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集多项自主知识产权的新技术、新工艺应用于整体成型车轴
驱动桥壳总成的尺寸优化
时间：2021-04-26 11:07:54
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来源：河南凤宝重工科技有限公司
驱动桥壳作为汽车重要的零部件，内部装有差速器和减速器，上接钢板弹簧，两侧与车轮相接，牵一发而动全身，需要密封设计，所以不能使用拓扑优化，因为驱动桥壳的外形受到制造工艺的限制，所以不可以采用形貌优化的方法，接下来优化的目标是实现轻量化设计，在不采用拓扑优化和保持原来形貌的条件下，采用尺寸优化的方法，选取每个零件的厚度为设计变量，材料应力为约束条件，对驱动桥壳的厚度进行调节，实现体积的降低，达到优化目标的质量更小。
w=minf(x)式中，X为厚度的向量表示；W为驱动桥壳总成的体积的更小值，是关于X的函数。
1、设计变量
根据桥壳总成不同的零件分别对应设置T1、T2、T3、T4、T5、T6共6个设计变量，根据国内外现有同类产品尺寸，设定每个变量的下限和上限值:12≤T1≤16;14≤T2≤18;7≤T3≤10;10≤T4≤14;10≤T5≤13;7≤T6≤14
式中，T1为桥壳本体厚度；T2为板簧坐和板簧压板的厚度；T3为后盖的厚度；T4为靠近桥壳本体到轮距线处的轮毂轴管厚度；T5为轮距线外侧的轮毂轴管厚度；T6为加强圈的厚度。
设计变量用向量表示为:X=[T 1 T2 T3 T4 T5T6]T
2、约束条件
对于尺寸优化而言，约束条件主要考虑结构对刚度和强度应满足的要求，因此选取应力作为约束。不同的材料屈服强度不同，所以分别设置5个应力约束对应不同的材料，避免使用单一应力约束而产生材料浪费或者超过自身屈服强度的情况。
3、优化分析
在已经加载和约束后的驱动桥壳有限元模型基础上，创建6个设计变量，并设置下限和上限值，然后将设计变量关联。在response中定义体积和约束共6个响应，然后将体积更小定义为目标函数，5个约束定义为约束，并选择组块设置每个应力约束上限值。
由表4可知第6次迭代得到更优解，此时桥壳总成的质量由202.117 kg优化至152.042 kg，减少了50.075 kg，减重达到24.78%。由于实际加工工艺的要求，需要将优化后的设计变量尺寸进行圆整，圆整之后桥壳本体的厚度为14 mm，板簧座为16 mm，后盖为9 mm，轴管两部分分别是13 mm和12 mm，加强圈的厚度为9 mm。
