接收用户对待被执行的一种或多种类型分析的选择；确定参数定义的哪些特征被用于所选择的一种或多种分析类型；根据参数定义创建传动系统的数学模型；根据待被执行的一种或多种类型的分析来分析传动系统的性能；以及其中参数定义的哪些特征包括润滑剂特性；由此产生用于制造传动系统的设计。

由形状、功能、材料特性和操作条件或荷载工况组成的参数描述，是比这些分析所需要的输入数据更大的数据量。提取针对每种数学模型所需要的参数(静态、动力学、效率、热等)。针对摩擦学模型的输入数据从传动系统的完整参数描述中提取。

优选地，润滑剂特性包括润滑剂粘度和Eyring剪切应力。润滑剂特性是在参数描述中定义的材料特性的一部分。它们包括润滑剂的粘度和Eyring剪切应力。

优选地，一种或多种类型的分析包括轴承阻力和/或离合器摩擦力的计算。传动系统的参数定义被用作输入数据以进行分析，在这种情况下，这是轴承阻力，并且是传动系统整体效率计算的组成部分，或者是离合器摩擦力，这是变速计算的组成部分。

优选地，轴承阻力计算和/或离合器摩擦力计算包括牵引模型。

优选地，轴承阻力计算包括根据系统偏转而计算的轴承失准。优选地，系统偏转包括轴承座、轴或非线性轴承刚度的函数。参数定义包含静态分析所需要的数据。这是从该单一定义中得出的数学模型之一。

优选地，考虑不均匀的温度分布。

优选地，设计目标进一步包括轴承耐久性或打滑。优选地，轴承打滑根据数值方法和解析方法两者来计算。

优选地，设计目标进一步包括齿轮比变速和/或动态离合器接合。

优选地，对传动系统的性能设置限制，该限制是用于避免磨损、疲劳或表面损坏而可接受的轴承打滑量。

优选地，设计目标进一步包括齿轮耐久性或传动误差或效率。优选地，设计目标进一步包括由于传动误差引起的振动或噪声。

优选地，参数定义包括制造公差。

在进一步的方面，本发明提供了一种用于传动系统的计算机辅助工程设计的计算机可读产品，该产品包括用于实现上述本发明的第一方面的方法步骤的代码装置。

在进一步的方面，本发明提供了一种用于旋转机械组件的计算机辅助工程设计的计算机系统，该系统包括被设计用于实现上述本发明的第一方面的方法步骤的装置。

用于执行本发明的模式的详细描述

原则上，变速箱的所有关键工程参数都在单个模型中定义，包括形状、功能、工作方式和材料特性。这些参数在允许快速重新定义设计的参数模型中被定义，从而根据物理仿真的多重性的结果来进行快速的设计分析重新设计的迭代。这些仿真结果中的每个仿真结果都来自传动系统的操作性能的数学模型，其中每种物理现象需要不同的算法，并且所有算法都在单个程序包内可用以使工程生产率最大化。

本发明的关键特征在于，存在系统的单个参数描述，从该参数描述导出用于多个故障模式分析的多个模型。

术语“参数描述”是被应用于数据集合的标签，该数据集合定义了产品的形状、功能、特性和操作条件。形状包括与几何形状相关的数据；特性包括组件的材料特性、以及组件具体的特性，诸如轴承的动态容量、齿轮齿面的表面粗糙度、润滑剂的粘度、轴材料的古德曼图、电动马达绕组的电阻率等；操作条件主要包括旋转机械的功率、速度、转矩，其既可以作为时间历史，也可以作为驻留直方图，但也包括温度、湿度等；功能定义了产品、子系统和组件执行其主要功能的方式，例如，滚动轴承的功能是为轴提供支撑，同时允许其旋转，将轴和轴承组装在一起并且组合的功能是提供可以被施加负载的旋转轴，将齿轮安装在轴上，使其与类似安装的齿轮啮合并且组合的功能是改变速度和转矩(即，齿轮箱)。

表1分析特定的数据选择和参数描述

表1的第一行示出了由四个数据集(功能1302、形状1304、特性1306和操作条件1308)形成的参数描述1300的表示。图13示出了由四个不重叠的数据集(功能1302、形状1304、特性1306和操作条件1308)形成的参数描述1300的进一步表示。取决于使用解析程序包1310、1312、1314中的哪个程序包，工程师必须从四个数据集中的一个或多个数据集选择数据，以创建适合于正被执行分析的解析模型。

在传统的软件程序包中，CAD提供了形状(几何形状)和特性的某些方面(材料密度，而非杨氏模量)，但是不包括操作条件或功能。多体动力学和有限元程序包中的模型，包括形状、功能、特性和操作条件的某些方面，但是那些方面仅是与正被仿真的特定故障模式有关的方面(参见图1)。多域动态仿真中的模型还使用与正被仿真的特定故障模式相关的功能、特性和操作条件的方面(参见图1)，但是没有形状。专用车辆仿真程序包(例如，AVLCruise)中的模型与多域动态仿真程序包中的模型相似，因为它们具有与正被仿真的特定故障模式相关的功能、特性和运行条件的方面(参见图1a)，但是没有形状。

组件的特定程序包中的模型仅具有组件的形状和特性，但是该组件的功能需要在整个系统的上下文中进行理解。例如，轴承的功能是支撑轴的负载，该轴位于轴承座中，该轴承座例如被支撑在车辆底盘中。如果没有对轴和轴承座的定义，则只能通过人为定义的操作条件(诸如负载、失准)来暗含功能的定义。

这在图13中图示，其中针对分析的相关数据集1310，由形状集1304、特性集1306和运行条件集1306的三角形集重叠部分来表示，并且在该示例中，数据集为多体动力学或有限元程序包提供数据。类似地，针对分析的相关数据集1312由功能集1302、特性集1306和运行条件集1308的三角形集重叠部分来表示，并且在该示例中，数据集为多域动态仿真或专用车辆性能程序包提供数据。同样地，针对分析的相关数据1314由形状集1304和特性集1306的三角形集重叠部分表示，并且为CAD提供数据。

在传统的软件程序包中，四种类型数据中的至少每种数据不存在则会导致设计过程中的工作流程的不连续。图13图示了本发明如何消除这种不连续性。

本文描述了一种发明，该发明是一种软件程序包，该软件包以前所未有的细节更加仿真了传动系统的性能，特别是润滑剂的影响。工程上的影响是，设计人员能够设计出效率更高且更耐用的传动系统，并且在采用传动系统的各种运输模式上，为环境、成本以及乘客的安全性带来相应的好处。

本发明基于专用的程序包，只要为整个传动系统定义了形状、功能、材料特性和荷载工况，并且根据其工程功能，为多个不同的组件提供参数定义。正是从这个单一产品定义中导出了多重的不同的数学模型，以便可以同时评估广泛范围内的不同的性能目标和故障模式。

对润滑剂的描述不仅限于粘度。包括了Eyring剪切应力，从而可以根据操作条件导出牵引模型，该模型包括边界层润滑和弹性流体动力润滑。

由于与专用程序包共用，因此根据齿轮负载、非线性轴承刚度、轴偏转、轴承座偏转和不均匀的温度分布来计算系统偏转。这不仅被用于计算轴承上的负载，还用于计算失准和轴承套圈变形。计算每个滚动轴承中的滚动元件之间的负载分担、以及每个滚动元件与滚道之间的接触压力分布。

这些失准、轴承套圈变形和接触压力分布的值，被用于计算轴承内的牵引力、以及相应的轴承阻力。

这可以在准静态条件下计算，而无需考虑轴承中的惯性力，并且这在很多情况下足以计算轴承阻力及其对效率的影响。

润滑剂对轴承的影响的计算，包括对FVA 345等的详细的润滑剂定义，其与齿轮啮合效率的计算同时进行。然后轴承的设计、齿轮的设计和润滑剂的设计之间在不同级别处发生实质性的交互。

齿轮的宏观几何形状定义了给定传递转矩下齿轮箱内的齿轮力，并且这会影响轴承负载、失准、滚动元件与滚道之间的接触压力，并且因此影响与润滑剂的交互、以及Eyring剪切应力对轴承阻力的影响。

同时，齿轮的宏观几何形状会影响齿轮啮合效率，并且从而影响齿轮处的功率损耗机制。齿轮的工作压力角增加会提高齿轮啮合的效率，但是会给轴承带来更多的负载并且因此可能会增加轴承阻力，这具体取决于油的Eyring剪切应力。可以对此进行调查和理解。它还会影响齿轮的耐久性和传动误差。宏观几何形状的变化将影响齿轮的耐久性、齿轮传动误差、齿轮效率和轴承阻力。对后两个的影响需要对超出ISO 14179的油特性进行详细评估，并且这也被包括在本发明中。需要针对多重的性能准则，来评估诸如油配方和/或齿轮宏观几何形状的变化，并且本发明允许这种变化。

齿轮的微观几何形状会影响齿轮传动误差和齿轮啮合效率。设计人员可以选择通过修改微观几何形状或改变机油规格来提高齿轮箱效率，而后者会影响轴承阻力。本发明包括对齿轮传动误差和整个系统的动态响应的计算，从而允许设计者了解在不同性能准则范围内的任何设计变化的所有连锁影响。

本发明还允许在动态影响变得非常重要的操作条件下，仿真轴承性能，例如，具有大惯量滚轴的风力涡轮机轴承、以及在其中陀螺和离心作用变得非常重要的航空航天、电动马达和机床主轴应用中的高速轴承。

滚动元件之间的负载分担、与滚道的接触条件、滚道偏转、失准和轴向与径向力分布，都是在整个传动系统的数学模型的上下文内计算出的，包括齿轮力、轴偏转、轴承座偏转、非线性轴承刚度和不均匀的温度分布。然后，与滚道的接触条件可以被用于使用润滑模型(其包括边界润滑、弹性流体动力润滑和混合润滑)，来计算滚轴与滚道之间的牵引力，以利用Eyring剪切应力和润滑剂的粘度。

当滚珠绕着滚珠轴承前进时，它预测每个滚轴在每个位置处的打滑。此外，它使用该打滑的预测来预测油的粘度的降低、薄膜厚度的减小以及打滑引起的磨损的开始。

打滑预测以两种方式进行。包括数值方法的常规方法，其涉及对每个时间步长的力、加速度、速度和位移的时间步长分析。这是可能的最准确的解决方案，但是它很耗时且难以用作设计工具，因为有时难以解释结果。

因此，采用第二种方法，其是一种可以预测打滑的发生的以封闭形式的等式书写的解析解决方案。这要快得多，能够在几秒钟(而非几小时或几)内创建打滑“图”。这是一种不太准确的方法，但是有助于使设计人员了解发生打滑的机制，从而采取措施避免打滑。自然，当设计人员准备就绪时，他/她可以通过使用数值方法在相同条件下重新运行打滑预测来检查解析结果的准确性。

在实践中，两种方法都被采用。解析方法被用于标识可能发生打滑的条件，并且研究可能的解决方案。它指示运行慢速数值解决方案的情况会是富有成效的。这样就避免了估计可能的打滑状况并且持续几天运行仿真才发现没有打滑的问题。数值方法被用于确认该结果并且了解打滑的严重性。

本发明提供了进一步的动态分析，包括以离合器接合的仿真形式的润滑剂的影响。离合器接合的事件是为了仿真齿轮速度/传动比的变化，并且目的是为了了解该事件对于例如客车的乘客的舒适性。

该仿真包括通过换档事件进行的瞬态动态仿真，其中离合器/同步器转矩是根据摩擦来计算的。摩擦系数可以是恒定值，但是更高级的版本使用与用于轴承的模型相似的牵引模型，该模型是由边界润滑、弹性流体动力润滑和混合润滑组成的摩擦学模型的组合。

关键优势在于，现在可以根据对变速箱换档质量、传动系统效率以及齿轮和轴承的耐久性和磨损的影响，来解释给定润滑剂的选择。良好的离合器接合需要特定的摩擦性能，尤其是在低速行驶时，这对于齿轮和轴承而言可能并不慷慨，并且可以研究该性能上的折衷。

到目前为止，所描述的所有仿真都使用基于传动系统的参数描述和被设置为其标称值的参数的输入值。基于制造公差、环境变化或劣化，当输入值与标称值不同时，研究工程系统的性能如何则非常重要。本发明提供了将公差应用于传动系统的参数定义的便利，以便了解所有制造的传动系统在所有操作和环境条件下的行为。

所有这些仿真为设计工程师提供了设计传动系统的可能性，这些传动系统更有效、更耐用并且具有更好的换档质量，同时又不让步于噪声性能。所有这些都是通过使设计和开发成本最小化、以及使测试或使用中的失败风险最小化来实现的。

编号条款

1.一种使用计算机辅助工程来设计传动系统的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：

提供传动系统的参数定义；

接收用户对待被执行的一种或多种类型的分析进行的选择；

确定参数定义的哪些特征被用于所选择的一种或多种分析类型；

根据参数定义创建所述传动系统的数学模型；

根据待被执行的一种或多种类型的分析，来分析所述传动系统的性能；以及

其中参数定义的特征包括润滑剂特性；

由此产生用于制造传动系统的设计。

2.根据条款1的方法，其中润滑剂特性包括润滑剂粘度和Eyring剪切应力。

3.根据条款2的方法，其中一种或多种类型的分析包括轴承阻力和/或离合器摩擦力的计算。

4.根据条款3的方法，其中轴承阻力计算和/或离合器摩擦力计算包括牵引模型。

5.根据条款3或4的方法，其中轴承阻力计算包括根据系统偏转而计算的轴承失准。

6.根据条款5的方法，其中系统偏转包括轴承座、轴或非线性轴承刚度的函数。

7.根据条款5或6的方法，其中考虑不均匀的温度分布。

8.根据先前条款中任一项的方法，其中设计目标进一步包括轴承耐久性或打滑。

9.根据条款8的方法，其中轴承打滑根据数值方法和解析方法两者来计算。

10.根据条款3或5的方法，其中设计目标进一步包括齿轮比变速和/或动态离合器接合。

11.根据先前条款中任一项的方法，其中对传动系统的性能设置限制，限制是用于避免磨损、疲劳或表面损坏而可接受的轴承打滑量。

12.根据先前条款中任一项的方法，其中设计目标进一步包括齿轮耐久性或传动误差或效率。

13.根据条款11的方法，其中设计目标进一步包括由于传动误差引起的振动或噪声。

14.根据先前条款中任一项的方法，其中参数定义包括制造公差。

15.一种用于传动系统的计算机辅助工程设计的计算机可读产品，产品包括用于实现根据条款1至14中任一项的方法步骤的代码装置。

16.一种用于旋转机械组件的计算机辅助工程设计的计算机系统，系统包括被设计用于实现根据条款1至14中任一项的方法步骤的装置。

还可以提供：

一种使用计算机辅助工程来设计传动系统的计算机实现的方法，方法包括以下步骤：

提供传动系统的参数定义，其中参数定义的特征包括润滑剂粘度和表面粗糙度；

用户指定待被执行的一种或多种类型的分析；以及

根据待被执行的一种或多种类型的分析来分析传动系统的性能；

其中数学模型之一是摩擦学模型，并且分析类型之一是摩擦学分析；

由此产生用于制造传动系统的设计。

分析传动系统的性能可以包括对照设计目标进行分析。

摩擦学分析可以包括计算轴承阻力和/或离合器摩擦力。

轴承阻力计算和/或离合器摩擦力计算可以包括牵引模型。

牵引模型可以是Eyring模型。

轴承阻力计算可以包括根据系统偏转而计算的轴承失准。

系统偏转可以包括轴承座、轴或非线性轴承刚度的函数。

传动系统上的温度分布可以是不均匀的分布。

设计目标可以包括轴承耐久性或打滑。

分析类型可以是轴承打滑。数学模型可以结合数值方法和解析方法。

设计目标可以进一步包括齿轮比变速和/或动态离合器接合。

可以对传动系统的性能设置限制。限制可以是用于避免磨损、疲劳或表面损坏的可接受的轴承打滑量。

设计目标可以进一步包括齿轮耐久性或传动误差或效率。

设计目标可以进一步包括由于传动误差引起的振动或噪声。

一种方法可以包括如下的附加步骤：修改参数定义的特征，并且重复分析传动系统的性能，直到性能在用户指定的范围内。

Claims (27)

1.一种用于对传动系统进行建模的计算机实现的方法，所述传动系统包括多个组件，所述方法包括以下步骤：

a)接收所述传动系统的参数描述；

b)根据所述参数描述创建所述传动系统的摩擦学模型；

c)使用所述摩擦学模型计算针对所述传动系统的一个或多个组件的一个或多个牵引系数；以及

d)计算所述传动系统的性能度量，其中所述计算基于所述参数描述和所述一个或多个牵引系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中创建所述摩擦学模型包括：

使用来自所述参数描述的数据来运行动态模型以便确定动态数据；

通过处理所述动态数据以及所述参数描述，来确定润滑剂薄膜厚度参数；

基于所述润滑剂薄膜厚度参数确定润滑状态；

标识适合于确定的所述润滑状态的牵引模型；以及

处理所述牵引模型、所述参数描述和所述动态数据，来计算所述牵引系数的至少子集。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：

计算所述性能度量包括构建性能度量模型，以及

其中所述方法进一步包括：

创建所述摩擦学模型并且构建所述性能度量模型，使得所述摩擦学模型和所述性能度量模型具有共同的结构。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

将所述性能度量与一个或多个循环结束条件进行比较；以及

如果所述一个或多个循环结束条件未被满足，则：

基于所述性能度量更新所述参数描述。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述创建所述传动系统的热模型；

使用所述热模型计算针对所述传动系统的一个或多个组件的温度分布；

基于所述温度分布和所述一个或多个牵引系数中的一者或两者，来计算所述传动系统的所述性能度量。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述并且还基于所述温度分布，来创建所述传动系统的所述摩擦学模型。

7.根据权利要求5或6所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述并且还基于所述一个或多个牵引系数，来创建所述传动系统的所述热模型。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，还包括：

基于所述参数描述和所述温度分布，来确定由所述热分布引起的所述传动系统的一个或多个组件的偏转；以及

基于所述一个或多个牵引系数和所述一个或多个组件的确定的所述偏转中的一者或两者，来计算所述传动系统的所述性能度量。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述创建所述传动系统的效率模型；

使用所述效率模型计算效率度量；

基于所述效率度量和所述一个或多个牵引系数中的一者或两者，来计算所述传动系统的所述性能度量。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述并且还基于所述一个或多个牵引系数，来创建所述传动系统的所述效率模型。

11.根据权利要求9或10所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述创建所述传动系统的热模型；

使用所述热模型计算针对所述传动系统的一个或多个组件的温度分布；

基于所述温度分布和所述一个或多个牵引系数中的一者或两者，来计算所述传动系统的所述性能度量。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述并且还基于所述一个或多个牵引系数和/或所述效率度量，来创建所述传动系统的所述热模型。

13.根据权利要求11或12所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述并且还基于针对所述传动系统的一个或多个组件的所述温度分布，来创建所述传动系统的所述效率模型。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述创建所述传动系统的结构模型；

基于所述结构模型确定所述传动系统的一个或多个组件的偏转；以及

基于所述一个或多个牵引系数和所述一个或多个组件的确定的所述偏转中的一者或两者，来计算所述传动系统的所述性能度量。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述并且还基于所述一个或多个组件的确定的所述偏转，来创建所述传动系统的所述摩擦学模型。

16.根据权利要求14或15所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述创建所述传动系统的热模型；

使用所述热模型计算针对所述传动系统的一个或多个组件的温度分布；

可选地，还基于所述温度分布来计算所述传动系统的所述性能度量。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述并且还基于所述温度分布，来创建所述传动系统的所述结构模型。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，进一步包括：

根据所述参数描述创建所述传动系统的效率模型；

使用所述效率模型计算效率度量；

可选地，还基于所述效率度量来计算所述传动系统的所述性能度量。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，进一步包括：

还基于以下各项中的一项或多项来创建所述传动系统的所述效率模型：所述温度分布、所述牵引系数和所述一个或多个组件的确定的所述偏转。

20.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述传动系统包括至少一个轴承，所述方法进一步包括：

使用所述摩擦学模型，并且还基于温度分布和动态数据中的一者或两者，来计算针对所述传动系统的一个或多个组件的一个或多个牵引系数；

基于所述传动系统的所述参数描述，并且还基于所述牵引系数和所述动态数据中的一者或两者，来计算温度分布；

基于所述传动系统的所述参数描述，并且还基于所述温度分布和所述牵引系数中的一者或两者，来计算所述动态数据；以及

基于以下各项中的任何一项或全部，来计算所述传动系统的轴承打滑性能度量：所述参数描述、所述一个或多个牵引系数、所述动态数据和所述温度分布。

21.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述传动系统包括至少一个轴承，所述方法进一步包括：

基于所述参数描述构建和运行所述轴承的解析模型，以确定轴承打滑图；

基于所述打滑图标识所述轴承的操作范围内的操作点；

针对标识出的所述操作点使用所述摩擦学模型，并且还基于温度分布和动态数据中的一者或两者，来计算所述传动系统的一个或多个组件的一个或多个牵引系数；

基于所述传动系统的所述参数描述，以及所述牵引系数和所述动态数据中的一者或两者来计算温度分布；

基于所述传动系统的所述参数描述，以及所述温度分布和所述牵引系数中的一者或两者来计算所述动态数据；以及

基于以下各项中的任何一项或全部，来计算所述传动系统的轴承打滑性能度量：所述参数描述、所述一个或多个牵引系数、所述动态数据和所述温度分布。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括计算轴承阻力和/或离合器摩擦力。

23.根据权利要求22所述的方法，其中对所述轴承阻力的计算包括：根据系统偏转来计算轴承失准。

24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述传动系统的所述参数描述包括制造公差。

25.一种用于传动系统的计算机辅助工程设计的计算机可读产品，所述产品包括：用于实现根据前述权利要求中任一项所述的方法步骤的代码装置。

26.一种用于传动系统的计算机辅助工程设计的计算机系统，所述系统包括：被设计用于实现根据前述方法权利要求中任一项所述的方法步骤的装置。

27.一种传动系统，使用根据前述方法权利要求中任一项所述的方法来设计。

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