本發(fā)明涉及一種汽車關(guān)鍵零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，特別是一種驅(qū)動(dòng)橋主錐總成波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，屬于機(jī)械傳動(dòng)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：在汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成中，通常采用一對(duì)圓錐滾子軸承對(duì)主錐齒輪進(jìn)行支承，為了保證軸承對(duì)主錐齒輪的支承剛度，在裝配時(shí)必須對(duì)軸承進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊。因?yàn)閳A錐滾子軸承的外圈固定安裝在主減速器殼軸承座上，軸承外圈之間的相對(duì)位置是固定的，所以可以通過(guò)改變軸承內(nèi)圈之間的距離來(lái)調(diào)整軸承預(yù)緊量?，F(xiàn)有驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品通常在兩個(gè)軸承內(nèi)圈之間安裝有剛性套和墊片，當(dāng)主錐總成鎖緊后，軸承內(nèi)圈之間的距離由剛性套軸向尺寸和墊片厚度確定，因?yàn)閯傂蕴纵S向尺寸通常是固定的，所以通過(guò)更換不同厚度的墊片，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承預(yù)緊量的調(diào)整。軸承預(yù)緊量必須滿足空載狀態(tài)下的主錐空轉(zhuǎn)摩擦力矩要求，如果摩擦力矩超出了允許范圍，即軸承預(yù)緊量過(guò)大，就需要換用更厚的墊片，以增加軸承內(nèi)圈之間的距離，從而減小軸承預(yù)緊量，反之，應(yīng)換用更薄的墊片?，F(xiàn)有采用剛性套和墊片調(diào)整主錐軸承預(yù)緊量的方法主要存在以下不足：①由于軸承座、軸承、剛性套和墊片均存在加工誤差，同一型號(hào)的主錐總成在軸承預(yù)緊量合適時(shí)對(duì)應(yīng)的墊片厚度存在差異，所以需要提供滿足預(yù)緊量調(diào)整范圍的多種厚度系列的墊片，導(dǎo)致成本增加。②當(dāng)主錐總成摩擦力矩不滿足裝配要求時(shí)，必須重新將主錐總成拆開(kāi)，更換其他厚度的墊片。在實(shí)際裝配過(guò)程中，生產(chǎn)線上的主錐總成裝配人員通常需要對(duì)墊片厚度進(jìn)行多次調(diào)整，即對(duì)主錐總成進(jìn)行多次拆裝，才能獲得理想的軸承預(yù)緊效果，導(dǎo)致裝配效率大大降低。為了提高驅(qū)動(dòng)橋主錐總成的裝配效率，節(jié)約人力物力成本，一種可變形的波形套被應(yīng)用于主錐總成。目前市場(chǎng)上的波形套大多采用鼓肚的結(jié)構(gòu)形式，從而實(shí)現(xiàn)波形套的軸向壓縮變形特性。將波形套代替剛性套和墊片放置于主錐總成的兩個(gè)軸承內(nèi)圈之間，在對(duì)鎖緊螺母進(jìn)行擰緊的過(guò)程中，兩個(gè)軸承內(nèi)圈逐漸靠近，對(duì)波形套進(jìn)行壓縮，當(dāng)波形套所承受的軸向壓力達(dá)到一定程度時(shí)，波形套的鼓肚結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服變形，且在壓縮變形過(guò)程中，波形套具有軸向力基本保持恒定的特點(diǎn)，從而保證鎖緊螺母的鎖緊力矩始終滿足裝配要求，如果同時(shí)對(duì)主錐總成的摩擦力矩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，則可以在壓縮波形套的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承預(yù)緊量的連續(xù)調(diào)整，克服剛性套和墊片方法需要多次拆裝主錐總成的不足。波形套的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主錐總成的性能具有重要影響，由于設(shè)計(jì)和加工水平的限制，波形套目前主要應(yīng)用于國(guó)外少數(shù)大型車橋企業(yè)，國(guó)內(nèi)對(duì)波形套的研究和應(yīng)用還不成熟，尤其是有關(guān)波形套優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究，在國(guó)內(nèi)外均鮮有報(bào)道。目前仍缺乏一種能夠快速有效指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)出滿足驅(qū)動(dòng)橋主錐總成裝配要求波形套的設(shè)計(jì)、分析及優(yōu)化方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法能夠快速有效地指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)出滿足驅(qū)動(dòng)橋主錐總成裝配要求的波形套。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：1)確定波形套的結(jié)構(gòu)形式和幾何設(shè)計(jì)變量；2)確定波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量和約束條件；3)確定波形套的性能參數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)；4)進(jìn)行波形套壓縮過(guò)程的有限元模擬，快速準(zhǔn)確地求得對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)下的波形套性能參數(shù)；5)進(jìn)行波形套優(yōu)化設(shè)計(jì)的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。在所述步驟1)中，波形套的結(jié)構(gòu)形式為：孔徑較小的一端稱為小端直壁圓管，孔徑較大的一端稱為大端直壁圓管，波形區(qū)鼓肚圓弧分別與小端直壁圓管和大端直壁圓管連接；具體連接關(guān)系如下：①波形區(qū)鼓肚圓弧通過(guò)小端錐面段與小端圓弧過(guò)渡段相切連接；②波形區(qū)鼓肚圓弧通過(guò)大端錐面段與大端圓弧過(guò)渡段相切連接；③小端圓弧過(guò)渡段與小端直壁圓管相切連接；④大端圓弧過(guò)渡段與大端直壁圓管相切連接；基于上述波形套的結(jié)構(gòu)形式，確定波形套的11個(gè)幾何設(shè)計(jì)變量：總長(zhǎng)度h、壁厚t、小端直壁圓管的內(nèi)徑d1、大端直壁圓管的內(nèi)徑d2、小端圓弧過(guò)渡段的外側(cè)半徑r1、波形區(qū)鼓肚圓弧的外側(cè)半徑r2、大端圓弧過(guò)渡段的外側(cè)半徑r3、小端錐面段的半錐角α1、大端錐面段的半錐角α2、波形區(qū)鼓肚圓弧的外圓弧相對(duì)大端直壁圓管外表面鼓出的高度b和波形區(qū)鼓肚圓弧的圓心到大端直壁圓管端面的距離hb。小端直壁圓管的內(nèi)徑d1與大端直壁圓管的內(nèi)徑d2相等時(shí)，將波形套任意一端作為小端直壁圓管；允許發(fā)生波形區(qū)無(wú)錐面段的情況，即波形區(qū)鼓肚圓弧直接與小端圓弧過(guò)渡段或大端圓弧過(guò)渡段相切。確定波形套在所述步驟2)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量包括：小端圓弧過(guò)渡段的外側(cè)半徑r1、波形區(qū)鼓肚圓弧的外側(cè)半徑r2、大端圓弧過(guò)渡段的外側(cè)半徑r3、小端錐面段的半錐角α1、大端錐面段的半錐角α2、波形區(qū)鼓肚圓弧的外圓弧相對(duì)大端直壁圓管外表面鼓出的高度b；根據(jù)波形套的具體連接關(guān)系和波形套幾何模型的閉合條件，確定所述步驟2)中的約束條件如下：g1＝r1-t＞0g2＝r2-t＞0g3＝r3-t＞0g5＝b-(r2+r3)×(1-cosα2)≥0上式中，g1～g7表示優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件。根據(jù)波形套在壓縮過(guò)程中的軸向力-壓縮量變化曲線體現(xiàn)所述步驟3)中的性能參數(shù)，包括如下：①波形套在壓縮過(guò)程中的最大軸向力fmax；②軸向力平臺(tái)區(qū)的軸向力變化量frange；③軸向力平臺(tái)區(qū)的軸向力平均值④軸向力平臺(tái)區(qū)起始點(diǎn)的波形套壓縮量lstart；⑤軸向力平臺(tái)區(qū)的波形套壓縮量變化范圍δl；⑥最大等效塑性應(yīng)變peeqmax；綜合考慮汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成的裝配要求，確定以下指標(biāo)作為所述步驟3)中的優(yōu)化目標(biāo)：①最小化軸向力平臺(tái)區(qū)的軸向力變化量frange；②最小化軸向力平臺(tái)區(qū)起始點(diǎn)的波形套壓縮量lstart；③最小化最大等效塑性應(yīng)變的最大值peeqmax。所述步驟4)中利用有限元分析軟件abaqus實(shí)現(xiàn)對(duì)波形套壓縮過(guò)程的模擬，具體步驟如下：①根據(jù)波形套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用軸對(duì)稱模型對(duì)波形套進(jìn)行建模，基于波形套的幾何設(shè)計(jì)變量，建立波形套、上端壓頭、下端壓頭的幾何模型，其中，上端壓頭和下端壓頭模型定義為剛體，分別用來(lái)模擬兩個(gè)軸承內(nèi)圈與波形套之間接觸的端面；②定義波形套模型材料參數(shù)，包括彈性模量、泊松比和真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)；③對(duì)波形套幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立波形套的有限元模型；④分別在上端壓頭與波形套、下端壓頭與波形套之間建立面-面接觸關(guān)系，并定義摩擦系數(shù)；⑤施加邊界條件，即約束下端壓頭，在上端壓頭施加壓縮波形套的位移，模擬裝配過(guò)程中軸承內(nèi)圈對(duì)波形套的壓縮作用；⑥通過(guò)有限元分析軟件abaqus進(jìn)行分析求解，計(jì)算完成后，讀取計(jì)算結(jié)果，包括波形套在壓縮過(guò)程中的軸向力-壓縮量變化曲線，以及所述步驟3)的波形套的性能參數(shù)。采用有限元分析軟件abaqus和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight自動(dòng)實(shí)現(xiàn)波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體過(guò)程如下：①在優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight中定義所述步驟1)給出的11個(gè)設(shè)計(jì)變量，并選取r1、r2、r3、α1、α2、b為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，定義各優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的初值和設(shè)計(jì)空間；②在優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight中定義優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件g1～g7；③在優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight中定義優(yōu)化目標(biāo)，分別為最小化軸向力平臺(tái)區(qū)的軸向力變化量frange、最小化軸向力平臺(tái)區(qū)起始點(diǎn)的波形套壓縮量lstart和最小化最大等效塑性應(yīng)變peeqmax；④定義所述步驟③中的各優(yōu)化目標(biāo)的比例系數(shù)和權(quán)重系數(shù)；通過(guò)無(wú)量綱形式公式將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，使目標(biāo)k最小，無(wú)量綱形式公式如下：式中，f1、l1、p1分別對(duì)應(yīng)為frange、lstart、peeqmax的權(quán)重系數(shù)，f2、l2、p2分別對(duì)應(yīng)為frange、lstart、peeqmax的比例系數(shù)；⑤在優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight中選擇優(yōu)化算法；⑥利用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight首先計(jì)算步驟②中定義的約束條件g1～g7，并判斷g1～g7是否全部滿足；⑦若約束條件不全部滿足，即基于該組優(yōu)化設(shè)計(jì)變量無(wú)法建立波形套模型，此時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight直接跳過(guò)波形套的有限元分析過(guò)程，并根據(jù)步驟⑤的優(yōu)化算法，自動(dòng)修改優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值后，重復(fù)進(jìn)行步驟⑥和⑦直至優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值滿足約束條件g1～g7；⑧將滿足約束條件的波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight寫入指定的文本文件，并自動(dòng)調(diào)用有限元分析軟件abaqus讀取包含優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值的文本文件，有限元分析軟件abaqus按照所述步驟4)的過(guò)程，對(duì)該組優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值下的波形套自動(dòng)進(jìn)行建模、有限元分析和后處理，求得波形套壓縮過(guò)程的軸向力-壓縮量曲線，并計(jì)算波形套的性能參數(shù)；⑨有限元分析軟件abaqus在有限元分析過(guò)程中，需要對(duì)波形套壁厚t進(jìn)行自動(dòng)修改，以保證波形套的最大軸向力fmax滿足驅(qū)動(dòng)橋主錐總成的裝配要求，首先設(shè)定期望得到的軸向力最大值fmax,target，如果有限元分析軟件abaqus求得步驟⑧中的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值對(duì)應(yīng)的最大軸向力fmax比f(wàn)max,target小，則適當(dāng)增大壁厚t；反之，則適當(dāng)減小壁厚，重新進(jìn)行有限元分析，直到求得波形套的最大軸向力fmax與期望值fmax,target之差小于容差；⑩有限元分析軟件abaqus在有限元分析完成后，會(huì)將計(jì)算結(jié)果輸出到指定的文本文件中，優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight從有限元分析軟件abaqus輸出的文本文件中讀取優(yōu)化目標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)步驟④中定義的無(wú)量綱形式公式計(jì)算單目標(biāo)結(jié)果，然后根據(jù)步驟⑤中的優(yōu)化算法，自動(dòng)修改優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值，對(duì)新一組優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值下的波形套重復(fù)步驟⑥～⑨的過(guò)程，直到找到最優(yōu)結(jié)果或達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)束，最后獲得波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在所述步驟⑧中優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight調(diào)用有限元分析軟件abaqus的過(guò)程通過(guò)windows批處理文件實(shí)現(xiàn)，有限元分析軟件abaqus的自動(dòng)建模分析過(guò)程通過(guò)python語(yǔ)言編寫的腳本文件實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明提供了一種汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)abaqus和isight軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)波形套的建模分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)方法人為修改波形套設(shè)計(jì)參數(shù)、多次建模和計(jì)算效率較低的不足，能夠快速獲得滿足驅(qū)動(dòng)橋主錐總成裝配要求的波形套設(shè)計(jì)方案，大大節(jié)約波形套的設(shè)計(jì)分析成本，縮短波形套的研發(fā)周期。2、本發(fā)明提供了一種汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法明確了波形套優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)空間、約束條件和優(yōu)化目標(biāo)，為波形套的設(shè)計(jì)分析提供了技術(shù)手段和理論依據(jù)。3、本發(fā)明提供了一種汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法除應(yīng)用于鼓肚形式的波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還可廣泛應(yīng)用于其他形式波形套的建模分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的整體流程示意圖；圖2是某驅(qū)動(dòng)橋主錐總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是波形套幾何設(shè)計(jì)變量示意圖；圖4是波形套軸向力-壓縮量變化曲線示意圖；圖5是波形套有限元模型示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例中波形套優(yōu)化設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的幾何設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例中波形套優(yōu)化設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的軸向力-壓縮量變化曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。在本實(shí)施例中，以驅(qū)動(dòng)橋主錐總成為例(如圖2所示)，主動(dòng)錐齒輪1由一對(duì)圓錐滾子軸承支撐，分為大端圓錐滾子軸承2和小端圓錐滾子軸承3；大端圓錐滾子軸承2和小端圓錐滾子軸承3的外圈均安裝在主減速器殼軸承座4上，大端圓錐滾子軸承2的內(nèi)圈固定在主動(dòng)錐齒輪1背錐一側(cè)，波形套5安裝在大端圓錐滾子軸承2和小端圓錐滾子軸承3的內(nèi)圈之間，當(dāng)擰緊鎖緊螺母6時(shí)，鎖緊螺母6帶動(dòng)法蘭7和小端圓錐滾子軸承3的內(nèi)圈壓縮波形套5。如圖1所示，基于上述實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)橋主錐總成，本實(shí)施例提出了一種汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：1)確定波形套的結(jié)構(gòu)形式和幾何設(shè)計(jì)變量如圖3所示，波形套5的結(jié)構(gòu)形式為：孔徑較小的一端稱為小端直壁圓管f，孔徑較大的一端稱為大端直壁圓管j，波形區(qū)鼓肚圓弧a分別與小端直壁圓管f和大端直壁圓管j連接，具體連接關(guān)系如下：①波形區(qū)鼓肚圓弧a通過(guò)小端錐面段b與小端圓弧過(guò)渡段c相切連接；②波形區(qū)鼓肚圓弧通過(guò)大端錐面段d與大端圓弧過(guò)渡段e相切連接；③小端圓弧過(guò)渡段c與小端直壁圓管f相切連接；④大端圓弧過(guò)渡段e與大端直壁圓管j相切連接。基于上述波形套5的結(jié)構(gòu)形式，確定波形套的11個(gè)幾何設(shè)計(jì)變量：總長(zhǎng)度h、壁厚t、小端直壁圓管f的內(nèi)徑d1、大端直壁圓管j的內(nèi)徑d2、小端圓弧過(guò)渡段c的外側(cè)半徑r1、波形區(qū)鼓肚圓弧a的外側(cè)半徑r2、大端圓弧過(guò)渡段e的外側(cè)半徑r3、小端錐面段b的半錐角α1、大端錐面段d的半錐角α2、波形區(qū)鼓肚圓弧a的外圓弧相對(duì)大端直壁圓管j外表面鼓出的高度b和波形區(qū)鼓肚圓弧a的圓心到大端直壁圓管j端面的距離hb。其中，上述設(shè)計(jì)參數(shù)允許以下特殊情況：若d1＝d2，則可將波形套任意一端作為小端直壁圓管f；允許發(fā)生波形區(qū)無(wú)錐面段的情況，即波形區(qū)鼓肚圓弧a直接與小端圓弧過(guò)渡段c或大端圓弧過(guò)渡段e相切。2)確定波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量和約束條件①確定波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量在步驟1)列出的波形套11個(gè)幾何設(shè)計(jì)變量中，因?yàn)椴ㄐ翁卓傞L(zhǎng)度h受到驅(qū)動(dòng)橋主錐總成軸承內(nèi)圈之間的裝配距離限制，且對(duì)波形套的性能影響很小，d1、d2、hb受到軸承內(nèi)圈尺寸和傳動(dòng)軸尺寸的限制，設(shè)計(jì)空間較為有限，所以h、d1、d2、hb不作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。因?yàn)楸诤駎對(duì)波形套最大軸向力的影響最大，所以將t作為用于調(diào)整最大軸向力fmax的中間變量。最終確定其他6個(gè)對(duì)波形套性能起主要影響的參數(shù)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量：r1、r2、r3、α1、α2、b。②確定波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量必須滿足波形區(qū)鼓肚圓弧、兩端直壁管、兩端錐面段、兩端圓弧過(guò)渡段之間的相切關(guān)系和波形套幾何模型的閉合條件，優(yōu)化設(shè)計(jì)變量需滿足的約束條件如下：g1＝r1-t＞0(1)g2＝r2-t＞0(2)g3＝r3-t＞0(3)g5＝b-(r2+r3)×(1-cosα2)≥0(5)上式中，g1～g7表示優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件。3)確定波形套的性能參數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)波形套在壓縮過(guò)程中的軸向力-壓縮量變化曲線是波形套性能的主要體現(xiàn)(如圖4所示)，波形套的性能參數(shù)包括：①波形套在壓縮過(guò)程中的最大軸向力fmax；②軸向力平臺(tái)區(qū)的軸向力變化量frange；③軸向力平臺(tái)區(qū)的軸向力平均值④軸向力平臺(tái)區(qū)起始點(diǎn)的波形套壓縮量lstart；⑤軸向力平臺(tái)區(qū)的波形套壓縮量變化范圍δl；⑥最大等效塑性應(yīng)變peeqmax。其中，軸向力平臺(tái)區(qū)表示軸向力f在最大軸向力fmax附近變化梯度近似為零的波形套壓縮范圍，軸向力平臺(tái)區(qū)內(nèi)的軸向力平均值越大，主錐總成鎖緊螺母力矩也越大，在裝配時(shí)，應(yīng)保證波形套軸向力對(duì)應(yīng)的鎖緊螺母鎖緊力矩滿足防松要求；希望frange越小越好，即軸向力在軸向力平臺(tái)區(qū)的波動(dòng)??；δl越大越好，即軸向力平臺(tái)區(qū)的壓縮量充足；lstart應(yīng)滿足裝配要求，確保當(dāng)波形套壓縮到對(duì)應(yīng)軸承預(yù)緊量的理想位置時(shí)，鎖緊螺母仍然處于有效線程范圍內(nèi)。綜合考慮汽車驅(qū)動(dòng)橋主錐總成的裝配要求，確定以下指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)：①最小化軸向力平臺(tái)區(qū)的軸向力變化量frange；②最小化軸向力平臺(tái)區(qū)起始點(diǎn)的波形套壓縮量lstart；③最小化最大等效塑性應(yīng)變peeqmax。4)波形套壓縮過(guò)程的有限元模擬利用有限元分析軟件abaqus實(shí)現(xiàn)對(duì)波形套壓縮過(guò)程的模擬，能夠快速準(zhǔn)確地求得對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)下的波形套性能參數(shù)，有限元分析過(guò)程如下：①根據(jù)波形套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用軸對(duì)稱模型對(duì)波形套進(jìn)行建模，可以大大提高建模和計(jì)算效率?；诓ㄐ翁椎膸缀卧O(shè)計(jì)變量，建立波形套、上端壓頭、下端壓頭的幾何模型，其中，上端壓頭和下端壓頭模型定義為剛體，分別用來(lái)模擬兩個(gè)軸承內(nèi)圈與波形套之間接觸的端面；②定義波形套模型材料參數(shù)，包括彈性模量、泊松比和真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，其中，材料的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)可以由材料性能試驗(yàn)獲得；本實(shí)施例中波形套材料為10鋼，彈性模量e＝209gpa、泊松比ε＝0.29，材料的真實(shí)應(yīng)力-塑性應(yīng)變數(shù)據(jù)由材料性能試驗(yàn)獲得，如表1所示；表1波形套材料的真實(shí)應(yīng)力-塑性應(yīng)變數(shù)據(jù)塑性應(yīng)變真實(shí)應(yīng)力/mpa塑性應(yīng)變真實(shí)應(yīng)力/mpa02320.1284360.01172320.1384440.0132450.1484510.0182680.1584570.0282980.1684630.0383220.1784690.0483430.1884740.0583600.1934770.0683750.1984790.0783880.2034820.0884000.2134860.0984110.2234900.1084200.2334940.1184280.243497③對(duì)波形套幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立波形套的有限元模型，本實(shí)施例中單元網(wǎng)格尺寸取0.2mm，如圖5所示；④分別在上端壓頭與波形套、下端壓頭與波形套之間建立面-面接觸關(guān)系，并定義摩擦系數(shù)，本實(shí)施例中摩擦系數(shù)取為0.15；⑤施加邊界條件，即約束下端壓頭，在上端壓頭施加壓縮波形套的位移，模擬裝配過(guò)程中軸承內(nèi)圈對(duì)波形套的壓縮作用，本實(shí)施例中，取波形套的壓縮位移大小為5mm；⑥通過(guò)有限元分析軟件abaqus進(jìn)行分析求解，計(jì)算完成后，讀取計(jì)算結(jié)果，包括波形套在壓縮過(guò)程中的軸向力-壓縮量變化曲線，以及步驟3)的波形套的性能參數(shù)。5)波形套優(yōu)化設(shè)計(jì)的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的波形套設(shè)計(jì)方法通常需要人為反復(fù)多次調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行建模和試算，計(jì)算效率較低，且往往難以獲得理想的設(shè)計(jì)方案。為了克服該問(wèn)題，本發(fā)明采用有限元分析軟件abaqus和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight自動(dòng)實(shí)現(xiàn)波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠快速準(zhǔn)確地獲得波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程如下：①在優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight中定義步驟1)給出的11個(gè)設(shè)計(jì)變量，并選取r1、r2、r3、α1、α2、b為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，定義各優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的初值和設(shè)計(jì)空間。本實(shí)施例中，根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋主錐總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定波形套5的小端直壁圓管f的內(nèi)徑d1＝69mm，大端直壁圓管j的內(nèi)徑d2＝73mm，波形區(qū)鼓肚圓弧a的外圓弧相對(duì)大端直壁圓管j的外表面鼓出的高度b≤6mm，波形區(qū)鼓肚圓弧a的圓心到大端直壁圓管j的端面的距離hb＝30mm。r1、r2、r3取值過(guò)小不利于降低其所在位置的應(yīng)力，其中一個(gè)取值過(guò)大就將會(huì)使g1～g7的約束條件得不到滿足，因而在優(yōu)化時(shí)r1、r2、r3采用的上下限分別為：6mm≤r1≤10mm，初值取8mm(8)8mm≤r2≤20mm，初值取12mm(9)6mm≤r3≤10mm,初值取8mm(10)α1和α2取值過(guò)小將導(dǎo)致波形區(qū)過(guò)長(zhǎng)，取值過(guò)大將造成波形套加工困難，因而在優(yōu)化時(shí)采用的上下限為：25°≤α1，α2≤40°，初值均取30°(11)b取值過(guò)小則波形區(qū)不明顯，波形套難以承受較大的壓縮量，受軸承外圈最小內(nèi)徑、擋油環(huán)內(nèi)徑的限制，b的取值應(yīng)當(dāng)小于6mm，在優(yōu)化時(shí)采用的上下限為：4mm≤b≤6mm，初值取5mm(12)綜上，本實(shí)施例中，波形套各設(shè)計(jì)變量初值如表2所示：表2波形套的各幾何設(shè)計(jì)變量初值②在優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight中定義式(1)～式(7)所示的約束條件g1～g7。③在優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight中定義優(yōu)化目標(biāo)，分別為最小化軸向力平臺(tái)區(qū)的軸向力變化量frange、最小化軸向力平臺(tái)區(qū)起始點(diǎn)的波形套壓縮量lstart和最小化最大等效塑性應(yīng)變peeqmax。④定義步驟③中的各優(yōu)化目標(biāo)的比例系數(shù)和權(quán)重系數(shù)，本實(shí)施例中，frange、lstart和peeqmax的比例系數(shù)分別為1000、2.1和0.25，其作用是將不同單位制的優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為相同量級(jí)的無(wú)量綱水平，以便采用權(quán)重系數(shù)體現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)的重要程度，對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)分別取為0.2、0.5和0.3。通過(guò)無(wú)量綱形式的式(13)將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，使目標(biāo)k最小：⑤在優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight中選擇優(yōu)化算法，本實(shí)施例采用改良的序列二次規(guī)劃算法，最大迭代次數(shù)和優(yōu)化步長(zhǎng)分別取為100和0.02。⑥利用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight首先計(jì)算步驟②中定義的約束條件g1～g7，并判斷g1～g7是否全部滿足。⑦若約束條件不全部滿足，即基于該組優(yōu)化設(shè)計(jì)變量無(wú)法建立波形套模型，此時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight直接跳過(guò)波形套的有限元分析過(guò)程，并根據(jù)步驟⑤的優(yōu)化算法，自動(dòng)修改優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值后，重復(fù)進(jìn)行步驟⑥和⑦直至優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值滿足約束條件g1～g7。⑧將滿足約束條件的波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight寫入指定的文本文件，并自動(dòng)調(diào)用有限元分析軟件abaqus讀取包含優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值的文本文件，有限元分析軟件abaqus按照步驟4)的過(guò)程，對(duì)該組優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值下的波形套自動(dòng)進(jìn)行建模、有限元分析和后處理，求得波形套壓縮過(guò)程的軸向力-壓縮量曲線，并計(jì)算波形套的性能參數(shù)。其中，優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight調(diào)用有限元分析軟件abaqus的過(guò)程通過(guò)windows批處理文件實(shí)現(xiàn)，有限元分析軟件abaqus的自動(dòng)建模分析過(guò)程通過(guò)python語(yǔ)言編寫的腳本文件實(shí)現(xiàn)。⑨有限元分析軟件abaqus在有限元分析過(guò)程中，需要對(duì)波形套壁厚t進(jìn)行自動(dòng)修改，以保證波形套的最大軸向力fmax滿足驅(qū)動(dòng)橋主錐總成的裝配要求，首先設(shè)定期望得到的軸向力最大值fmax,target，如果有限元分析軟件abaqus求得步驟⑧中的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值對(duì)應(yīng)的最大軸向力fmax比f(wàn)max,target小，則適當(dāng)增大壁厚t；反之，則適當(dāng)減小壁厚，重新進(jìn)行有限元分析，直到求得波形套的最大軸向力fmax與期望值fmax,target之差小于容差，在本實(shí)施例中容差為10n。⑩有限元分析軟件abaqus在有限元分析完成后，會(huì)將計(jì)算結(jié)果輸出到指定的文本文件中，優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件isight從有限元分析軟件abaqus輸出的文本文件中讀取優(yōu)化目標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)步驟④中定義的式(13)計(jì)算單目標(biāo)結(jié)果，然后根據(jù)步驟⑤中的優(yōu)化算法，自動(dòng)修改優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值，對(duì)新一組優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值下的波形套重復(fù)步驟⑥～⑨的過(guò)程，直到找到最優(yōu)結(jié)果或達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)束，最后獲得波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本實(shí)施例中獲得波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如表3所示，對(duì)應(yīng)的幾何設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖如圖6所示，對(duì)應(yīng)的波形套在壓縮過(guò)程中的軸向力-壓縮量變化曲線如圖7所示，其中，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)計(jì)算結(jié)果分別為：frange＝996n；lstart＝2.31mm；peeqmax＝0.217。表3本實(shí)施例中波形套的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)值波形套的軸向尺寸h/mm79.1波形套的壁厚t/mm3.03波形套小端內(nèi)徑d1/mm69.0波形套大端內(nèi)徑d2/mm73.0小端圓弧過(guò)渡段外側(cè)半徑r1/mm8.42鼓肚圓弧外側(cè)半徑r2/mm18.0大端圓弧過(guò)渡段外側(cè)半徑r3/mm7.06小端錐面段半錐角α1/(°)29.6大端錐面段半錐角α2/(°)28.6鼓肚圓弧段外圓弧相對(duì)大端外表面鼓出的高度b/mm4.02鼓肚圓弧圓心到大端端面的距離hb/mm30.0本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的。在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)或等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。當(dāng)前第1頁(yè)12