本文介紹了如何利用大型通用有限元分析軟件ANSYS對某型號電機定子車夾具進行了優化設計，確定了最優的工裝尺寸，大幅提高了產品的性能。

　　1 前言

　　優化設計是一種尋找確定最優設計方案的技術。所謂“最優設計”，指的是一種方案可以滿足所有的設計要求，而且所需的支出(如重量，面積，體積，應力，費用等)最小。也就是說，最優設計方案就是一個最有效率的方案。

　　設計方案的任何方面都是可以優化的，比如說：尺寸(如厚度)，形狀(如過渡圓角的大小)，支撐位置，制造費用，自然頻率，材料特性等。

　　Yj82定子車夾具的優化設計主要是尺寸形狀方面進行優化，通過變化如圖1所示吊架的兩個圓角和板的寬度，在滿足應力在規定范圍內和材料質量基本不變的情況下，其垂向位移最小，即工裝的整體剛度性能提高。

圖1 夾具三維模型圖

　　2 計算

　　2.1 初始計算

　　根據初始設計模型建立有限元模型如圖2所示，其初始尺寸為板寬B1和B2相等都為100，內圓角R1為60，外圓角R2為120。約束吊環部位進行計算，則初始設計最大等效應力如圖3所示為：116MPa，部位在吊架內側圓角處，最大垂向位移如圖4為4.54mm。其需要優化部分(吊架)的重量為0.028噸。

圖2 夾具有限元模型圖

　　2.2 優化設計

　　板寬B1和B2的設計范圍為60～100mm，過渡圓角的設計范圍為40～350mm，最大等效應力小于屈服極限235MPa，優化部分的最大重量不超過0.028噸。

　　利用一階方法進行優化，最大迭代次數為45次。

　　2.3 優化結果分析

　　經過優化計算，最終有十組結果方案如表1所示，供設計選擇，表中SIG為最大等效應力，DU為最大垂向位移，WT為優化部分(吊架)的質量。并推薦最優方案為第8組，其最終優化結果如圖5、6所示，最大等效應力為114MPa，最大垂向位移為2.5mm。其優化過程中垂向位移的變化如圖7所示。

表1 優化結果方案列表

圖5最終優化結果等效應力云圖

 圖6最終優化結果垂向位移云圖

圖7優化過程中垂向位移變化曲線圖 圖8優化過程中板寬的變化圖

　　同時，根據圖8優化過程中板寬的變化曲線我們可以看出，在設計時吊掛橫板寬度小于立板的寬度有利于在滿足性能的情況下減重，結合圖7和圖9我們可以看出在優化過程中增加下邊圓角有利于提高整體工裝的剛度性能，從圖10中我們還可以看出在優化過程中最大等效應力遠低于其屈服極限。

圖9優化過程中過渡圓角變化曲線圖 圖10優化過程中最大等效應力的變化圖

　　3 結論

　　通過優化分析，確定了最終設計方案，其垂向位移由原來的5.54mm降為2.5mm，在整體重量基本保持不變的情況下其剛度性能提高了一倍。

　　通過優化分析計算直觀的了解了各形狀尺寸的變化對設計性能的影響，為工裝設計提供理論知道。