本发明公开了传动系统建模设计系统及方法，涉及机械设计技术领域，通过组件式拖拽式建模实现传动系统二维拓扑模型的构建，以确定传动系统概念设计阶段从动力输入到动力输出之间各个单元之间的拓扑关系。在面向传动系统概念设计阶段，不考虑系统的空间布局及结构约束的情况下，进行传动系统传动级数、传动形式的确定并建立传动系统拓扑结构模型，在此基础上进行传动系统传动比分配和功率流的计算。通过该系统及方法可以快速得到传动系统的初步构型方案，显著提高传动系统的设计效率，并为传动系统的详细设计奠定基础。
1.传动系统建模设计系统，其特征在于，所述系统包括拓扑关系模型建模模块和功率传递路径分析模块，所述拓扑关系模型建模模块用于构建传动单元库，定义传动单元之间的输入输出接口从而实现拓扑关系模型建模；
所述功率传递路径分析模块用于将拓扑关系模型转换为图论模型，然后对图论模型搜索获得功率传递路径及各传动单元的输入功率和输出功率。
2.如权利要求1所述的传动系统建模设计系统，其特征在于，所述拓扑关系模型建模模块包括：构型分解模块，用于整理常见传动系统的构型形式，将构型进行分析、分解获得传动单元类型，并将获得的传动单元组织成为传动单元库；
接口定义模块，用于分析传动单元库中各个传动单元之间的连接关系，根据各传动单元与其它单元之间的连接关系、连接形式和连接点的位置确定各传动单元的输入输出接口的数目和形式，将输入输出接口的连接关系抽象为拓扑关系模型中的连接关系；
建模模块，用于根据已定义的传动单元库进行拓扑关系模型的拖拽式建模，并根据各传动单元的输入输出接口进行传动单元的连接，形成完整的传动系统拓扑关系模型。
3.如权利要求2所述的传动系统建模设计系统，其特征在于，所述接口定义模块在确定传动单元的接口后，还根据传动单元之间的连接形式对传动单元的每一类接口都定义相应的可连接接口集合，然后通过接口集合之间的匹配以及连接关系与接口类型的匹配完成从输入输出接口的物理连接关系到拓扑关系模型中抽象的连接关系的映射。
4.如权利要求2所述的传动系统建模设计系统，其特征在于，所述建模模块在建立拓扑关系模型时选择传动单元库中的传动单元并按照接口的连接要求形成相应的连接关系，同时需要符合传动单元的输入输出接口和功率的要求，同时需要检测拓扑关系模型符合传动系统的总体设计要求。
5.如权利要求1所述的传动系统建模设计系统，其特征在于，所述功率传递路径分析模块包括：模型转换模块，用于确定拓扑关系模型与图论模型之间的转换规则，并将拓扑关系模型转换为图论模型，获得图论模型的邻接矩阵；
路径搜索模块，用于使用深度优先的搜索方法，对邻接矩阵进行搜索获得传动系统的功率传递路径，并通过基于图论的流分析获得各个传动单元的输入功率和输出功率。
6.如权利要求5所述的传动系统建模设计系统，其特征在于，所述转换规则为：将传动单元映射为图论模型中的点，拓扑关系模型中的连接关系映射为图论模型中的线，根据图论模型中的点线关系获得相应的邻接矩阵，邻接矩阵中的每一行和每一列均代表一个点，邻接矩阵中的元素aij表示第i个点和第j个点之间是否有连线，若有连线则值为1，若没有连线则值为0。
7.如权利要求5所述的传动系统建模设计系统，其特征在于，搜索过程中首先确定功率输入输出部件在邻接矩阵中的位置，以动力输入单元所在点的行的第一列作为起点，以动力输出单元所在点的列作为终点使用深度优先的方法进行搜索。
8.传动系统建模设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建传动单元库，定义传动单元之间的输入输出接口从而实现拓扑关系模型建模；
将拓扑关系模型转换为图论模型，然后对图论模型搜索获得功率传递路径及各传动单元的输入功率和输出功率。
传动系统建模设计系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及机械设计技术领域，特别是涉及传动系统建模设计系统及方法。
背景技术
[0002] 在传动系统设计方面，虽然我国近些年取得了较大的进步但是与国外的研制水平仍有较大差距。国内传动系统研制基础薄弱，制约传动系统发展的“瓶颈”技术长期的不到解决，对外合作中西方发达国家对传动系统研制的核心技术极为保密，在自主研制传动系统的过程中构型设计相关研究较为薄弱，主要表现在：
[0003] (1)针对传动系统构型设计积累的经验比较少，以引进和仿制为主，缺少指导构型设计的准则；
[0004] (2)传统方案设计周期长，设计效率低下，无法进行多方案的快速构建与评价，难以判别方案是否最佳，无法实现设计经验的有效利用；
[0005] (3)缺乏对传动系统先进构型技术的分析，缺少高效可靠的设计工具，自主的传动系统构型设计软件在国内目前仍处于空白。
发明内容
[0006] 本发明实施例提供了传动系统建模设计系统及方法，可以解决现有技术中存在的问题。
[0007] 本发明提供了传动系统建模设计系统，所述系统包括拓扑关系模型建模模块和功率传递路径分析模块，所述拓扑关系模型建模模块用于构建传动单元库，定义传动单元之间的输入输出接口从而实现拓扑关系模型建模；
[0008] 所述功率传递路径分析模块用于将拓扑关系模型转换为图论模型，然后对图论模型搜索获得功率传递路径及各传动单元的输入功率和输出功率。
[0009] 本发明还提供了传动系统建模设计方法，包括以下步骤：
[0010] 构建传动单元库，定义传动单元之间的输入输出接口从而实现拓扑关系模型建模；
[0011] 将拓扑关系模型转换为图论模型，然后对图论模型搜索获得功率传递路径及各传动单元的输入功率和输出功率。
[0012] 本发明中的传动系统建模设计系统及方法，与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0013] (1)使用构型设计的思想解决了传动系统快速设计的问题，为面向拓扑关系模型的传动系统快速提供了设计；
[0014] (2)通过构建传动单元库以及构型库，实现了对传动系统设计知识、经验的累积以及重用；
[0015] (3)通过拓扑关系模型建模以及基于图论的分析，可以快速的获得传动系统设计方案，大大提高设计效率，并为后续的自出创新设计奠定坚实的基础。
附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明的传动单元示意图；
[0018] 图2为本发明的实施例中的拓扑关系模型示意图；
[0019] 图3为本发明的实施例中的邻接矩阵；
[0020] 图4为本发明的拓扑关系模型及相应的图论模型；
[0021] 图5为本发明的拓扑关系模型的功率流动路径的深度优先搜索方法流程图。
具体实施方式
[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023] 本发明提供了传动系统建模设计系统，该系统包括拓扑关系模型建模模块和功率传递路径分析模块两大部分，所述拓扑关系模型建模模块用于构建传动单元库，该传动单元库中主要包括动力输入输出部件、圆柱齿轮、锥齿轮、行星轮系、轴承、联轴器、离合器等单元，得到传动单元库后定义单元之间的输入输出接口从而快速的实现拓扑关系模型建模。所述拓扑关系模型建模模块包括：
[0024] 构型分解模块，用于整理常见传动系统的构型形式，例如平行轴传动、交错轴传动等，将这些构型分析、分解获得主要的传动单元类型，并将获得的传动单元组织成为传动单元库。本发明采用传动单元库的形式对传动单元进行管理，从传动单元库添加传动单元到拓扑关系模型中时，只需要把相应的传动单元模板拷贝到拓扑关系模型中；打开一个拓扑关系模型过程分为两步，第一步从传动单元库拷贝模板到拓扑关系模型，第二步读取传动单元的真实参数值并对单元的相应参数进行修改赋值。
[0025] 接口定义模块，用于分析传动单元库中各个传动单元之间的连接关系，根据各传动单元的功能确定每一种传动单元的基本参数P(p1,p2,p3,…)，并为传动单元设置默认值，例如圆柱齿轮的参数为齿轮、法向模数、压力角、螺旋角、齿顶高系数、顶隙系数等，即P(z,mn,αn,β,ha,hf,…)，根据各传动单元与其它单元之间的连接关系、连接形式和连接点的位置，确定各传动单元的输入输出接口I(i1A,i2B,i3A,…)的数目和形式，其中A、B表示输入输出接口的类型，将输入输出接口的连接关系抽象为拓扑关系模型中的连接关系。图1中小方框部分为传动单元的接口，如圆柱齿轮(图1中左上角)总共有四个接口IC(Im1,IS2,Im3,IS4,…)，其中有两个用于同轴连接(IS)两个用于啮合(Im)。
[0026] 本发明中，传动单元之间的连接关系定义为连接和啮合两类，连接表示各传动单元的同轴关系，啮合表示齿轮单元的轮齿啮合。确定传动单元的接口后，所述接口定义模块还根据传动系统中传动单元之间的连接形式，对传动单元的每一类接口都定义相应的可连接接口集合，例如A类接口的可连接接口集合为ФIA{IB,IC,ID,…}，然后通过接口集合之间的匹配以及连接关系与接口类型的匹配完成从输入输出接口的物理连接关系到拓扑关系模型中抽象的连接关系的映射。例如，圆柱齿轮只能与圆柱齿轮进行啮合连接，可以与其他传动单元进行同轴连接；则对于圆柱齿轮，有ФICm＝{ICm}，ФICS＝{ICS,IbS,IpS,…}，其中C表示圆柱齿轮，b表示锥齿轮，p表示行星轮系。
[0027] 建模模块，用于根据已定义的传动单元库进行拓扑关系模型的拖拽式建模，并根据各传动单元的输入输出接口进行传动单元的连接，形成完整的传动系统拓扑关系模型。在建立拓扑关系模型时需要合理选择传动单元库中的传动单元并按照接口的连接要求形成相应的连接关系，同时需要符合传动单元的输入输出接口和功率的要求。当传动单元a的
1接口要和传动单元b的2接口建立连接关系时，若Ia1∈Фb2且Ib2∈Фa1，则a、b两个单元可以形成连接关系；否则不能形成连接关系。同时需要检测拓扑关系模型符合传动系统的总体设计要求，主要指标有发动机功率、转速，尾桨的功率、转速，主旋翼的功率、转速以及发动机数等。若拓扑关系模型符合上述两个条件则成为拓扑关系模型，双发三级传动的某直升机传动系统拓扑关系模型如图2所示。
[0028] 设计得到的拓扑关系模型单元可以放置到构型库中供以后的设计过程中参考，该构型库可以通过对设计要求中的关键信息检索获得符合设计要求的拓扑关系模型建模型。本发明中，所述建模模块使用面向对象的技术建立了传动单元库；通过对
CFlowchartEditor的继承开发为拓扑关系模型建立了图形化显示的画板；同时通过MFC以及BCGPControlBar建立了拓扑关系模型的建模环境，可以完成拖拽式建模、单元属性查看与修改、构型库的检索以及构型重用等功能。
[0029] 所述功率传递路径分析模块用于将拓扑关系模型转换为图论模型，然后对图论模型搜索获得功率传递路径及各传动单元的输入功率和输出功率，该模块包括：
[0030] 模型转换模块，用于确定拓扑关系模型与图论模型之间的转换规则，并将拓扑关系模型转换为图论模型，获得图论模型的邻接矩阵，如图3所示。所述转换规则为：将传动单元映射为图论模型中的点，拓扑关系模型中的连接关系映射为图论模型中的线，如图4所示。根据图论模型中的点线关系可以获得相应的邻接矩阵A，邻接矩阵A中的每一行和每一列均代表一个点，邻接矩阵中的元素aij表示第i个点和第j个点之间是否有连线，若有连线则值为1，若没有连线则值为0。
[0031] 路径搜索模块，用于使用深度优先的搜索方法，对邻接矩阵进行搜索获得传动系统的功率传递路径，并通过基于图论的流分析获得各个传动单元的输入功率和输出功率。搜索过程中首先确定功率输入输出部件在邻接矩阵中的位置，以动力输入单元，例如发动机所在点的行的第一列作为起点，动力输出单元，例如主旋翼和尾桨所在点的列作为终点使用深度优先的方法进行搜索，进而按照发动机、主旋翼和尾桨的功率值的大小以及传动路径对各个单元中流过的功率值的大小进行分配，搜索过程如图5所示。
[0032] 基于相同的发明构思，本发明还提供了传动系统建模设计方法，该方法的实施可参照上述系统的实施，重复之处不再赘述。
[0033] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0034] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
