[发明专利]商用车发动机发电机支架结构拓扑优化

说明书

一种商用车发动机发电机支架结构拓扑优化，主要进行了花键轴、轴管、万向节叉等传动轴零部件的静力分析。查阅相关资料，利用理论计算算出相应零部件危险截面的最大应力值，通过与有限元分析结果的对比，得出有限元分析的正确性。同时，通过对零部件最大变形量和最大应力的校核，得到各个零件都符合标准的结论。在对分总成的校核中，可以发现，传动轴分总成零件的应力值分布大小与单独分析各个零件的应力值大小相同，侧面证明出在有限元分析中，约束关系和加载方式的正确性，需要注意的是，在进行静力分析时，单独轴管静力分析得到的应力值普遍要比分总成中轴管静力分析得到的应力分布值要大一些，这可能与轴管与加载位置的距离有关，距离越近，则相应的应力值越大。在对危险点的处理上，由于危险点并没有超过零件材料的区服极限并且没有出现应力集中现象。

技术领域

本发明涉及一种商用车发动机发电机支架结构拓扑优化，属于机械制造技术领域。

背景技术

汽车工业轻量化技术作为汽车行业关键的技术，己经在商用车设计领域得到了应用，研究人员越来越重视轻量化技术在汽车里的应用。例如北美汽车钢铁联盟委托Altair公司完成了一项SUV车架的优化设计，在没有改变材料，保证强度，刚度的情况下实现了车架的优化设计，新车架和原车架相比，质量减轻了23％，弯曲度提高了一点，扭转刚度也提高了30％，制造成本也远远低于采用铝合金材料的费用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在保证发电机支架安全性和可靠性的前提下，对支架进行结构拓扑优化设计，去掉低效或无效区的材料，保留高效区的材料，实现轻量化设计。

为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：一种商用车发动机发电机支架结构拓扑优化，包括以下步骤：

本发明的积极效果是：基于有限元法的分析及优化方法对汽车零部件的轻量化设计有一定的参考价值。

附图说明

图1为紧松边张力的合力和发电机重心处的受力图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种商用车发动机发电机支架结构拓扑优化，包括以下步骤：

1.支架有限元的建模及分析

1.1支架有限元的建模

对发电机支架进行三维实体建模后，以IGES格式导入到HyperWorks软件中。

支架进行网格划分时选择四面体单元，根据支架几何尺寸和精度要求确定单元尺寸为1.5mm，网格划分完后得到模型四面体单元数234904个，模型的节点数54201个。

支架的材料为球墨铸铁，其属性如表所示，本文在分析的过程中，采用的单位制为MPa。

发电机支架通过3个螺栓固定在前端板上，因此分析计算时对三个螺栓孔的内表面约束，限制x,y,z三个平动自由度。

根据电机支架的位置和其功用，确定支架所受载荷有电机重力G，大小是84N，方向负Y。皮带轮紧松边张力的合力F，大小是314N，方向偏离X方向39.14度。皮带轮张力合力向电机重心简化后的两个力偶：力偶M垂直于合力方向，大小是35329N·mm。力偶Mz为Z方向，大小是7425N·mm。载荷的作用点在电机重心上，电机重心通过刚性连接与支架模型相连。支架受力如图所示。

1.2静力分析

利用Opt模块对支架在组合工况下进行静力求解，得到静力分析结果。最大位移为0.0477mm，最大应力为20.3MPa，材料的屈服极限为310MPa，组合工况下的最大应力值远小于材料的屈服极限，有足够大的优化空间。

2优化设计