图1  利用SAM 6.1版变速箱设计软件，可以对复杂的机械运动过程进行模拟和优化

在变速器和其他机械设备的研发过程中，变速箱设计软件能够完成运动和力的分析，从而有可能对变速器和其他机械设备的设计进行优化；也能够把驱动运动、模型控制、项目说明和变速原理变为现实。

变速箱设计软件以其直观和简单的用户接口非常适合于特殊要求变速箱的设计者使用，也适合于那些想通过试验技术得到最佳设计结果的变速箱专业设计者使用。最新的SAM 6.1版变速箱设计软件（图1）满足了设计师和产品研发人员对优化方案、驱动运动、模型检验、项目说明和变速原理简单地进行模拟、计算的愿望。

SAM软件是一款侧重于变速箱方案设计和运动分析、动力传递分析的软件。它或者与设计软件Design Wizards配套使用，或者与CAD绘制的变速箱基本元件配套使用，例如与CAD格式的轴，滑动万向节，齿轮副，皮带传动机构和其他附件（例如弹簧、减振器、摩擦片等）配套使用，把这些变速箱组成零部件显示在计算机屏幕上。除此之外，它还能够对位移、速度、加速度、轴承力、所需的电动机扭矩和驱动功率进行计算；也能够对整个运动过程（包括运动轨迹、速度分析图、运动学轨迹分析和曲率中心轨迹）及其结果以图形方式显示并输出到屏幕上。

对驱动力矩进行模拟和优化

在这一专业版的变速箱设计软件中，可以根据当前的变速箱设计对应描述点的运动轨迹，或者对运动功能进行有选择的优化。例如，可以对RMS值，或者从严格意义上讲对装有一个或者多个平衡块、质量较大的变速箱驱动扭矩的最大值进行最小化。例如可以在规定的部分对变速箱零件的质量分布重新布置。在描述一个点运动的目标轨迹设计中也是如此：可以对预定的目标功能进行优化，例如将健身器械设计时对力的特定作用过程作为功能目的的情况。

优化的目的是最大或者最小特性值（最大化，RMS，最小化），以及变速箱当前状况和目标状况之间的不同。

优化是通过两个步骤来实现的：参数空间的检查和特殊解决方案的优化。首先是对整个参数空间进行全面的“探索”，结合使用纯统计试验技术方法和所谓的革命性算法语言（源于基因优化的优化技术）。最佳的解决方案按照分类顺序汇总到一份表格中，用户可以从中选择不同的解决方案，并在屏幕上观察。最终，与结构形式最接近的解决方案可以通过局部优化再次改进提高；此时，用户可以根据搜索范围在Simplex算法语言或者创新性算法语言之间做出选择。

利用模拟实现手动推力的优化

全面探索与局部优化相结合可以在速度和寻找整体最佳之间得到综合性的结果。除了上面介绍的方式之外，还有一种完全自动的优化模式，并且这种自动优化的结果还可以通过局部优化来加以改进。

本文所列举的车门机械机构重力补偿优化的实例旨在：对手动垂直开启质量较大门的工况进行模拟。这涉及到门轴交点在运动方向所受到的力。在补偿元件的帮助下，这一力应达到所希望的力曲线。

为了能够正确的进行模拟，专门制作了一套带有一个终点装置的试验设备。运动轨迹中的各个点都正确地进行了计算和分析。

向上推动门的手推力如图2所示。从图中可以看出，它与希望的手推力曲线有着较大的差别。在试验过程中，首次需要较大的手推力；然后，在门向上开启的过程中门应“自动”运动；在门运动到上方终点时机械起动的力是中和的。

为了实现这一目标，在门的机械机构中增加了弹簧和其他附件。在反复尝试的帮助下，得到了图3所示的优化结果。这一手推力曲线比开始时的曲线要理想得多，但是距希望的手推力曲线还有一定距离。

自动优化得到更好的结果

为了实现最佳的优化，采用了自动优化的方法。在自动优化方法中，不仅对弹簧常数、弹簧预紧力，而且也对重力补偿装置中的一些铰接点的限制条件等都设定了变量。

在设定好参数空间探索和优化目标（当前手推力曲线应尽可能地与参考曲线保持一致）之后开始了自动优化。这一自动优化是分两步进行的：利用创新性算法语言对整个参数空间进行探索，对探索出的解决方案利用Simplex方法进行优化。优化的最终结果参见图4。