Technische Daten |
AllgemeinSAM (Simulation and Analysis of Mechanisms) ist ein interactives PC-Software Programm für den Entwurf, die Bewegungs- und Kraftanalyse und für die Optimierung willkürlicher ebener Getriebe. Diese Getriebe werden entweder mit Hilfe der Design Wizards generiert oder am Bildschirm zusammengestellt aus Basiselementen (Glied, Schubgelenk, Zahnradpaar, Riementrieb, Feder, Dämpfung und Reibung). SAM integriert Preprocessing, numerische Analyse und Postprocessing, wie z.B. Animation und xy-Graphen, innerhalb einer Gebraucherumgebung, die auf Microsoft Windows basiert.
Die mathematische Grundlage der Software, die abgeleitet ist von der bekannten Finiten Elemente Methode, hat viele Vorteile gegenüber den traditionellen Analyse-programmen. Offene Gelenkketten, geschlossene Gelenkketten, mehrfache Gelenkketten oder sogar komplexe Planetenrad-Getriebe werden auf die gleiche Weise behandelt.
SAM ist verfügbar in Deutsch, Englisch, Französisch, Spanisch, Niederländisch und Chinesisch. Design WizardsSAM verfügt über eine Anzahl Design Wizards die bei der Synthese spezifischer Bewegungsaufgaben helfen, wie z.B. :
Sollten die Bewegungsaufgabe nicht mit einem dieser Design Wizards gelöst werden können, ist der Konstrukteur angewiesen auf seine Erfahrung, frühere Entwürfe oder Getriebe-Atlasse und kann der Entwurf in SAM überprüft werden. ModellierenSAM ist mit einer großen Bibliothek ausgerüstet, die folgende Standardelemente beinhaltet :
Mit Hilfe dieser Elemente kann eine Vielzahl ebener Getriebe zusammengestellt und analysiert werden. Der Gebrauch der einzigartigen mathematischen Grundlage bietet viele Vorteile. Offene Getriebeketten, geschlossene Getriebeketten, mehrfache Getriebeketten und sogar komplexe Planetengetriebe werden alle auf dieselbe Weise modelliert und analysiert. Durch diesen einheitlichen Ansatz ist der Gebraucher schnell eingearbeitet in die Software und kann innerhalb von Minuten komplexe Getriebeaufgaben lösen. AntriebsbewegungSAM ermöglicht die Definition mehrerer gleichzeitiger Antriebsbewegungen (max.=10). Dies können Verschiebungen, Verlängerungen oder (relative) Winkeländerungen sein. Alle Bewegungen können unabhängig voneinander definiert werden. Häufig angewendete Bewegungsgesetze, wie
stehen als Standard zur Verfügung und können willkürlich kombiniert werden, um jeden gewünschten Bewegungsablauf darzustellen. Bewegungsdaten können auch von einer externen ASCII Datei gelesen werden, womit die Definition willkürlicher Bewegungen, wie z.B. beim Einsatz von Kurvenscheiben, möglich ist. CAD-SchnittstelleGraphische Elemente können im DXF-Format importiert werden und sowohl als statischer Hintergrund benutzt werden als auch mit einem Getriebeelement verbunden werden um so eine realistische Bewegungssimulation zu erreichen. Außerdem ist es möglich einen in SAM erstellten Getriebeentwurf im DXF-Format zu exportieren, sodaß in einem CAD-Programm der Entwurf weiter ausgearbeitet werden kann. Analyse ResultateNachdem das Getriebe einmal konstruiert ist und die Antriebsdaten definiert sind, können die folgenden Grössen berechnet werden (alle relativ oder absolut) :
Außerdem ist SAM in der Lage eine Kraft-Analyse (Kinetostatik) auszuführen, wobei die folgenden Daten berechnet werden können :
Post-ProcessingDie Resultate der Analyse können entweder tabelarisch oder in einem Graph dargestellt werden. Die Tabelle kann mit dem Standard Windows Editor oder mit Microsoft-Excel weiterbearbeitet werden. Jede Variable kann in einem Graph als Funktion der Zeit oder als Funktion jeder anderen Variablen gezeigt werden. Weiterhin ist es möglich in einem Graphen eine beliebige Anzahl von Funktionen zu kombinieren, wobei außerdem zwei verschiedene vertikale Skalierungen zugelassen sind. Dies ermöglicht die deutliche Darstellung von Variablen mit einem unterschiedlichen Wertebereich.
Selbstverständlich kann die Bewegung des Getriebes auf dem Bildschirm animiert werden. Auch kann die Bahn, der Geschwindigkeitshodograph und die Krümmungsmittelpunktsbahn einer beliebigen Anzahl Gelenkpunkte angegeben werden. Weiterhin ist es möglich die Rast- und Gangpolbahn jedes Getriebeglieders darzustellen. Der Bewegungsablauf eines Getriebes kann in einer AVI-Video Datei gespeichert werden, sodass diese auch ohne SAM vorgeführt werden kann (z.B. mit Microsoft Windows Media Player) Optimierung (SAM Professional)Ausgehend von dem aktuellen Entwurf kann mit SAM Professional das Getriebe weiter optimiert werden. Das Ziel einer Optimierung ist das Minimalisieren oder Maximalisieren einer Eigenschaft (z.B. Maximum, RMS, Mittelwert, ...) des Unterschiedes zwischen dem aktuellen Verhalten und dem Zielverhalten des Getriebes:
SAM sucht das Optimum indem die folgenden Parameter innerhalb vordefinierter Grenzen variiert werden:
Die Optimierung basiert auf einem Zwei-Schritt Verfahren bestehend aus:
Allererst wird der gesamte Parameterraum global exploriert mittels einer Kombination von reiner Monte-Carlo Technik und eines sogenannten Evolutionären Algoritmusses (dies ist eine Optimierungstechnik ist, die von der Genetischen Optimierung abstammt). Die besten Lösungen werden in sortierter Reihenfolge in einer Liste dargestellt. Der Gebraucher kann die verschiedenen Lösungen selektieren und auf dem Bildschirm betrachten. Die Lösung, die qua Bauform am meisten anspricht kann schliesslich mittels einer lokalen Optimierung weiter verbessert werden, wobei der Gebraucher noch zwischen einem Simplex Algorithmus oder einem Evolutionären Algorithmus mit focusiertem Suchgebiet wählen kann.
Neben dem beschriebenen Modus, wobei der Gebraucher "in-the-loop" ist, gibt es auch ein vollständig automatischen Modus, wobei automatisch das beste Ergebnis oder alle Ergebnisse der globalen Exploration noch weiter verbessert wird/werden mittels einer lokalen Optimierung. |