基于可靠性优化的空心半轴轻量化设计

转向驱动桥空心半轴是保障汽车的驱动性能和运行稳定性的关键零部件,针对轻量化设计过程中目标响应与约束响应复杂非线性建模和可靠性偏低的问题,文中运用支持向量机回归(Support Vector Regression, SVR)代理模型构建目标响应并验证其有效性,同时考虑多种不确定性因素,增加了形变及应力引起的失效概率在一定范围内的约束条件,从而较好地解决了轻量化设计过程中失效的难题。结果表明:可靠性轻量化设计后的空心半轴比初始设计改善了2.4%(减少了54.4 g),最大形变量的可靠度增加了15.6%(减少了0.2 mm),等效应力的可靠度提升了15.0%(降低了47.1 MPa)。

基于AK-MCS法的新能源电动汽车转向驱动桥空心半轴可靠度分析

新能源汽车转向驱动桥半轴采用空心设计,与燃油汽车的结构形式有很大区别,针对电动汽车转向驱动桥空心半轴的最大等效应力与设计变量呈隐式复杂非线性关系的可靠度分析难题,文中通过将Kriging模型与蒙特卡洛(Monte Carlo Simulation,MCS)法相结合,提出了基于AK-MCS(Active Learning Kriging-Monte Carlo Simulation)法的新能源电动汽车转向驱动桥空心半轴可靠度分析方法。首先,采用Kriging代理模型构建新能源电动汽车转向驱动桥空心半轴的最大等效应力的初始代理模型;其次,通过Kriging提供的学习函数和收敛准则逐步增加样本点,从而对初始最大等效应力的Kriging模型进行更新;最后,对更新后的Kriging代理模型计算新能源电动汽车转向驱动桥空心半轴的可靠度。结果表明:与MCS方法相比,基于AK-MCS方法的可靠度分析在时间上缩短2000余倍;与Kriging+MCS方法相比,基于AK-MCS方法的可靠度分析误差减小了50%。由此验证了基于AK-MCS方法空心半轴可靠度分析的高效性和准确性,为电动汽车转向驱动桥空心半轴可靠性的研究提供了理论依据,具有一定的工程意义。

基于响应面法的转向驱动桥空心半轴轻量化优化设计

提出了一种基于数值优化与有限元模拟相结合的汽车转向驱动桥空心半轴轻量化设计方法。以半轴各段的壁厚、长度和过渡角为设计变量,半轴质量最小化为优化目标,2阶约束模态频率和半轴花键末端圆角过渡处等效应力为约束条件,建立了半轴轻量优化模型。利用正交试验设计得到10个设计变量和3个水平的数值模拟试验组合。采用最小二乘法建立了响应面近似模型,并利用序列二次规划算法对模型进行了迭代优化。结果表明:轻量化优化后的变径全空心半轴质量比初始设计减少约16.7g,半轴2阶约束模态频率增加约0.6Hz,且半轴花键末端圆角过渡处和最小轴径处的等效应力值均低于半轴材料的抗扭强度。

碳纤维半轴的结构设计及失效分析

文章根据赛事规则,使用碳纤维铺层方法,对一类大学生方程式汽车碳纤维半轴结构的参数进行了设计。基于Tsai-Wu准则,借助于ANSYS有限元分析软件对该碳纤维半轴结构进行变形校核及失效分析。文章对加工出的碳纤维半轴,通过扭转实验对其进行了强度校核。文章设计的碳纤维半轴具有转动惯量小、重量轻、耐腐蚀、耐疲劳及强度高的优点。

FSAE赛车空心半轴设计

FSAE赛车作为一辆需参加动态赛的竞速赛车,采用轻量化设计可以有效优化动态性能,半轴作为传动系统的组成部分,采用轻量化设计不仅可以起到减轻整车车重的作用,同时还可以提高传动系统工作效率。该文以FSAE赛车半轴设计为研究对象,通过计算发动机动力输出校核半轴强度,结合理论公式及设计经验,设计一种以4130无缝钢管为主体的空心半轴,并进行扭转实验,实验结果及赛场实际表现表明,该空心半轴性能满足设计要求,同时成本分析表明该空心半轴具有较高性价比,可以取代传统的实心半轴。

转向驱动桥变径全空心半轴的设计及力学特性

基于材料低载强化特性,研发设计了一种新型转向驱动桥变径全空心半轴结构,建立了包含英制渐开线花键齿和合理的圆角过渡等精细特征的新型半轴三维模型,运用有限元法对新型半轴的模态振型、等效应力及疲劳寿命等力学特性进行了分析,结果表明:半轴的前10阶非零振型主要为弯曲变形,新型半轴的固有频率与实心半轴的固有频率相近,在使用过程中可有效避免共振;新型半轴等效应力最大值发生在花键末端圆角过渡部位,低于半轴材料的抗扭强度,满足强度设计要求;在扭矩为1 500N·m的交变载荷下,新型半轴疲劳寿命最小值发生在花键末端圆角过渡处,与半轴应力集中节点位置一致,实际加工制造时应采用半轴冷精锻和花键轴向冷挤成型技术,以提高新型半轴的强度和使用寿命.