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集多項自主知識產權的新技術、新工藝應用于整體成型車軸
驅動橋殼總成的尺寸優化
時間：2021-04-26 11:07:54
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來源：河南鳳寶重工科技有限公司
驅動橋殼作為汽車重要的零部件，內部裝有差速器和減速器，上接鋼板彈簧，兩側與車輪相接，牽一發而動全身，需要密封設計，所以不能使用拓撲優化，因為驅動橋殼的外形受到制造工藝的限制，所以不可以采用形貌優化的方法，接下來優化的目標是實現輕量化設計，在不采用拓撲優化和保持原來形貌的條件下，采用尺寸優化的方法，選取每個零件的厚度為設計變量，材料應力為約束條件，對驅動橋殼的厚度進行調節，實現體積的降低，達到優化目標的質量更小。
w=minf(x)式中，X為厚度的向量表示；W為驅動橋殼總成的體積的更小值，是關于X的函數。
1、設計變量
根據橋殼總成不同的零件分別對應設置T1、T2、T3、T4、T5、T6共6個設計變量，根據國內外現有同類產品尺寸，設定每個變量的下限和上限值:12≤T1≤16;14≤T2≤18;7≤T3≤10;10≤T4≤14;10≤T5≤13;7≤T6≤14
式中，T1為橋殼本體厚度；T2為板簧坐和板簧壓板的厚度；T3為后蓋的厚度；T4為靠近橋殼本體到輪距線處的輪轂軸管厚度；T5為輪距線外側的輪轂軸管厚度；T6為加強圈的厚度。
設計變量用向量表示為:X=[T 1 T2 T3 T4 T5T6]T
2、約束條件
對于尺寸優化而言，約束條件主要考慮結構對剛度和強度應滿足的要求，因此選取應力作為約束。不同的材料屈服強度不同，所以分別設置5個應力約束對應不同的材料，避免使用單一應力約束而產生材料浪費或者超過自身屈服強度的情況。
3、優化分析
在已經加載和約束后的驅動橋殼有限元模型基礎上，創建6個設計變量，并設置下限和上限值，然后將設計變量關聯。在response中定義體積和約束共6個響應，然后將體積更小定義為目標函數，5個約束定義為約束，并選擇組塊設置每個應力約束上限值。
由表4可知第6次迭代得到更優解，此時橋殼總成的質量由202.117 kg優化至152.042 kg，減少了50.075 kg，減重達到24.78%。由于實際加工工藝的要求，需要將優化后的設計變量尺寸進行圓整，圓整之后橋殼本體的厚度為14 mm，板簧座為16 mm，后蓋為9 mm，軸管兩部分分別是13 mm和12 mm，加強圈的厚度為9 mm。
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