基于遗传算法的汽车驱动轴多目标轻量化优化设计

朱发渊¹，汪朝晖¹，吕密²

1. 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室2. 重庆建设工业(集团)有限责任公司

摘 要：驱动轴是汽车传动系统的重要零部件之一,它对汽车驱动性能和运行稳定性有重大影响。依据汽车轻量化技术的发展趋势,提出了一种基于数值优化和有限元模拟技术相结合的多目标轻量化设计方法。以汽车驱动轴的内径值为设计参数,在满足驱动轴刚度和强度约束条件下,利用拉丁方试验设计和最小二乘方法建立了驱动轴多目标轻量化设计的响应面预测模型,并采用多目标遗传算法计算得到了驱动轴多目标轻量化设计函数的Pareto解集,结合实际产品设计的需要,研发了一种新型全空心驱动轴结构,运用有限元法对新型驱动轴的模态振型和等效应力等力学特性进行了分析。仿真结果表明:新型驱动轴等效应力最大值发生在花键末端圆角过渡部位,低于驱动轴材料的抗扭强度,满足强度设计要求;驱动轴的前10阶非零振型主要为弯曲变形,新型驱动轴固有频率与实心驱动轴固有频率相近,在使用过程中可有效避免共振。为驱动轴以及其它机械产品的多目标轻量化设计提供了一种新的理论方法,在汽车行业轻量化设计方面具有重要参考价值。

关键词：驱动轴;轻量化设计;响应面模型;多目标遗传算法;