減 少 開 發 時 間 和 所 耗 資 源 來 設 計 優 質 產 品，一直是一個重大的產業挑戰。不同CAE技術的集成讓我們朝這個目標向前邁進了一步。例如，通過使多體動力學（MBD）工程師在他們熟悉的 MBD 環境訪問初步聲學數據 ， 即使不是聲學專家或沒有聲學工程師的直接支持，也可以讓MBD工程師發現不滿足要求的設計。此外，試圖連接兩個資料可能不僅會導致資訊的丟失，而且需要工程師額外的手工作業。與此相比，通過一個 集成的解決方案 ，MBD和聲學部門之間的資料交換將僅在一些先進的聲學結果上受到限制。

本文將討論 Adams 與 Actran ，MSC軟件公司的MBD與聲學解決方案，如何組合併集成在一起，使MBD工程師在設計流程的早期洞察運動機構的聲學行為具備可能。此外，聲學工程師還可以從聲學結果的進一步後處理中得到更多有價值的資訊。

多 體 動 力 學 耦 合 聲 學 分 析

一般來說，預測出自諸如 傳輸系統 或 變速箱 這樣的運動系統的雜訊是很難的。一是系統內有複雜的運動機制，以及不同的方式，其中各部件相互作用， 造成不同的 接觸力 和 振動 。二是要瞭解其動態性能如何影響來自 變速箱 的 聲波輻射 也是一個很大的挑戰。如果沒有准確地預測系統動態如何影響其雜訊性能的能力，工程師們就沒有一個有效的方法來重新設計他們的系統，以提高 聲學 性能。

對於這樣的分析，傳統的工作流程涉及三個介面，多體動力學（MBD）工具 ， 有限元分析（ FEA）工具和聲學軟件。首先，工程師將需要在MBD工具裡執行動力學分析以獲取齒輪殼表面的動態載荷，因為時功能變數結果通常不能被聲學軟體直接讀取，他們需要在頻域下轉換成完全的結構回應，然後，他們將可以最終把表面振動讀取到聲學軟體中，並用它作為邊界條件。這個工作流程是相當費力的，每次有設計變更時都可能需要多個CAE工程師一起合作。

MSC軟體公司最近已經開發了一種新的方法，允許工程師在ADAMS介面進行建模，並在沒有手動匯出結果到聲學軟體進行雜訊分析的情況下獲取聲學行為的初步結果和印象。典型的聲學結果是通過 ACTRAN計算的，並在 Adams界面中顯示，包括模型中所選定位置隨時間變化的的聲壓演變，以及用來聽聲音的聽得見的聲波檔。

這種新工作流程大大減少了對諸如變速箱這樣的 運動機構 進行 聲學分析 的時間和成本，與傳統方法相比，新方法使工程師對新系統的設計在同樣的時間裡能做更多的 迭 代  。 事實上， 通過將 ACTRAN新的時域 聲學求解器 嵌入到 Adams中，新的方法將工作流程完全自動化到一個單一的模擬環境中。這允許 MBD工程師對聲學結果進行第一次迭代，包括由一個特定的產品設計提供的聲音品質的評價。此後，只有被認為是必要的， 聲學工程師 才會通過考察時域下的 聲波圖 或在頻域下轉換最相關的結果來進行更詳細的分析。

變 速 箱 的 實 例

隨著 MBD 與 聲學 集成解決方案圖示的目標； 讓我們考慮一個 變速箱 的例子：齒輪運動引起變速箱的振動，這種振動又會影響齒輪的物理行為從而引發強耦合問題。振動的變速箱也會將能量轉換到周邊流體以及將能量轉換成由其輻射的聲波。同時，聲波也會影響結構振動。然而，如果一方面多體動力學和結構模擬領域通常是強耦合的，並可以同時被求解，而另一方面，當考慮發生在空氣中的聲輻射時，從聲波到結構的回饋又會被忽略。這一假設允許工程師將振動結構的分析分成兩個步驟：先運行MBD分析，然後將結構振動輸出到結構域 。 這些振動被用作可被 Actran時域求解器有效地執行的聲學分析的邊界條件，尤其是對於瞬變現象。讓我們還假設一個變速箱由三個齒輪組組成。輸入輪轉速在0和3000  rpm之間。

要評估的 聲學響應 ，我們可以考慮在變速箱周圍分佈一些麥克風。例如，麥克風可以根據 ISO3744國際標準進行空間分佈。

在 Adams模型中 ， 變速箱外殼被考慮成彈性體以捕捉其表面回應。變速箱的剩餘部分（如齒輪、軸、軸承等）是剛性部件。儘管齒輪不是彈性部件，它仍然可以計算齒端修型以及可以對載入到變速箱殼體上的動態載荷產生影響的最大效果。

建立Adams模型後，執行一個5s動力學分析，輸入軸的轉速從 0到3000 rpms加大 。 從分析中，我們得到了每個元件的負載和接觸力輸出，以及每個系統部件的位移，速度和加速度輸出。

以下MBD模擬，仍然在ADAMS環境中進行，聲學工具啟動以建立諸如 聲 學 網 格、無 限 元 半 徑、聲 速、流 體 密 度、 輸 出 格 式、聲 環 境（材料）等的 聲學分析 參數。

這個工具所做的事情 ，就是將MBD結果轉換成的聲學模型所需的邊界條件 ， 並在後台使用新的 Actran時域求解器執行 聲學分析 。具體來說，變速箱殼的加速度（或等效位移或速度）和殼體表面網格被用於聲學模擬工具。由於結構模型的網格要求比聲學模型的更嚴格，結構和聲學網格是不相容的。這也意味著從結構網格到聲學網格的投影程序是必要的。在Adams環境中進行聲學模擬時，你可以到MBD後處理器中得到這個變速箱殼體的一些聲學結果，比如每個麥克風位置圍繞麥克風的時域下的聲壓演化以及音效檔（.WAV）。

＂CAE技術集成的先進性　

使開發時間和所耗資源減少。＂

圖中實例展示了所有圍繞麥克風的時域的聲學回應；這第一個結果可以識別聲壓可能超過預想值的時刻和區域， 地方聲壓超過不需要的值，這意味著一些潛在的雜訊問題。此外，這些資料可以轉換成音訊檔，以便在單一的模擬環境中直接獲取某個變速箱設計的聲響品質，從而使MBD工程師從聲學的角度發現不滿意的結果 。 利用 Actran的 ICFD功能，時間域資料可以進一步轉換到頻域中。此後，結果可以在 ActranVI模塊中進行後處理以獲得對聲學效果的徹底理解 。 例如，圖中描繪了一個在變速箱殼體上的麥克風雜訊的瀑布圖。圖中，主要的雜訊貢獻由高亮顯示成兩條直線的第二十五和第五十個階提供。這些階次和第一個齒輪有關，因為它有25個齒。 在 800和 1300Hz之間 ， 噪音水準要高得多。這是由第一個齒輪的特殊結構模態所激發。

圖中描繪了聲壓級（SPL）與機械轉速的對比 ， 它 由 Actran的瀑布圖顯示器從圖 6的繪圖中自動提取出來。 這可以讓我們更好地理解不同階次對聲學性能的影響。事實上，在機械低轉速時，第五十階具有對輻射雜訊的主要貢獻，而第二十五階主要是在較高轉速下影響系統。

結論：

CAE 技 術 集 成 的 先 進 性 使 開 發 時 間 和 所 耗 資 源 減 少 。

本 文 通 過 說 明 如 何 集 成 Adams 和 Actran 提 高 CAE工程師 的 工 作 流 程 效 率，提 供 了 一 個 展 示 這 些 好 處 的 例 子。具體而言，將 多體動力學 和 聲學時域分析 集成到 Adams環境，使 MBD工程師 進行產品的 初步聲學性能評價 。得 益 於 音 訊 檔 的 生 成，這 些 評 價 同 時 包 括 了 雜 訊 品 質 的 考察 。最 後 ，只 有 在 最 相 關 的 案 例 中 ，才 需 要 由 聲學工程師 在 Actran 環 境 中 執 行 高 級 的 後 處 理。

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 Romax DT 2022 的新版功能分為整體界面更新 、 模組更新與介面銜接功能更新 ， 以下為應用在齒輪軸承 上10項新功能的詳細說明。

• 2D 齒 輪 箱 建 模 功 能 列

系統級的2D建模方式允許使用者自由切換頁面 ， 使齒輪箱建模更迅速精確 ， 其全新的使用介面更直觀 ， 使用拖曳式建模 ， 即使是Romax初學者也容易上手 ， 在完成2D建模時 ， 3D的運算也會同步更新。 2D系統級的工程視圖使經驗豐富的工程師與技術團隊可以一目了然 ， 複雜的齒輪箱 、 功率流會更清晰 ， 增強工作效率與團隊合作。 

• JMAG-Express 快 捷 功 能

JMAG-Express是一個免費的雲端工具 ， 用於快速確認與評估電機模型。 此項新功能允許使用者從Romax介面打開該工具 ， 生成電機設計 ， 並將幾何結構導入Romax模型 ， 在概念設計階段即可同時考慮電機 、 齒輪箱之間的結構與性能匹配 ， 極大的提升電驅動產品的開發速度與設計方案的魯棒性。

• 內 建 的 軸 承 動 力 學 分 析 工 具

新功能可以直接在Romax中進行軸承的高速打滑失效分析。 在高速與低負載工況下的軸承容易出現軸承打滑的動態現象 ， 即滾動體在滾道上的嚴重滑動 ， 發生在牽引力不足以克服阻力與慣性力時。 已知打滑現象會引發過高的摩擦熱與表面剪切應力 ， 為早期軸承經常發生的疲勞失效。 預測此動態行為非常具有挑戰性 ， 取決於許多參數如內部載荷分布 、 潤滑劑特性 、 工作溫度 、 內部遊隙… 等 ， 是一種瞬間的動態現象 ， 無法以擬靜態模型預測。

• Romax-to-Adams 匯 出 功 能

此項新功能可以 ”.R2A”格式匯出整個Romax模型至Adams ， 其中每個組件與連接關係都將通相應的函數轉換 ， 生成高保真度的多體動力學模型 ， 減少重複建模的時間 ， 透過Adams解決懸吊剛度阻尼 、 換檔平順性 、 路面載荷仿真 、 整車匹配… 等議題。

• 支 援 齒 輪 數 據 交 換

此新功能支援使用標準VDI/VDE 2610中規定的齒輪數據交換格式(GDE, Gear Data Exchange) ， 以開放格式簡單並自動導入測量數據 ， 即可進行微觀幾合分析 ， 評估齒輪的接觸結果包含載荷分布 、 傳遞損失 、 接觸應力… 等。 相反的 ， 也可以將GDE文件提供給三次元量測進行編程 ， 該新功能顯示了Hexagon致力於疏通設計與生產製造之間的數據傳遞。

• 參 數 化 研 究 與 批 量 運 算

前版本中只適用於單獨齒輪對的基因演算法 ， 已於新版Romax中適用於全域模型 ， 可以快速完成整個齒輪箱的DOE參數優化 ， 無須第三方工具協助 ， 不但可針對齒輪微觀參數幾合優化 ， 也能以傳動誤差作為優化目標 ， 同時優化多副齒輪對。

於軸承添加了更多參數 ， 改善了黏度比(kappa)與污染系數(e_C)相關的目標參數 ， 且命名嚴格與ISO保持一致。 另外 ， 不論是否需要EP添加劑皆可用ISO 281與ISO/TS 16281估算壽命與損傷。

於齒輪參數中 ， 現在可以重新計算承載齒輪的節圓直徑 ， 並根據其中心距定位 、 校合 ， 使優化齒輪或齒輪位置的可變型提升。

• Romax Endure 新 功 能 支 援 ISO 6336-20/21:2017 齒 輪 膠 合 計 算 標 準

作為不斷更新的一部分 ， Romax針對最新的齒輪膠合強度計算進行了一系列的更改 ， 使其符合ISO 6336-20與21 ， 分別取代了ISO/TS 13989 1與2。 ISO 6336-20為閃點溫度法 ， ISO 6336-21為積分溫度法。

• Romax Spectrum ERP(Equivalent Radiated Power) 等 效 輻 射 功 率 計 算

ERP為一種估算振動體輻射總聲功率的方法 ， 其假設正在振動的組件是理想的聲源 ， 一般可作為定義聲功率上下限的標準 ， 在高頻下更為準確 ， 低頻則會明顯高估 ， 其應用包括輻射噪聲或靈敏度的最佳化分析 ， 供使用者更多選項用於評估聲學。

• 軸 承 故 障 頻 率 與 階 次 報 告

在新版Romax中 ， 軸承校合結果包含了故障頻率與階次 ， 在滾動軸承中產生的故障頻率通常用於識別缺陷 ， 當故障頻率與測量振動頻譜中的峰值一致 ， 代表該軸承可能存在問題。

• Romax Energy

Energy的基礎核心功能為根據駕駛循環計算各個零部件的功率損失 、 平衡各零部件之間的性能 ， 進行機電傳動全系統的效率分析優化。 新功能能更進一步的進行噴油潤滑時的齒輪功率損失計算，基於ISO 14179-2(DE)包含定義噴油速度 、 方向 、 噴嘴直徑以及流量。

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• 延 伸 閱 讀 

• Hexagon | Romax 軸承 解決方案

• 新版 Romax 2021.1 發布:更貼近軸承、齒輪製造的設計方案

• 電機傳動系統工程，最完整的模擬平台

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