面临的挑战：

来自海克斯康的解决方案：

a) 模拟仿真软件

皮带轮属于盘毂类零件，一般相对尺寸比较大，制造工艺上一般以铸造、锻造为主。皮带轮通常与相对柔软的与之相适应的传动带配合，构成带传动系统。此类传动系统优点有：皮带轮传动能缓和载荷冲击；皮带轮传动运行平稳、低噪音、低振动；皮带轮传动的结构简单，调整方便；皮带轮传动对于皮带轮的制造和安装精度不像啮合传动严格；皮带轮传动具有过载保护的功能；皮带轮传动的两轴中心距调节范围较大。因此在一些农业机械，小型发电机、减速器、空压机，轧花机、纺织机械等领域都有应用，相对比较经济，实用。

海克斯康的一系列仿真分析软件，对于皮带轮的设计开发提供了有效的工具，可以大大减少带轮的设计开发成本和周期。

• 带传动分析模块

Adams/Machinery为设计人员和工程师提供了一套定制的工具套件，包括所有Adams纵向机械工具模块：齿轮模块、带传动模块、链传动模块、轴承模块、缆索模块和电机模块。

① 为常见传动机械零件进行高保真的仿真模拟，无需专家知识和经验；

② 极为快速的建模-解算-评估，提高了设计效率；

③ 通过用户向导界面实现复杂机械部件的自动化建模，包括几何特征及部件之间的相互作用关系，省时；

④ 提供从简单到复杂的多层次模型定义选项，灵活；

⑤ 预定制标准化的测试输出，方便对仿真结果进行输出和评估；

⑥ 作为Adams/View的插件，支持Master key token方式获得使用授权。

其中Adams Machinery Belt是一个高效的带传动专用工具，可对多种类型的皮带轮进行建模及评估，包括一般平面带、V型带、楔形带等，研究传动带系统传动比、张紧器变化、带的动力学行为等对系统性能的影响。

• 疲劳分析模块

一些受力复杂的大型构件或关键机械部件往往要进行可靠性分析,从有限元的角度分析可以使计算结果更加准确,若再采用有限元软件进行辅助分析，就会令计算工作量大大降低。利用Nastran软件和有限元分析方法，对带传动系统进行可靠性分析，计算结果能精确反映受力零件应力集中部位及各部位的应力值。通过工作应力值与材料许用应力值的比较，对零件结构进行改进，有效降低应力集中,提高零件的可靠性。

MSC Nastran嵌入疲劳是基于 CAE预测疲劳的全新方法，首次将疲劳分析为有限元解算过程的一部分，而不是作为后处理。改进了目前繁重而耗时的疲劳求解过程。由于大幅减少了各种疲劳计算文件的数量，从而大大缩短了总计算时间，Nastran嵌入疲劳彻底改变了当前的疲劳计算模式。 借助嵌入Nastran的疲劳（NEF）软件，不再需要庞大的应力（中间）文件。由此无需传输应力文件，大大降低了对 CPU（内存）的需求，真正实现了在内存中进行疲劳计算，使疲劳计算成为可能。

参考文献：刘涛, 杨长征. 基于Nastran的十字轴万向节有限元分析[J]. 郑州轻工业学院学报（自然科学版）, 2009, 24(2).

b) 成形仿真软件

对于壁厚变化较大且带有凸台的零件，通常采用整体铸造、拼焊和锻后切削加工的方式来制造，但这样制造出来的零件整体力学性能较差，成本及能耗较高且工序多效率低，往往无法满足其使用要求，也不符合节能与绿色制造的社会发展趋势。

本软件通过模拟锻造、钣金成形、旋压、挤压及热处理的过程，可以验证、优化工艺方案和模具结构，不仅可以稳定产品质量，还能最大限度的降低制造成本。

• 冲锻成形模块

冲锻成形工艺是在板材冲压与锻造复合塑性成形技术的基础上发展起来的一种复合成形工艺，兼有普通板料冲压的低压力及锻造成形的高精度，可成形壁厚有变化的零件。本模块可以有效模拟钣材冲压时的变形、温度场及应力应变等。通过模拟钣金成形和锻造过程，可以有效改善产品缺陷的问题。

① 钣金成形模块

传统钣金成形主要依据经验数据，工作量大、周期长、效率低、费用高、缺少科学性和预见性。往往需要进行多次实验才能得到较为合理的工装设计和工艺参数，对人力和物力的消耗极为巨大。使用本模块，通过减少物理实验次数；减少因物理实验或工艺不当造成的材料和模具损耗；优化工艺路线，减少工艺步骤，减少工时从而节约能源及相关人力物力，通过缩短新产品研发时间，降低废料率，减少资源耗费，提高工作效率，达到最终最大程度降低制造成本的目的。

在实际零部件的生产中，往往是多种工艺混合使用，从原材料到成品往往是一个工艺链。部件中的主要结构件对产品质量要求极为严格，如果工艺链中的任何一环出现问题，均会影响最终产品的质量。如果无法对产品加工的工艺链仿真，只是局限于某一种工艺，那么这种简化的模型由于没有考虑前一步工序的影响，将会导致计算结果与实际结果存在较大误差。本模块针对不同工序数据可以无缝连接，极大的提高了仿真模型与实际工艺链的吻合性及仿真的精确度。同时工装和工艺参数的设计由经验型向科学计算型转变，提高材料加工工艺装备设计的科学性和精确性。在现有生产工装不变的前提下，实现提高产品质量的目的。并可通过以下方面大幅减少研发和生产成本：减少模具设计过程中由测试产生的工作量、缩短研发时间；根据压力机冲压能力对工艺过程进行优化、完成复杂模具的优化设计，通过加强工程师对工艺过程的理解，实现模具载荷的优化仿真来得到更高的工艺稳定性和成形质量。

典型案例：

② 锻造仿真模块

冷锻仿真模块

冷锻是指在材料的再结晶温度范围内发生的显著成形过程，其成形温度通常是在室温条件下。材料在冷锻过程中，高压载荷的作用下发生塑性形变，将坯料加工至所需形状。通过本功能模块的模拟仿真过程，可协助用户预防以下缺陷的产生：起皱、填充性不足、切边后的材料缺陷、断裂、模具超负荷。进行仿真时，用户需要定义几乎所有与成形工件相关的边界条件，比如压力机和模具弹簧。本模块可协助用户完成完整的边界条件定义，这在仿真工件的回弹时非常有必要，这将保证仿真的精度和稳定性。

热模锻仿真模块

热模锻仿真是当今CAE领域不可分割的一环。 本软件模块将便捷、直观、易用集成在一起，为热锻工艺的优化设计提供高质量的指导和预测。它能够过减少开发循环次数降低研发成本、降低试验成本，缩短新品上市周期。优化模具使用寿命，降低模具成本；提高机器利用率，从而降低固定成本；提高材料利用率，降低生产成本（比如减少毛刺等）；优化工艺过程，降低制造成本；提高单个工艺过程的效率，降低能源成本。同时提高工艺稳定性，提高了目标工件质量；

热锻模块可对零件制造的整个热锻工艺链进行全方位仿真：比如从坯料下料开始，承接坯料初始热处理、镦粗、预成形和终锻、修边、冲压、校正、冷却、最终热处理等。主要用于高于再结晶温度成形的工艺仿真，除热模锻成形仿真之外，模块中还包含了切边、加热、冷却、磨具应力分析等一系列与热锻相关的仿真模块，满足全方位的仿真需求。 除此之外，还支持其它类似的热挤压成形仿真：比如说轧制工艺仿真。该模块不仅可以对坯料的轧制过程进行仿真，还可在一定精度上还原轧机和轧辊的复杂运动，并对模具应力进行分析，还可非常精准的还原设备运动规律。用户可按需对模具的运动进行方便的定位，一旦定义后，软件会自动将运动规范保存到数据库中以备后续使用，协助进行模具设计。

通过仿真将实际的测试和优化搬运到虚拟电脑中，大大节约了成本。

汽车连杆模拟图和生产车间的实物图

热锻模块采用独有的双求解器（FE和FV）求解技术，内置强大的冲压、摩擦数据库，且支持简便的用户自定义材料数据输入，能够为用户提供非常全面、快速、准确的仿真。轻松打破2D与3D直接的仿真界限，在工艺链中进行2D和3D的混合仿真，或进行全工艺的3D仿真，实现工艺链无缝对接计算，结果自动传递。双求解器优势互补，使用FV求解器可进行可靠、精确的皱褶检测，通过FE保证高效的求解速度，能够有效应对各种任务：模具、设备刚度的快速定义；工艺过程的鲁棒性分析；对CAD数据格式进行自动离散；通过模具应力分析功能，可对模具见的装配关系所产生的应力进行仿真；基于非耦合仿真方法进行模具应力仿真；定义弹簧模具；实现冲孔、修边仿真并简便转换模具类型（将模具类型转变为可变形模具或带传热的刚性模具）；无飞边精细模锻；考虑压力机挠度的仿真设计；进行压力演变预测分析；弹塑性热力耦合材料模型；预测回弹和残余应力；对机械连接结果进行虚拟拉伸试验；进行带结果的后处理装配计算；并能根据分析结果，自动生成结果评价报告。

热锻工艺模拟

实现热锻、开式模锻、闭式模锻、热挤压、模锻、锤锻、多向模锻等热成形工艺仿真分析。热锻工艺包括两种算法：有限单元法（FEM）和有限体法（FV），分别对应隐式非线性求解器和显示非线性求解器。两种算法可以相互切换，即使用有限体法（FV）可以快速高效的计算大变形金属材料流动和折叠，帮助用户判断金属的材料流动和折叠情况，同样使用有限单元法（FEM）也可以分析材料流动和折叠，但是计算效率稍微低点。这样用户可以使用两种算法交互优化模型。同样可以多工序连续仿真成形。

多向热锻成形

可以实现复杂变形；多个工具、多个方向作用变形，很好的、精准的控制各个工具的精准运动，实现容易，定义简单。

多向锻造

热连锻工艺

从加热分析到多次锻压工序，每次仿真分析都考虑上一工序的温度、应力、应变等结果分布，保证了和实际分析的对应，充分考虑各工序的变形过程和变形结果。

有限体积法：独有的有限体积法，可以实现复杂材料加工工艺仿真。快速计算成形。

• 旋压成形模块

旋压成形技术精度高、节能、动平衡好、无环境污染，克服了传统制造工艺的缺点，并逐渐淘汰了铸铁等传统皮带轮，实现了皮带轮的轻量化。旋压是利用旋轮对旋转的坯料施加压力，使其产生逐点的塑性变形，从而获得各种母线形状的回转体零件的塑性加工方法。在实际生产中，影响旋压过程的工艺参数众多，如何设置最佳的工艺参数配置是制定旋压工艺方案的重点。由于其成形工艺的复杂性，单纯采用物理实验和理论解析的方法难以准确高效地解决实际问题，数值模拟仿真成为研究旋压成形皮带轮的重要工具。

本模块可以灵活设置单轮旋压、多轮旋压，主动旋转和被动旋转，可以直接将旋轮行走的轨迹曲线导入，方便用户前处理建模，采用弹塑性求解器，能够精确分析回弹，贴膜程度等。

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