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汽車傳動(dòng)軸的輕量化設(shè)計(jì)
楊珍 2023/7/8 14:52:43
（接上頁(yè)），這些強(qiáng)度高且質(zhì)量比較小的材料，能夠全面替代傳統(tǒng)的材料，從而逐步實(shí)現(xiàn)輕量化的最終目的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要包括了尺寸、形狀以及拓?fù)涞确矫�，其中尺寸�?yōu)化主要是對(duì)浮動(dòng)尺寸慢慢參數(shù)化，并科學(xué)設(shè)置浮動(dòng)范圍，并對(duì)尺寸完成排列與組合，并選擇更優(yōu)的方案，形狀優(yōu)化主要是從材料的外形方面入手，以此為方向，在減輕重量的同時(shí)，確保其外形美觀，拓?fù)鋬?yōu)化則是在特定區(qū)間范圍之內(nèi)，對(duì)產(chǎn)品材料進(jìn)行合理布置與優(yōu)化，并對(duì)多種方案進(jìn)行對(duì)比，從而確定最佳方案。經(jīng)過分析對(duì)比可得出，拓?fù)鋬?yōu)化方案使用范圍更加廣泛[7]。拓?fù)鋬?yōu)化主要是針對(duì)實(shí)際的荷載情況以及相關(guān)參數(shù)等方面因素，對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)物體的結(jié)構(gòu)形態(tài)，主要可從以下方面入手：首先是材料離散化，使其形成不同的單元，分別進(jìn)行計(jì)算之后再相加，還有便是材料連續(xù)化，也就是對(duì)整體進(jìn)行劃分，并結(jié)合算法進(jìn)行保留與去除，可使用不同顏色進(jìn)行區(qū)分，在根據(jù)具體仿真結(jié)果以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，被保留的便是最佳方案。拓?fù)鋬?yōu)化的方法也比較多，其中變密度法則是非常具備代表性的方法，單元相對(duì)密度可充分反映材料密度與特性之間的關(guān)系，其還能夠優(yōu)化目標(biāo)，并通過構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化特征值，通過對(duì)設(shè)計(jì)變量數(shù)值大小加以改變，并設(shè)置上下線，從而獲取最優(yōu)解[8]。
4.5傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化
傳動(dòng)軸是汽車的主要部件組成部分，其主要是由前后傳動(dòng)軸共同組成，研究表明，該類型傳動(dòng)軸有著很大的優(yōu)化空間，所以，對(duì)其進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的。首先，可以對(duì)三維模型加以簡(jiǎn)化，這樣也能夠有效提升有限元分析可行性，確保在符合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上去除其中質(zhì)量較小以及相對(duì)復(fù)雜的零部件，如螺紋、墊片等，再結(jié)合以上原則，構(gòu)建裝配模型。研究表明，傳動(dòng)軸的萬向節(jié)叉以及凸緣叉是主要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出，凸緣叉兩側(cè)壁與中心應(yīng)力比較小，材料也比較多，需要進(jìn)一步優(yōu)化，花鍵軸叉的齒部應(yīng)力也比較小，可通過減少齒數(shù)的方式，減輕重量，因最大應(yīng)力比較小，可通過減少孔壁材料的方式進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化，可有效優(yōu)化各部分結(jié)構(gòu)[9]。
4.6、輕量化設(shè)計(jì)結(jié)果
經(jīng)過不斷的研究與分析，已經(jīng)開發(fā)到了第三代，并得出以下結(jié)論：使用新型設(shè)計(jì)理念與工藝技術(shù)，端面設(shè)計(jì)存在弓形空腔，并且側(cè)面具備加強(qiáng)筋，結(jié)構(gòu)更加獨(dú)特，通過對(duì)比，可知：?jiǎn)渭亓繙p輕約4.3kg，成品重量減輕1.25kg，強(qiáng)度明顯提高，且總成重量明顯減輕2.53kg，有效節(jié)約了實(shí)際材料成本。其次，加工部位有所減少，效率大幅提升約40%，節(jié)省了能源，同時(shí)也降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了實(shí)際生產(chǎn)效率。整車裝配過程中，能夠有效節(jié)約4-6個(gè)螺母、螺栓等，且螺栓之間具備一定的連接作用，但是卻不受剪切力，改變了以往螺栓與法蘭之間的摩擦力及傳遞扭矩，這樣也能夠有效避免出現(xiàn)螺母松動(dòng)的情況，且大大降低了事故的發(fā)生率[10]。
5、結(jié)束語
輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了汽車傳動(dòng)軸研究的主要方向，并且得到了全面貫徹落實(shí)，同時(shí)也取得了卓越的成果，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)只是從荷載方面進(jìn)行考慮，利用結(jié)構(gòu)布局的方式逐步實(shí)現(xiàn)降低局部應(yīng)力應(yīng)變以及疲勞損傷嚴(yán)重程度，但是在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)中承受大量荷載，強(qiáng)度在變化的同時(shí)也存在一定的損傷，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也會(huì)不斷增加。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，充分考慮到該強(qiáng)化效果，則可以在傳統(tǒng)優(yōu)化的前提下，獲得更加顯著的輕量化空間效果。隨著技術(shù)的快速發(fā)展與更新，輕量化設(shè)計(jì)覆蓋范圍也將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，并且逐步達(dá)到最佳效果。
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